全张量重力梯度数据垂直分量噪声滤除方法研究

全张量重力梯度数据中含有高频成分,为了在去除高频噪声的同时,保留浅部小异常体信息,本文利用最小二乘原理,求解重力梯度垂直分量与重力数据联合约束下的超定方程组。结果表明,随着计算窗口的增大,去噪效果越来越好,对于本文所设计的模型,当计算窗口增大到32×32时,重力数据中99%以上的噪声被去除,张量数据Vxz、Vyz中,分别有大约40%、50%的噪声被去除;同时,浅部小异常体信息几乎全部保存。     

移动平台全张量重力梯度数据的噪声抑制

全张量重力梯度仪器测量数据中包含了大量的白噪声和有色噪声。传统的数字滤波器只能滤除某一频段外的噪声,对于混叠在重力梯度有用信号频段范围内的有色噪声不能很好的对其进行分离。为了同时滤除白噪声和有色噪声,笔者利用卡尔曼滤波器采用增广矩阵法将全张量重力梯度数据中的有色噪声进行估计,在抑制白噪声的同时将有用信号和有色噪声分离,并利用数字滤波器与卡尔曼滤波器的优点,将其结合生了更好的滤波效果,得到了更高质量的梯度信号。通过模型试验验证了本方法对噪声的滤波能力,并满足高精度重力梯度数据处理要求。     

全张量重力梯度数据误差分析及补偿

针对用于航空移动平台的高精度全张量重力梯度测量系统,深入研究了梯度仪12个加速度计按3个不同旋转轴圆盘形成差分组合的结构。在确认该结构具有有效抑制运动共模加速度、减少外界环境干扰、实现高精度探测优点的同时,着重分析了重力梯度仪测量误差的来源和影响。研究表明,主要影响包括仪器固有随机噪声和外界确定性噪声。为定量描述影响程度,推导了在航空动态环境下的测量方程,并分离出加速度计的性能不匹配、平台不稳定、圆盘转速不稳定3个主要固有因素,从时间域和频率域角度定量分析固有影响因素的噪声水平。试验分析表明,通过利用Simulink仿真系统可以获得固有因素产生的噪声水平,并提出抑制方案。针对搭载环境测量误差,还分析了实测飞行中姿态和质量的改变对重力梯度测量值造成的环境影响,提出了基于点质量源的自身梯度校正方法。     

航空重力数据的等波纹FIR低通滤波试验

为解决航空重力测量中的核心技术之一——强噪声背景下提取微弱重力异常信号的问题,根据等波纹切比雪夫逼近理论,采用瑞米兹（Remez）交换算法设计等波纹线性相位FIR低通滤波器,利用模型数据对该方法进行了验证,并通过GT-1A型航空重力系统测量数据进行滤波试验。结果表明,基于Remez交换算法设计等波纹线性相位FIR低通滤波器,在自由空气重力异常获取的滤波试验中,能获得与GT-1A系统卡尔曼平滑滤波相同的效果。     

利用IGRF模型计算全张量地磁梯度

国际地磁参考场(IGRF)是一种描述地球主磁场的国际通用模型。目前利用该模型能够计算任意点位的地磁七要素,但随着航空全张量磁测技术的发展,对地球主磁场的全张量磁梯度数据有着迫切的需求。笔者梳理了IGRF模型的计算原理并进一步推导出球谐展开的全张量磁梯度表达式,实现了任意给定点位地磁场七要素和全张量的计算,并用地磁七要素与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)网站计算数据进行对照,结果准确可靠。绘制了某地区地磁场的全张量磁梯度等值线图,结果满足Laplace方程,为航空全张量磁梯度测量中选择学习飞行工区和飞行高度提供了理论依据。     

三轴稳定平台式航空重力测量数据处理方法研究与实现

开展航空重力测量数据处理方法研究,提高数据处理的精度,赶超世界先进水平,具有十分重要的意义.本文基于国产三轴稳定平台式航空重力测量系统,开展了航空重力测量数据处理方法研究及相应的软件研制,实现了适用于稳定平台式航空重力数据的卡尔曼平滑算法,在国内首次解算出平台式航空重力空间异常,内符合精度达到0.590× 10-5 m/s2,外符合(与GT航空重力测量系统测量数据对比)精度达到0.581× 10-5 m/s2,数据处理精度达到国际先进水平.由此表明:数据处理采用的方法可行,解算精度高,提升了我国航空重力测量数据处理技术水平.     

重力和磁力勘探进入新时期

评论了航空重力测量和航空磁测观测技术,认为重力和磁力勘探进入一个新时期的标志是:航空矢量磁测、全张量磁力梯度测量、航空重力测量、重力梯度测量和无人飞行器地球物理探测。     

基于重力全张量数据的Parker-Oldenburg算法研究

相比重力数据,重力张量数据通常包含更多的异常信息。本文根据重力数据与重力张量数据的关系,利用位场转化技术,将重力张量数据应用于传统的Parker-Oldenburg密度界面反演算法中。通过模型试验,证明了在网格间距较大或者数据存在一定噪音时,使用本文算法进行反演能得到更好的效果。实验结果说明利用重力张量数据可以有效地提高密度界面反演的分辨率。     

基于深度加权的多分量重力梯度数据联合相关成像方法

针对重力勘探中相关成像存在纵向分辨率较低的问题,提出基于深度加权的多分量重力梯度数据联合相关成像方法。与重力异常数据相比,重力梯度数据具有更高的信噪比、包含更多的频率信息。因此,本文在相关成像原理基础上联合多分量重力梯度数据,引入基于先验信息的深度加权函数,通过对研究区域进行划分,进一步提高深度加权效果。利用长方体组合理论模型确定了最佳梯度数据组合,验证了深度加权函数能够提高纵向成像效果;提出的方法还被证明具有抗噪性。将该方法应用于文顿盐丘区域的实测重力梯度数据,结果能够清晰地显示盖岩的位置。     

基于层源位场的重力及其梯度数据联合相关成像

为提高重力与重力梯度数据联合成像的纵向分辨率,笔者提出基于层源位场的重力及其梯度联合相关成像方法.为体现不同深度位置地质目标体的空间分布特征,采用均值滤波法和插值-切割分离法分离位场异常,并使用向下延拓方法得到不同深度层的层源重力及其梯度数据,在此基础上实现分层重力及其梯度的联合相关成像.将本文方法应用到多个立方体的组...     

理论模型分析卡尔曼滤波在航空全张量磁力梯度测量中的应用效果

航空全张量磁力梯度测量数据中包含非常复杂的运动噪声,在频谱图中从低频至高频均有分布,并以白噪声为主,如何有效压制运动噪声是一个较大的挑战.传统的数字滤波只能滤除指定频段的噪声,对于混叠在全张量磁力梯度有用信号中的噪声不能有效分离.鉴于卡尔曼滤波是一种快速、高效和实时的最优估计方法,笔者将其应用到航空全张量磁力梯度数据处...     

基于深度加权的重力梯度张量数据的3D聚焦反演

针对重力梯度数据聚焦反演结果中存在的"上漂"现象,在经典Tikhonov正则化理论框架下,引入最小支撑泛函数对反演模型进行约束以避免反问题解的不稳定,并针对重力梯度数据聚焦反演中存在的趋肤效应,在模型目标函数中引入指数深度加权函数。通过理论模型,对部分重力梯度张量分量进行了单独以及联合聚焦反演,验证了基于深度加权的聚焦反演方法的有效性,并将该反演方法运用到涩北一号气田区的实际数据中,反演结果较好地反映出气田位置。     

利用正则化方法计算重力归一化总梯度

针对重力归一化总梯度计算过程中向下延拓的不稳定性,将正则化因子引入到向下延拓中,提出了利用正则化方法计算重力归一化总梯度的方法。在模型试验中,对非均匀球冠模型中不同厚度油气藏进行试验分析,结果表明:选取合适的谐波数和正则化因子,可以较好识别出"两高夹一低"的储油特征,且识别能力强于常规的Fourier变换法,这说明本文方法能够提高重力归一化总梯度计算结果的稳定性和分辨率。在实例应用中,利用此方法不但清晰地显示了已有油气藏的位置,还推测了5个油气构造区。     

复杂条件二维重力场及重力张量场空间波数域正演方法

随着传感器技术的发展,重力场与重力张量场测量技术发展迅速,为实现地下密度分布精细反演提供了数据保障。正演是反演的基础,解决任意密度分布复杂地质体重力场与重力张量正演高效、高精度计算问题,是实现重力高效、精细反演、人机交互反演解释的关键。针对起伏地形和任意密度分布这种复杂条件下二维重力场及重力张量场高效高精度正演问题,这里提出了一种空间波数混合域正演算法,其关键环节包括:①结合新的矩形二度体组合模型波数域表达式和一维Gauss-FFT算法,提出了一种任意密度分布和起伏地形下重力场及重力张量高效、高精度正演算法;②采用新的二维正演算法,计算观测最高点和最低点之间多个不同高度水平网格重力场及重力张量,结合三次样条插值方法,实现了起伏地形上重力场及重力张量场高效、高精度正演。模型算例结果表明,新方法具有高效、高精度的显著特点。     

基于导数迭代法的重力归一化总梯度

针对传统重力归一化总梯度方法对油气藏分辨率不够和深度计算精度较低的问题,本文利用导数迭代法的向下延拓结果,计算重力归一化总梯度。将传统方法和本文方法同时用于模型试验,分析谐波数N、埋深和充满系数对G~H场特征的影响。结果表明,相比于传统方法,本文方法受谐波数N的影响较弱,G~H场对油气藏的分辨率更高,反演的油气藏深度更加准确。通过实际应用,证实了本文方法的有效性。     

三度体球冠模型重力异常计算方法及其重力归一化总梯度场特征

提出利用铅垂柱体薄片作为面元的面元积分法,计算三度体球冠重力异常的计算公式,用三度体球冠模型模拟三度背斜体,计算了均匀密度球冠模型、非均匀密度储油球冠模型的重力异常。最后通过误差分析,验证了该方法的可行性。采用波数域重力归一化总梯度计算方法,计算了均匀密度球冠模型、非均匀密度储油气球冠模型G^H场,发现似三度背斜体与二度背斜体有相似的G^H场等值线特征,似三度贮油气藏背斜构造的G^H场亦表现出明显的“两高夹一低”的储油典型标志。所以,可以用非均匀密度三度体储油球冠模型模拟三度贮油气藏背斜构造。     

基于泰勒级数迭代的重力归一化总梯度

针对重力归一化总梯度常规计算方法中向下延拓计算的不稳定性,提出了基于泰勒级数迭代法进行快速稳定向下延拓的重力归一化总梯度场( GH 场) 计算模式。水平圆柱体模型试验表明: 该方法的GH 场表现为单一高值特征,而且极大值位置与模型体质心位置相吻合。非均匀( 含油气) 球冠模型表明: 在油气含量较低时,Fourier 级数法和Fourier 变换法无法识别出“两高夹一低”的储油特征,而本文方法可以清晰地识别。这充分说明基于泰勒级数迭代的重力归一化总梯度计算方法不仅提高了计算结果的稳定性,而且还提高了异常的分辨率。