王　亮,沈　辰,王陸超（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊,江蘇　連云港　222023）

位場邊界識別方法極值點分布特征研究

王亮,沈辰,王陸超
（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊,江蘇連云港222023）

摘要:邊界識別是重磁數(shù)據(jù)解釋中一項非常重要的任務(wù)，可給出地下地質(zhì)體的大致水平位置，二階垂直導(dǎo)數(shù)的零值坐標(biāo)與總水平導(dǎo)數(shù)的最大值坐標(biāo)相同，而一階垂直導(dǎo)數(shù)的零值坐標(biāo)位置在位場邊界外側(cè)，識別位場范圍大于真實邊界。本文方法能同時顯示出不同埋深地質(zhì)體的邊界，且相對其它方法所獲得的邊界更加清晰，同時可以避免其它邊界識別方法對于正負(fù)異常易產(chǎn)生多余邊界的問題。最后將改進(jìn)的邊界識別濾波器應(yīng)用于三江地區(qū)實測重力數(shù)據(jù)的解釋，獲得了清晰的地質(zhì)體邊界。

關(guān)鍵詞：邊界識別；導(dǎo)數(shù)；極值點；位場

1　緒論

位場主要是指重力場和磁力場。在實際的生產(chǎn)研究中，找到地質(zhì)體的邊界位置，查找斷裂構(gòu)造，都是極為重要的。在這些地質(zhì)體的邊界附近，重、磁力異常的變化率都較大，可以就采用導(dǎo)數(shù)來進(jìn)行各種處理，找出異常體的邊界位置，解決實際找礦,判斷地質(zhì)構(gòu)造問題。目前最常用的邊界識別方法有垂向?qū)?shù)計算（垂向二階導(dǎo)數(shù)）、總水平導(dǎo)數(shù)、總梯度模量、斜導(dǎo)數(shù)（傾斜角）和θ圖法，并且其他邊界識別方法多是基于這五種方法的改進(jìn)。本文是對這五種邊界識別方法進(jìn)行研究，通過模型試驗對比各種方法的優(yōu)缺點，從而構(gòu)造出一種新的更優(yōu)化邊界識別方法。

2　常用邊界識別方法及優(yōu)缺點

常用邊界識別方法：垂向?qū)?shù)法，總水平導(dǎo)數(shù)法，總梯度模量法，傾斜角法，θ圖法。

總水平導(dǎo)數(shù)可以很好的完成對淺部地質(zhì)體邊界的識別，而對深部位場邊界的識別效果不理想；垂向?qū)?shù)以零值位置確定地質(zhì)體邊界對深部地質(zhì)體的邊界識別效果要好于總水平導(dǎo)數(shù)，但零值位置隨著埋深的增大其范圍逐漸擴(kuò)大；傾斜角法能有效地均衡不同地質(zhì)體引起一場的幅值，但識別邊界的能力較差；總梯度模量法對淺部地質(zhì)體的邊界識別效果較好，而識別的深部地質(zhì)體邊界則比較模糊；θ圖可以很好的完成對淺部地質(zhì)體的邊界識別，而隨著深度的增加，其識別的地質(zhì)體邊界范圍也在增大。

3　構(gòu)建新的邊界識別方法

總水平導(dǎo)數(shù)方法能有效地識別出淺部地質(zhì)體的邊界，而對于較深地質(zhì)體的邊界的識別能力較差。為了同時識別出不同深度地質(zhì)體的邊界，對總水平導(dǎo)數(shù)進(jìn)行傾斜角計算，二階垂向?qū)?shù)零值點坐標(biāo)比一階垂向?qū)?shù)零值點坐標(biāo)更接近位場邊界。

為了更好的檢驗總水平導(dǎo)數(shù)傾斜角法的可用性，建立如下地質(zhì)體模型：在地下布設(shè)2個埋深分別為10m和15m、半邊長為10m的棱柱體，且棱柱體與圍巖密度差ρ=1g/m3。令K=2，圖1即為該理論模型的邊界識別結(jié)果。

圖1b為異?？偹綄?dǎo)數(shù)，從圖中我們可以看到總水平導(dǎo)數(shù)可以很好的完成對淺部地質(zhì)體邊界的識別，而對深部位場邊界的識別效果不理想；圖1c為異常的傾斜角計算結(jié)果，該方法能有效地均衡不同強度的異常，但是無法準(zhǔn)確地識別出邊界;圖1d為傾斜角總水平導(dǎo)數(shù)結(jié)果，該方法僅能給出較淺地質(zhì)體的邊界，而識別出的較深地質(zhì)體的邊界則比較模糊；圖1e和1f分別表示歸一化傾斜角和θ圖計算結(jié)果，均能清晰給出地下地質(zhì)體的邊界，但相對真實邊界存在一定的發(fā)散；圖1g和圖1h為總水平導(dǎo)數(shù)傾斜角計算結(jié)果，可以看出本文方法能準(zhǔn)確地識別出地質(zhì)體的邊界，且相對其它方法所獲得的邊界更加清晰，且隨著導(dǎo)數(shù)階次的增加所識別的邊界更加收斂。

4　實際數(shù)據(jù)應(yīng)用

將上述邊界識別方法應(yīng)用到實際重力的解釋。圖2a為三江盆地布格重力異常；圖2b為原始異常的總水平導(dǎo)數(shù)。圖2c和2d分別表示異常的傾斜角和傾斜角總水平導(dǎo)數(shù)。圖2e和2f表示異常的歸一化傾斜角和θ圖計算結(jié)果。圖2g和2h表示異常的總水平導(dǎo)數(shù)傾斜角計算結(jié)果。根據(jù)計算結(jié)果可以看出，本文提出的方法能傾斜地給出該地區(qū)地層之間的界限和斷裂的位置，且隨著導(dǎo)數(shù)階次的增加能獲得更多的細(xì)節(jié)信息。

圖1　理論模型的邊界識別結(jié)果

5　結(jié)論

本文通過對公式推導(dǎo)，從原理上解釋了二階垂向?qū)?shù)在識別邊界上優(yōu)于一階垂向?qū)?shù)，且二階垂直導(dǎo)數(shù)的零值坐標(biāo)與總水平導(dǎo)數(shù)的最大值坐標(biāo)相同，因此，本文提出使用總水平導(dǎo)數(shù)與二階垂直導(dǎo)數(shù)的比值來識別的地質(zhì)體邊界。然后提出總水平導(dǎo)數(shù)傾斜角法進(jìn)行重磁數(shù)據(jù)的邊界識別，其通過計算總水平導(dǎo)數(shù)不同階傾斜角進(jìn)行地質(zhì)體邊界的識別。通過理論模型試驗證明本文提出的方法能更加清晰和準(zhǔn)確地識別出地質(zhì)體的邊界，且不會產(chǎn)生多余邊界的干擾。將本文方法應(yīng)用于實際重力數(shù)據(jù)的解釋，獲得了清晰的地層界限及斷裂位置。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬國慶,黃大年,于平等．改進(jìn)的均衡濾波器在位場數(shù)據(jù)邊界識別中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)報,2012,55(15):4288-4295.

[2]王明,郭志宏,何輝等.基于反雙曲正切的位場邊界識別技術(shù)[J].物探與化探,2013,37(04):655-653.

[3]劉金蘭,李慶春,趙斌.位場場源邊界識別新技術(shù)機器在山西古構(gòu)造帶與斷裂探測中的應(yīng)用研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2007,08(15)：569-574.

作者簡介：韓宏舉（1956-），男，工程師，主要從事：大型泵站建設(shè)施工、機電安裝、運行管理研究等工作。