CN116609844A - 一种用于提取地球物理三维断裂信息的方法和计算设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于提取地球物理三维断裂信息的方法和计算设备，方法包括：根据二维谱矩和三维密度场数据构建出三维二阶对称谱矩；根据所述三维二阶对称谱矩获得对应的协方差矩阵；对所述协方差矩阵进行特征值分解，获得对角矩阵，根据所述对角矩阵的元素构建统计不变量；由所述统计不变量构建地球物理三维断裂信息。本发明将工程学中表面形貌识别思想引入地球物理领域，推导出密度场对应的三维二阶谱矩、统计不变量等基本变量的三维表达方式，综合利用隐含在三维谱矩中各向异性奇异信息构造出刻画断裂、地质体的三维位置的结果参数，最终实现地壳断裂三维断裂结构的识别。

Description

一种用于提取地球物理三维断裂信息的方法和计算设备
技术领域
本发明涉及地球物理学技术领域，尤其是涉及一种用于提取地球物理三维断裂信息的方法和计算设备。
背景技术
利用区域重力场的信息来揭示区域地壳三维结构，是现今区域地球物理学研究的主攻方向之一。由于重力场中梯度陡变位置往往与断裂、接触面边界等构造相吻合，且在大地构造研究、能源矿产勘查、水文与城市地质等领域发挥重要作用，因此利用区域重力场获取地壳断裂、地质体边界结构一直是重力场资料处理与解释的重要目标之一。目前，利用区域重力场直接提取断裂、地质体边界分布情况的边界增强方法是普遍使用的技术。不同类型的断裂强度可能相差很大，密度变化也非常悬殊，简单地用线状重力异常的幅度或者重力梯度幅值大小并不能完整准确地识别和圈定断裂和边界。而且，随着勘探仪器与采集方法的不断进步，观测精度及采集信息量明显提高，挖掘重力场中隐含的与断裂、边界等相关的信息需求更高。必须研究新的方法技术对断裂结构等线状异常进行更有效的提取。
目前，基于二阶谱矩的边界识别技术是二维的平面提取方法，只能获得平面上的断裂、地质体边界特征，无法提供断裂、地质体边界三维连续立体展布信息，不能满足深部隐伏矿体、地震活动、地质灾害预防、重大工程建设等研究的迫切需求。
鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：在传统的二维平面提取方法中，只能获得平面上的断裂、地质体边界特征，无法提供断裂、地质体边界三维连续立体展布信息，不能满足深部隐伏矿体、地震活动、地质灾害预防以及重大工程建设。
本发明通过如下技术方案达到上述目的：
第一方面，本发明提供了一种用于提取地球物理三维断裂信息的方法包括：
根据二维谱矩和三维密度场数据构建出三维二阶对称谱矩；
根据所述三维二阶对称谱矩获得对应的协方差矩阵；
对所述协方差矩阵进行特征值分解，获得对角矩阵，根据所述对角矩阵的元素构建统计不变量；
由所述统计不变量构建地球物理三维断裂信息。
优选地，所述根据二维谱矩和三维密度场数据构建出三维二阶对称谱矩的方法包括：
三维密度场数据由重力场数据获得三维密度场函数，将所述三维密度场函数进行快速傅里叶变换得到三维密度场的傅里叶变换函数；
根据所述三维密度场的傅里叶变换函数计算得到三维密度场的三维功率谱密度；
根据所述三维密度场的三维功率谱密度计算得到三维密度场对应的三维二阶对称谱矩。
优选地，所述三维密度场数据由重力场数据获得三维密度场函数，将所述三维密度场函数进行快速傅里叶变换得到三维密度场的傅里叶变换函数的具体方法包括：
三维密度场数据由重力场数据获得三维密度场函数；
将所述三维密度场函数进行快速傅里叶变换得到三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)；
式中，fx、fy和fz分别表示x、y和z三个相互垂直方向上的波数；在由x、y和z轴组成的笛卡尔直角坐标系中，ρ表示密度场函数；(x，y，z)是空间坐标位置；e表示自然对数的底数；i表示虚数单位；dx、dy和dz表示x、y和z的微元。
优选地，所述根据所述三维密度场的傅里叶变换函数计算得到三维密度场的三维功率谱密度的具体方法包括：
由所述三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)得到三维密度场的傅里叶变换的共轭函数F*(fx，fy，fz)；
三维密度场的三维功率谱密度G(fx，fy，fz)由所述三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)与三维密度场的傅里叶变换的共轭函数F*(fx，fy，fz)的乘积得到，即：
G(fx，fy，fz)＝F(fx，fy，fz)F*(fx，fy，fz)；
式中，fx、fy和fz分别表示x、y和z三个相互垂直方向上的波数。
优选地，所述根据所述三维密度场的三维功率谱密度计算得到三维密度场对应的三维二阶对称谱矩的具体方法包括：
根据所述三维密度场的三维功率谱密度计算得到连续密度场三维功率谱密度的p+q+r阶谱矩；
当p+q+r＝2时，所述三维密度场对应的三维二阶谱矩mpqr为：
式中，fx、fy和fz分别表示x、y和z三个相互垂直方向上的波数；p、q和r分别为fx、fy和fz的阶次；x0、y0和z0表示具体的坐标点位置；i表示虚数单位；p1、p2、q1、q2、r1和r2表示ifx、ify、ifz、-ifx、-ify、-ifz的阶次，且p1+p2＝p,q1+q2＝q,r1+r2＝r。
优选地，所述根据所述三维二阶对称谱矩获得对应的协方差矩阵的具体方法包括：
当三维二阶谱矩mpqr中的x0＝y0＝z0＝0时，三维密度场对应的三维二阶对称谱矩mpqr为：
式中，表示偏导数；
令微分算子所述三维二阶对称谱矩获得对应的协方差矩阵C为：
式中，ρx，ρy和ρz为密度场函数的方向导数。
优选地，所述对所述协方差矩阵进行特征值分解，获得对角矩阵，根据所述对角矩阵的元素构建统计不变量的具体方法包括：
对协方差矩阵C进行特征值分解，获得对角矩阵A；
对角矩阵A为：
由所述对角矩阵A中的元素a1、a2和a3构建滑动球体内的局部强度3M2、局部各向异性3Δ2和全局各向异性3Λ2。
优选地，所述局部强度3M2、所述局部各向异性3Δ2和所述全局各向异性3Λ2具体形式为：
3M2＝a1+a2+a3；
3Δ2＝a1·a2·a3；
优选地，所述由所述统计不变量构建地球物理三维断裂信息的具体方法包括：
根据所述对角矩阵A中的元素以及滑动球体内的局部强度提取地球断裂或者地球信息的三维各向异性度3MΛ2；
式中，所述对角矩阵A的元素a1，a2，a3为将所述局部强度3M2数据体作为输入计算获得的对角矩阵三个元素，是所述局部强度3M2数据的散度，/>是用来取的反符号；
由所述三维各向异性度3MΛ2表征地球物理三维断裂的结果参数。
第二方面，本发明提供一种用于提取地球物理断裂信息的计算设备，计算设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面任一项所述的用于提取地球物理三维断裂的方法。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种用于提取地球物理三维断裂信息的方法和计算设备将工程学中表面形貌识别思想引入地球物理领域，推导出密度场对应的三维二阶谱矩、统计不变量等基本变量的三维表达方式，综合利用隐含在三维谱矩中各向异性等奇异信息构造出刻画断裂、地质体三维位置、形态的结果参数，最终实现地壳断裂三维断裂结构的识别。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实施例一提供的一种用于提取地球物理三维断裂信息的方法流程图；
图2是本实施例一提供的一种用于提取地球物理三维断裂信息的计算设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。
实施例1：
基于二阶谱矩的边界识别技术提供了一种直接从重力场表面提取边界的精细化识别方法，对二维平面上的断裂或者边界信息可进行增强提取：利用一个二维滑动窗口，计算出窗口的二阶谱矩及其统计不变量，进而计算出窗口内的边界系数并放置于窗口中心，通过逐点滑动窗口获得重力场表面的断裂信息。但是，基于二阶谱矩的边界识别技术是二维的平面提取方法，只能获得平面上的断裂、地质体边界特征，无法提供断裂、地质体边界三维连续立体展布信息，不能满足深部隐伏矿体、地震活动、地质灾害预防、重大工程建设等研究的迫切需求。针对该缺点，本实施例提出一种用于提取地球物理三维断裂信息的方法和计算设备，可提供断裂地质体边界三维连续立体展布信息，为基础研究、资源勘探、地质灾害预防及生态均衡等提供地球物理深部依据，具有重要的科学意义。
针对在重力场资料处理中几乎没有提取地壳断裂、地质体边界三维结构信息的方法，本实施例提出了一种基于三维二阶谱矩的地球物理三维断裂信息提取新方法，实现了从密度场中提取三维断裂结构。
本实施例提出的用于提取地球物理三维断裂的方法，是将工程学中表面形貌识别思想引入地球物理领域，推导出密度场中谱矩、统计不变量等基本变量的三维表达方式，综合利用隐含在三维谱矩中各向异性等奇异信息构造出刻画断裂、地质体三维位置、形态的结果参数，最终实现地壳断裂三维断裂结构的识别。
本实施例提供一种用于提取地球物理三维断裂信息的方法，如图1所示，方法包括：
S101：根据二维谱矩和三维密度场数据构建出三维二阶对称谱矩。
本实施例要求输入三维密度场数据，三维密度场数据可以由重力场数据通过各种反演技术获得。工程学中没有现成的三维谱矩定义式，因此本实施例根据二维谱矩定义构建出三维二阶谱矩的空间域计算方法。
S102：根据所述三维二阶对称谱矩获得对应的协方差矩阵。
在x、y、z组成的笛卡尔直角坐标系中，用三维函数ρ(x,y,z)来表征密度场。
其中：ρ表示密度场函数，(x,y,z)是空间坐标位置。三维密度场函数的快速傅里叶变换为
式中，fx、fy和fz分别表示x、y和z三个相互垂直方向上的波数。
密度场函数的三维功率谱密度可以用傅里叶变换的形式表示
G(fx,fy,fz)＝F(fx,fy,fz)F*(fx,fy,fz) (2)
式中F*(fx,fy,fz)表示傅里叶变换的共轭函数。
那么，连续密度场三维功率谱密度的p+q+r阶谱矩为
当p+q+r＝2时，才是三维二阶谱矩，密度场对应的三维二阶谱矩表达式如下：
其中p1+p2＝p,q1+q2＝q,r1+r2＝r；当x0＝y0＝z0＝0时，公式4可变换如下：
令微分算子那么协方差矩阵为
其中ρx，ρy和ρz为密度场函数ρ(x,y,z)的方向导数。
至此，本实施例获得了三维二阶对称谱矩的6个基本元素：m200，m110，m101，m020，m011，m002。三维二阶对称谱矩是对称的，只有六个元素，利用这六个元素组成的对称矩阵可以做正交分解，计算后面的统计不变量。
S103：对所述协方差矩阵进行特征值分解，获得对角矩阵，根据所述对角矩阵的元素构建统计不变量。
对协方差矩阵C进行特征值分解：C＝UTAU，其中U为正交单位矩阵，对角矩阵A的形式如下：
正交单位矩阵U为：
其中，a1≥a2≥a3≥0，u11～u33为正交单位矩阵U的元素，T表示向量的转置。
对角矩阵A是由协方差矩阵C正交分解过来的，正交分解就直接得到对角矩阵A，利用该对角矩阵A的元素构建统计不变量如下：
3M2＝a1+a2+a3 (8)
3Δ2＝a1·a2·a3 (9)
其中，3M2为局部强度；3Δ2为局部各向异性；3Λ2为三维(总体)各向异性度，可反映立体空间整体各向异性。
S104：由所述统计不变量构建地球物理三维断裂。
提取断裂时，边界越窄定位越准确。三维局部强度3M2可以粗略的对三维断裂进行刻画，但是主要反映密度悬殊大的边界，为了更详细刻画三维断裂或者边界，需要对其进行增强，即将3M2数据体作为输入，对其进行三维各向异性度3MΛ2提取：
其中，对角矩阵A的元素a1，a2，a3为将3M2数据体作为输入计算获得的对角矩阵的三个元素，利用公式6和7获得的对角矩阵的三个元素，是求3M2数据的散度，是用来取/>的反符号，因为只有凹面才是可以提取地球物理断裂信息的面。
3MΛ2参数就是表征三维断裂的结果参数。在此基础上，可以结合其他更多地质和地球物理资料，对断裂的三维展布和形态、地质体的三维边界等进行综合解释，为深部隐伏矿体、地震活动、地质灾害预防、重大工程建设等研究提供依据。
本实施例提出了一种用于提取地球物理三维断裂信息的方法，实现了从密度场中提取三维断裂位置信息，解决了目前重力场边界识别技术只能提取二维平面上断裂信息，缺乏三维连续立体展布信息的问题，实现了基于三维物性场的地壳断裂三维结构识别方法的从“无”到“有”，深部隐伏矿体、地震活动、地质灾害预防、重大工程建设等研究等提供地壳深部的地球物理依据。本实施例将工程学中表面形貌识别思想引入地球物理领域，推导出密度场对应的三维二阶谱矩、统计不变量等基本变量的三维表达方式，综合利用隐含在三维谱矩中各向异性奇异信息构造出刻画断裂、地质体的三维位置的结果参数，最终实现地壳断裂三维断裂结构的识别。
为了推导出三维密度场对应的三维二阶对称谱矩以及统计不变量等基本变量的三维表达方式，综合利用隐含在三维谱矩中各向异性等奇异信息构造出刻画断裂、地质体三维位置、形态的结果参数，最终实现地壳断裂三维断裂结构的识别，本实施例根据二维谱矩和三维密度场数据构建出三维二阶对称谱矩的方法包括：
三维密度场数据由重力场数据获得三维密度场函数，将所述三维密度场函数进行快速傅里叶变换得到三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)；
根据所述三维密度场的傅里叶变换函数计算得到三维密度场的三维功率谱密度G(fx，fy，fz)；
根据所述三维密度场的三维功率谱密度计算得到三维密度场对应的三维二阶对称谱矩mpqr。
为了获得三维密度场的傅里叶变换函数，本实施例根据三维密度场数据由重力场数据获得三维密度场函数，将所述三维密度场函数进行快速傅里叶变换得到三维密度场的傅里叶变换函数的具体方法包括：
三维密度场数据由重力场数据获得三维密度场函数；
将所述三维密度场函数进行快速傅里叶变换得到三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)；
式中，fx、fy和fz分别表示x、y和z三个相互垂直方向上的波数；在由x、y和z轴组成的笛卡尔直角坐标系中，ρ表示密度场函数；(x，y，z)是空间坐标位置；e表示自然对数的底数；i表示虚数单位；dx、dy和dz表示x、y和z的微元。
为了获得三维密度场的三维功率谱密度G(fx，fy，fz)，本实施例根据所述三维密度场的傅里叶变换函数计算得到三维密度场的三维功率谱密度的具体方法包括：
由所述三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)得到三维密度场的傅里叶变换的共轭函数F*(fx，fy，fz)；
三维密度场的三维功率谱密度G(fx，fy，fz)由所述三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)与三维密度场的傅里叶变换的共轭函数F*(fx，fy，fz)的乘积得到，即：
G(fx,fy,fz)＝F(fx,fy,fz)F*(fx,fy,fz) (2)
式中，fx、fy和fz分别表示x、y和z三个相互垂直方向上的波数。
为了获得三维密度场对应的三维二阶谱矩mpqr，本实施例根据所述三维密度场的三维功率谱密度计算得到三维密度场对应的三维二阶对称谱矩的具体方法包括：
根据所述三维密度场的三维功率谱密度计算得到连续密度场三维功率谱密度的p+q+r阶谱矩；
连续密度场三维功率谱密度的p+q+r阶谱矩为
当p+q+r＝2时，所述三维密度场对应的三维二阶谱矩mpqr为：
式中，fx、fy和fz分别表示x、y和z三个相互垂直方向上的波数；p、q和r分别为fx、fy和fz的阶次；x0、y0和z0表示具体的坐标点位置；i表示虚数单位；p1、p2、q1、q2、r1和r2表示ifx、ify、ifz、-ifx、-ify、-ifz的阶次，且p1+p2＝p,q1+q2＝q,r1+r2＝r。
本实施例根据三维密度场对应的三维二阶谱矩mpqr获得对应的协方差矩阵C的具体方法包括：
当三维二阶谱矩mpqr中的x0＝y0＝z0＝0时，三维密度场对应的三维二阶对称谱矩mpqr为：
式中，表示偏导数；
令微分算子所述三维二阶对称谱矩获得对应的协方差矩阵C为：
式中，ρx，ρy和ρz为密度场函数的方向导数。
至此，本实施例获得了三维二阶对称谱矩的6个基本元素：m200，m110，m101，m020，m011，m002。三维二阶对称谱矩是对称的，只有六个元素，利用这六个元素组成的对称矩阵可以做正交分解，计算后面的统计不变量。
为了利用隐含在三维谱矩中各向异性等奇异信息构造出刻画断裂、地质体三维位置、形态的结果参数，本实施例对协方差矩阵C进行特征值分解，获得对角矩阵A，根据对角矩阵A的元素构建统计不变量的具体方法包括：
对协方差矩阵C进行特征值分解，C＝UTAU，获得对角矩阵A和正交单位矩阵U；
正交单位矩阵U为：
其中，a1≥a2≥a3≥0，u11～u33为正交单位矩阵U的元素，T表示向量的转置。
由所述对角矩阵A中的元素a1、a2和a3构建滑动球体内的局部强度3M2、局部各向异性3Δ2和全局各向异性3Λ2。
本实施例中局部强度3M2、局部各向异性3Δ2和全局各向异性3Λ2具体形式为：
利用该对角矩阵A的元素构建的统计不变量如下：
3M2＝a1+a2+a3 (8)
3Δ2＝a1·a2·a3 (9)
所述由所述统计不变量构建地球物理三维断裂信息的具体方法包括：
根据所述对角矩阵A中的元素以及滑动球体内的局部强度提取地球断裂或者地球信息的三维各向异性度3MΛ2；
其中，对角矩阵A的元素a1，a2，a3为将3M2数据体作为输入，利用公式6和公式7获得的对角矩阵的三个元素，是求3M2数据的散度，/>是用来取/>的反符号，因为只有凹面才是可以提取地球物理断裂信息的面。
由所述三维各向异性度3MΛ2表征地球物理三维断裂的结果参数。
计算时通过一个小的滑动球体在三维空间进行滑动，计算每一个滑动球体内的和，和只能反映滑动球体内部的强度和各向异性，各个球体间各向异性无法用数值大小来比较，因此称为局部强度和局部各向异性。利用公式10计算可获得，公式11上的系数3用于调节数值范围，3MΛ2范围为0～1，0表示各向异性最小，1表示各向异性最大，各向异性的程度可以在全局范围内用数值大小进行比较，因此称作全局各向异性。
本实施例还提供一种用于提取地球物理断裂信息的计算设备，计算设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的用于提取地球物理三维断裂的方法。
图2为本发明实施例提供的一种用于提取地球物理断裂信息的计算设备的结构示意图。图2示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性用于提取地球物理断裂信息的计算设备的框图。图2显示的用于提取地球物理断裂信息的计算设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图2所示，用于提取地球物理断裂信息的计算设备以通用计算设备的形式表现。用于提取地球物理断裂信息的计算设备的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元，存储器，连接不同系统组件(包括存储器和处理单元)的总线。
总线表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
用于提取地球物理断裂信息的计算设备典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被用于提取地球物理断裂信息的计算设备访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
存储器可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器。用于提取地球物理断裂信息的计算设备可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图2未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图2中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线相连。存储器可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，可以存储在例如存储器中，这样的程序模块包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
用于提取地球物理断裂信息的计算设备也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、显示器等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该用于提取地球物理断裂信息的计算设备交互的设备通信，和/或与使得该用于提取地球物理断裂信息的计算设备能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口进行。并且，用于提取地球物理断裂信息的计算设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器通过总线与用于提取地球物理断裂信息的计算设备的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合用于提取地球物理断裂信息的计算设备使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元通过运行存储在存储器中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明任意实施例提供的用于提取地球物理三维断裂信息的方法。也即：根据二维谱矩和三维密度场数据构建出三维二阶对称谱矩；根据所述三维二阶对称谱矩获得对应的协方差矩阵；对所述协方差矩阵进行特征值分解，获得对角矩阵，根据所述对角矩阵的元素构建统计不变量；由所述统计不变量构建地球物理三维断裂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于提取地球物理断裂信息的方法，其特征在于，方法包括：
根据二维谱矩和三维密度场数据构建出三维二阶对称谱矩；
根据所述三维二阶对称谱矩获得对应的协方差矩阵；
对所述协方差矩阵进行特征值分解，获得对角矩阵，根据所述对角矩阵的元素构建统计不变量；
由所述统计不变量构建地球物理三维断裂信息。
2.如权利要求1所述的用于提取地球物理三维断裂信息的方法，其特征在于，所述根据二维谱矩和三维密度场数据构建出三维二阶对称谱矩的方法包括：
三维密度场数据由重力场数据获得三维密度场函数，将所述三维密度场函数进行快速傅里叶变换得到三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)；
根据所述三维密度场的傅里叶变换函数计算得到三维密度场的三维功率谱密度G(fx，fy，fz)；
根据所述三维密度场的三维功率谱密度计算得到三维密度场对应的三维二阶对称谱矩mpqr。
3.如权利要求2所述的用于提取地球物理三维断裂信息的方法，其特征在于，所述三维密度场数据由重力场数据获得三维密度场函数，将所述三维密度场函数进行快速傅里叶变换得到三维密度场的傅里叶变换函数的具体方法包括：
三维密度场数据由重力场数据获得三维密度场函数；
将所述三维密度场函数进行快速傅里叶变换得到三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)；
式中，fx、fy和fz分别表示x、y和z三个相互垂直方向上的波数；在由x、y和z轴组成的笛卡尔直角坐标系中，ρ表示密度场函数；(x，y，z)是空间坐标位置；e表示自然对数的底数；i表示虚数单位；dx、dy和dz表示x、y和z的微元。
4.如权利要求2所述的用于提取地球物理三维断裂信息的方法，其特征在于，所述根据所述三维密度场的傅里叶变换函数计算得到三维密度场的三维功率谱密度的具体方法包括：
由所述三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)得到三维密度场的傅里叶变换的共轭函数F*(fx，fy，fz)；
三维密度场的三维功率谱密度G(fx，fy，fz)由所述三维密度场的傅里叶变换函数F(fx，fy，fz)与三维密度场的傅里叶变换的共轭函数F*(fx，fy，fz)的乘积得到，即：
G(fx，fy，fz)＝F(fx，fy，fz)F*(fx，fy，fz)；
式中，fx、fy和fz分别表示x、y和z三个相互垂直方向上的波数。
5.如权利要求2所述的用于提取地球物理三维断裂信息的方法，其特征在于，所述根据所述三维密度场的三维功率谱密度计算得到三维密度场对应的三维二阶对称谱矩的具体方法包括：
根据所述三维密度场的三维功率谱密度计算得到连续密度场三维功率谱密度的p+q+r阶谱矩；
当p+q+r＝2时，所述三维密度场对应的三维二阶谱矩mpqr为：
式中，fx、fy和fz分别表示x、y和z三个相互垂直方向上的波数；p、q和r分别为fx、fy和fz的阶次；
x0、y0和z0表示具体的坐标点位置；i表示虚数单位；p1、p2、q1、q2、r1和r2表示ifx、ify、ifz、-ifx、-ify、-ifz的阶次，且p1+p2＝p,q1+q2＝q,r1+r2＝r。
6.如权利要求5所述的用于提取地球物理三维断裂信息的方法，其特征在于，所述根据所述三维二阶对称谱矩获得对应的协方差矩阵的具体方法包括：
当三维二阶谱矩mpqr中的x0＝y0＝z0＝0时，三维密度场对应的三维二阶对称谱矩mpqr为：
式中，表示偏微分；
令微分算子所述三维二阶对称谱矩获得对应的协方差矩阵C为：
式中，ρx，ρy和ρz为密度场函数的方向导数。
7.如权利要求6所述的用于提取地球物理三维断裂信息的方法，其特征在于，所述对所述协方差矩阵进行特征值分解，获得对角矩阵，根据所述对角矩阵的元素构建统计不变量的具体方法包括：
对协方差矩阵C进行特征值分解，获得对角矩阵A；
对角矩阵A为：
由所述对角矩阵A中的元素a1、a2和a3构建滑动球体内的局部强度3M2、局部各向异性3Δ2和全局各向异性3Λ2。
8.如权利要求7所述的用于提取地球物理三维断裂信息的方法，其特征在于，所述局部强度3M2、所述局部各向异性3Δ2和所述全局各向异性3Λ2具体形式为：
3M2＝a1+a2+a3；
3Δ2＝a1·a2·a3；
9.如权利要求8所述的用于提取地球物理三维断裂信息的方法，其特征在于，所述由所述统计不变量构建地球物理三维断裂信息的具体方法包括：
根据所述对角矩阵A中的元素以及滑动球体内的局部强度提取地球断裂或者地球信息的三维各向异性度3MΛ2；
式中，所述对角矩阵A的元素a1，a2，a3为将所述局部强度3M2数据体作为输入计算获得的对角矩阵的三个元素，是所述局部强度3M2数据的散度，/>是用来取/>的反符号；
由所述三维各向异性度3MΛ2表征地球物理三维断裂信息的结果参数。
10.一种用于提取地球物理断裂信息的计算设备，其特征在于，计算设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-9中任一项所述的用于提取地球物理三维断裂的方法。
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