位場數(shù)據(jù)中邊界位置歸一化差分方法

位場數(shù)據(jù)中邊界位置歸一化差分方法

0原位場邊界識別邊界檢測是分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)填充和礦區(qū)范圍的重要方法。在位場數(shù)據(jù)處理中,利用類似差分法進行邊界識別已有一定的研究1歸一化差異分法的基本原則1.1位場異常數(shù)據(jù)分析如圖1所示:f(x,y,0)為觀測面上的位場異常,Δr為差分半徑(Δr>0);f(x,y,-Δr)和f(x,y,-2Δr)分別為f(x,y,0)向上延拓Δr和2Δr后的異常;f(x+Δr,y,-Δr)、f(x-Δr,y,-Δr)分別是x方向距f(x,y,-Δr)相隔Δr和-Δr的異常值;f(x,y+Δr,-Δr)、f(x,y-Δr,-Δr)則分別為y方向距f(x,y,-Δr)相隔Δr和-Δr的異常值。定義位場異常數(shù)據(jù)f(i,j,0)在x、y、z3個方向的一階差分算子如下:x方向:y方向:z方向:圖2a是正方體模型平面位置圖。模型參數(shù):邊長2km;上頂埋深0.8km,下底埋深1.0km;剩余密度1.0g/cm從圖2e—g可以看出:垂向一階差分和經(jīng)過相移的水平一階差分相對于原始重力異常(圖2b)明顯在相應的方向上緊縮了梯級帶,但對模型體的邊界位置識別仍較模糊。為此,筆者利用垂向差分和2個相移后的水平差分進行歸一化處理,以便進一步增強異常間的界限特征:其中:D從圖2h容易看出:一階歸一化差分D1.2異常級數(shù)帶的幾何特征仿照一階差分算子的定義,位場數(shù)據(jù)f(i,j,0)在x、y、z3個方向的二階差分算子可表示如下:x方向:圖2i—k分別是利用(5—7)式計算得到的x、y、z3個方向的差分算子f圖2i—k表明:3個方向的二階差分與相應方向的一階差分(圖2f、2g、2e)相比,進一步緊縮了相應方向上地質(zhì)體邊界所反映的異常梯級帶寬度;二階歸一化差分D1.3n階歸一化差分的模型驗證為了進一步提高地質(zhì)體邊界水平位置的識別能力,可以對二階差分再進行差分或進行多次差分。而重力異常的二階歸一化差分結(jié)果已取得了較滿意的效果(圖2l)。因此本文在此僅給出了n階(n>2)歸一化差分表達式,不再進行更高階歸一化差分的模型驗證。位場數(shù)據(jù)f(i,j,0)在x、y、z3個方向的n階差分算子及n階歸一化差分Dx方向:y方向:z方向:其中,n階總差分為式中:f2邊界識別能力對比及算法穩(wěn)定性分析為進一步驗證本文方法的優(yōu)越性,進行組合模型數(shù)值試驗,并在此基礎上對幾種常規(guī)邊界識別方法和歸一化差分法進行邊界識別能力對比及算法穩(wěn)定性分析。設計的組合模型為7個參數(shù)不同的長方體,模型體的相對位置及各模型體的參數(shù)分別見圖3a(B1為地質(zhì)體A在研究區(qū)的邊界)及表1,并設所有地質(zhì)體剩余密度均為1.0g/cm從不同方法邊界識別結(jié)果(圖4)可以看出:水平總梯度(圖4a)將B3下盆地內(nèi)部次級構(gòu)造發(fā)育的重力異?；⒘峙璧匚挥谀堑す_嶺燕山褶皺帶和吉黑華力西褶皺帶的交接處,南至興凱湖,北接完達山,西至勃利盆地、寶清地體,東臨錫霍特山脈(圖5)。該盆地是在構(gòu)造復雜的環(huán)境中形成的中、新生代坳陷帶,其內(nèi)部次級構(gòu)造發(fā)育圖6為點距和線距均為1km的盆地內(nèi)布格重力異常。從圖6中可以看出,該地區(qū)重力異常等值線分布較為復雜,反映斷層平面展布的重力場標志不僅表現(xiàn)為大、小型重力異常梯級帶特征,而且表現(xiàn)為封閉等值線突然變寬或變窄以及等值線扭曲等非梯級帶特征。為了驗證歸一化差分法的實用性,對虎林盆地布格重力異常分別進行了不同差分半徑下的一、二階歸一化差分處理。3.1構(gòu)造-斷裂演化分析差分半徑較大時的一階歸一化差分結(jié)果(圖7a)與布格重力異常(圖6)相比,明顯地緊縮了大型重力異常梯級帶的寬度,主要反映出了虎林盆地內(nèi)大、中型斷裂構(gòu)造(主要為盆地內(nèi)一、二級分區(qū)斷裂,在重力場中主要以梯級帶形式表現(xiàn))的平面展布特征。其所反映的斷裂走向主要以NE向和EW向為主(與圖6表現(xiàn)的大型梯級帶走向相同)。差分半徑較小時的一階歸一化差分結(jié)果(圖7b)與圖7a相比,所表現(xiàn)構(gòu)造斷裂的梯級帶形式基本一致,同樣主要反映研究區(qū)內(nèi)大、中型斷裂的平面分布位置,對盆地內(nèi)的小型斷裂識別能力較弱。3.2不同梯級帶寬度圖8a是差分半徑較大時的二階歸一化差分結(jié)果,與圖7相比,進一步緊縮了大型異常梯級帶的寬度,提高了對大、中型斷裂平面位置的檢測精度。圖8b為差分半徑較小時的二階歸一化差分結(jié)果,與一階歸一化差分和差分半徑較大時的二階歸一化差分相比,不但有效地檢測出了研究區(qū)大中型斷裂的平面分布位置,而且對小型斷裂也有清晰的顯示。3.3虎林盆地平面斷層結(jié)構(gòu)及重力場特征的性質(zhì)圖9a是根據(jù)一、二階歸一化差分結(jié)果勾劃出的盆地內(nèi)斷裂構(gòu)造的基本格架。其中F3.4其他錯誤分類的證據(jù)為了驗證利用歸一化差分法劃分的虎林盆地斷裂構(gòu)造的有效性,筆者收集了有關研究區(qū)的單元構(gòu)造格局分布圖3張3.4.1第一個截面劃分的單元結(jié)構(gòu)圖9b是文獻[25]給出的虎林盆地地質(zhì)構(gòu)造單元圖(構(gòu)造格局相對于文獻[23]和[26]更為詳細)?？梢钥闯?斷裂F3.4.2db1線電阻率斷面由于構(gòu)造單元是利用盆地內(nèi)主要的大、中型斷裂進行劃分,因此對小型斷裂無法反映出來。筆者利用盆地內(nèi)一條南北向的電性剖面來進一步佐證盆地內(nèi)斷裂的存在性。圖10為DB1線CEMP剖面二維反演電阻率斷面圖。根據(jù)斷面電阻率的分布特征,可以確定8條大、中型斷裂F由于收集資料有限,未能提供出其他15條小型斷裂的地質(zhì)或其他地球物理證據(jù),但通過上述分析結(jié)果和相關的文獻資料4應用明歸一化差分法的應用1)依據(jù)差分法和地質(zhì)體邊界在位場異常中標志之間的關系,給出了突出邊界特征的x、y、z3個方向n階差分表達式,同時采用歸一化形式對異常梯級帶進行進一步緊縮以達到精細檢測邊界位置的目的。2)模型分析表明歸一化差分法相對位場常規(guī)邊界識別方法是一種邊界識別能力強和定位精度高的邊界檢測方法。將歸一化差分法應用于黑龍江虎林盆地,給出了盆地內(nèi)一、二級共28條斷裂的精細構(gòu)造格架,同時利用盆地內(nèi)已有的斷裂構(gòu)造格局和電阻率剖面證實了其中13條斷裂構(gòu)造的存在性,進一步證實了歸一化差分法進行斷裂識別的有效性。3)在實際應用中,選擇不同的差分半徑、不