位场边界识别方法极值点分布特征研究

王　亮,沈　辰,王陆超（江苏省地质矿产局第六地质大队,江苏　连云港　222023）

位场边界识别方法极值点分布特征研究

王亮,沈辰,王陆超
（江苏省地质矿产局第六地质大队,江苏连云港222023）

摘要:边界识别是重磁数据解释中一项非常重要的任务，可给出地下地质体的大致水平位置，二阶垂直导数的零值坐标与总水平导数的最大值坐标相同，而一阶垂直导数的零值坐标位置在位场边界外侧，识别位场范围大于真实边界。本文方法能同时显示出不同埋深地质体的边界，且相对其它方法所获得的边界更加清晰，同时可以避免其它边界识别方法对于正负异常易产生多余边界的问题。最后将改进的边界识别滤波器应用于三江地区实测重力数据的解释，获得了清晰的地质体边界。

关键词：边界识别；导数；极值点；位场

1　绪论

位场主要是指重力场和磁力场。在实际的生产研究中，找到地质体的边界位置，查找断裂构造，都是极为重要的。在这些地质体的边界附近，重、磁力异常的变化率都较大，可以就采用导数来进行各种处理，找出异常体的边界位置，解决实际找矿,判断地质构造问题。目前最常用的边界识别方法有垂向导数计算（垂向二阶导数）、总水平导数、总梯度模量、斜导数（倾斜角）和θ图法，并且其他边界识别方法多是基于这五种方法的改进。本文是对这五种边界识别方法进行研究，通过模型试验对比各种方法的优缺点，从而构造出一种新的更优化边界识别方法。

2　常用边界识别方法及优缺点

常用边界识别方法：垂向导数法，总水平导数法，总梯度模量法，倾斜角法，θ图法。

总水平导数可以很好的完成对浅部地质体边界的识别，而对深部位场边界的识别效果不理想；垂向导数以零值位置确定地质体边界对深部地质体的边界识别效果要好于总水平导数，但零值位置随着埋深的增大其范围逐渐扩大；倾斜角法能有效地均衡不同地质体引起一场的幅值，但识别边界的能力较差；总梯度模量法对浅部地质体的边界识别效果较好，而识别的深部地质体边界则比较模糊；θ图可以很好的完成对浅部地质体的边界识别，而随着深度的增加，其识别的地质体边界范围也在增大。

3　构建新的边界识别方法

总水平导数方法能有效地识别出浅部地质体的边界，而对于较深地质体的边界的识别能力较差。为了同时识别出不同深度地质体的边界，对总水平导数进行倾斜角计算，二阶垂向导数零值点坐标比一阶垂向导数零值点坐标更接近位场边界。

为了更好的检验总水平导数倾斜角法的可用性，建立如下地质体模型：在地下布设2个埋深分别为10m和15m、半边长为10m的棱柱体，且棱柱体与围岩密度差ρ=1g/m3。令K=2，图1即为该理论模型的边界识别结果。

图1b为异常总水平导数，从图中我们可以看到总水平导数可以很好的完成对浅部地质体边界的识别，而对深部位场边界的识别效果不理想；图1c为异常的倾斜角计算结果，该方法能有效地均衡不同强度的异常，但是无法准确地识别出边界;图1d为倾斜角总水平导数结果，该方法仅能给出较浅地质体的边界，而识别出的较深地质体的边界则比较模糊；图1e和1f分别表示归一化倾斜角和θ图计算结果，均能清晰给出地下地质体的边界，但相对真实边界存在一定的发散；图1g和图1h为总水平导数倾斜角计算结果，可以看出本文方法能准确地识别出地质体的边界，且相对其它方法所获得的边界更加清晰，且随着导数阶次的增加所识别的边界更加收敛。

4　实际数据应用

将上述边界识别方法应用到实际重力的解释。图2a为三江盆地布格重力异常；图2b为原始异常的总水平导数。图2c和2d分别表示异常的倾斜角和倾斜角总水平导数。图2e和2f表示异常的归一化倾斜角和θ图计算结果。图2g和2h表示异常的总水平导数倾斜角计算结果。根据计算结果可以看出，本文提出的方法能倾斜地给出该地区地层之间的界限和断裂的位置，且随着导数阶次的增加能获得更多的细节信息。

图1　理论模型的边界识别结果

5　结论

本文通过对公式推导，从原理上解释了二阶垂向导数在识别边界上优于一阶垂向导数，且二阶垂直导数的零值坐标与总水平导数的最大值坐标相同，因此，本文提出使用总水平导数与二阶垂直导数的比值来识别的地质体边界。然后提出总水平导数倾斜角法进行重磁数据的边界识别，其通过计算总水平导数不同阶倾斜角进行地质体边界的识别。通过理论模型试验证明本文提出的方法能更加清晰和准确地识别出地质体的边界，且不会产生多余边界的干扰。将本文方法应用于实际重力数据的解释，获得了清晰的地层界限及断裂位置。

参考文献：

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[3]刘金兰,李庆春,赵斌.位场场源边界识别新技术机器在山西古构造带与断裂探测中的应用研究[J].工程地质学报,2007,08(15)：569-574.

作者简介：韩宏举（1956-），男，工程师，主要从事：大型泵站建设施工、机电安装、运行管理研究等工作。