專利名稱：重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及地球物理勘探中的重力勘探和磁法勘探處理技術領域，特別是一種在壓制重磁異常中的高頻噪音的前提下，提高重磁異常分辨率的處理方法。
背景技術：
地質勘探主要應用的地球物理勘探方法有重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探等。
重力勘探是通過利用重力儀觀測地下物質密度差異引起的重力異常以查明地下的地質構造和巖性異常體。磁法勘探則是利用磁力儀觀測地下物體磁性差異引起的磁力異常以查明地下的地質構造和磁性異常體如火山巖等。
重磁勘探可以分為三個大的環節野外重磁異常采集、重磁異常處理、重磁異常解釋。
重磁異常處理的主要任務是根據位場理論和濾波原理，利用電子計算機等設備和相應的資料處理軟件，對野外采集的重磁異常進行加工處理，以獲得能反映地下地層結構和地層巖性變化的平面和剖面分布特征，供解釋人員確定含油氣盆地的坳隆結構、有利二級構造帶以及有利目標。
重磁異常處理過程主要包括以下幾個處理步驟1、預處理；2、網格化；3、壓制干擾；4、位場轉換。
重磁異常處理的重要目的是提高資料的橫向分辨率，突出地下場源體引起的異常，以更好的反映局部構造、斷裂等地質現象。根據原始資料的精度以及要解決的不同勘探對象的地質問題，如區域構造、局部構造、深層構造、淺層構造等。可以采用垂直一次導數、垂直二次導數、垂直四次導數技術進行資料的處理。到目前為止，還未有介紹及使用垂直三次導數技術的報道，并且導數的次數僅為1、2或4的正整數。導數的次數為正整數有明確的物理意義。垂直導數是一個比較有效的異常增強方法之一，該種計算可以在空間域或頻率域實現。空間域濾波的方法如Elikins、Rosenbach、王家林、徐世浙、王光杰、李明、楊輝、王宜昌等。頻率域濾波的方法如王家林、姚長利、Gupta等。與空間域濾波方法相比，頻率域濾波的主要優點在于用頻率域乘積代替了空間域的褶積，具有實現方便、濾波運算比較簡單，處理計算量小、計算速度快，無數據邊部損失等，所以目前人們基本上都是在頻率域中進行重磁異常的處理。
垂直n次導數理論上相當于一個高頻放大器，它對高頻放大作用特別明顯，而實際重磁觀測資料中存在誤差及淺部影響往往是高頻的，造成了重磁處理的不穩定性。為此，國內外學者進行了大量的研究，其中主要是采取串聯一個低通濾波器壓制高頻干擾的方法，如運算時常常加一個圓滑因子等低通濾波器對高頻放大作用進行抑制。低通濾波器因子選擇非常重要，也往往較難確定，易造成對觀測異常壓制過大或對高頻壓制不夠等缺點，選擇一個好的低通濾波器尤為重要。
通過大量的理論模型試驗，優選出延拓回返濾波作為低通濾波器，該方法通過多次的延拓回返來壓制高頻噪音，最終獲取低頻信息。
中國專利公開號1667433，公開了一種位場高分辨率視深度濾波方法。該申請的操作過程是a、對視深度濾波在波數域中的算子FPDF乘上水平一次導數算子Fgx或垂直一次導數算子Fgz或垂直二次導數算子Fgzz，得到高分辨率視深度濾波在波數域中的算子FHPDF。
①采用水平一階導數的高分辨率視深度濾波波數域的算子為FHPDF=(i2πu)[exp(-2πhu2+v2)]p(6-exp(-2πhu2+v2-2cos(2πhu)-2cos(2πhv)]p+1]]>②采用垂直一階導數的高分辨率視深度濾波波數域的算子為FHPDF=(2πu2+v2)[exp(-2πhu2+v2)]p(6-exp(-2πhu2+v2-2cos(2πhu)-2cos(2πhv)]p+1]]>③采用垂直二階導數的高分辨率視深度濾波波數域的算子為
FHPDF=(4π2(u2-v2))[exp(-2πhu2+v2)]p(6-exp(-2πhu2+v2-2cos(2πhu)-2cos(2πhv)]p+1]]>式中h為延拓高度；u，v分別為x和y方向的波數；p為回返次數b、對原始觀測數據進行傅氏變換，然后與高分辨率視深度濾波在波數域中的算子FHPDF相乘，再經過傅氏反變換，得到高分辨率視深度濾波在2D/3D空間分布的數據體。
c、通過繪圖軟件可繪制2D斷面圖或者3D立體圖、水平切片圖、垂直切片圖；用于研究局部或斷裂構造在平面及空間的分布規律及確定場源的質心深度。
該專利申請的濾波方法原理是將位場數據下延到地面以下研究地下不同深度的位場數據的分布，采用了水平一次導數以及垂直一次導數、垂直二次導數方法處理，以提高分辨率，目的是確定局部構造及斷裂的分布及質心深度。該濾波方法特別適用于大比例尺位場資料的處理以及確定位場場源的質心深度。該濾波方法在其適用范圍和所要達到的目的與本發明不相同，其原理不同，實現的方法步驟也不相同。本發明的原理是在觀測面上進行資料的目標處理，步驟方法是通過延拓回返壓制噪音，針對不同的勘探深度的目標，通過不同次數的導數來提高分辨率，并且，從濾波器的角度將傳統導數次數的正整數概念拓展到了正有理數，使導數濾波器成為一個廣義的連續變化的濾波器。資料處理的目的是突出不同深度的勘探目標，實現資料的目標處理，適用的范圍是大、中、小比例尺重磁異常均適用，效果也不相同。
發明內容
本發明的目的在于提供一種重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，在壓制高頻噪音的前提下，提高重磁異常分辨率的處理方法。通過不同參數的選擇，突出不同目標層段的異常。克服傳統的垂直二次導數在對信號放大的同時，對高頻噪音同時放大的不足，造成出現虛假異常，使地質解釋人員在分析資料時，真假難辨，發生誤判，出現與實際情況不符的解釋、判斷，造成勘探的失誤。
本發明采用的技術方案是重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，它是一種在壓制重磁異常高頻噪音的前提下，提高重磁異常分辨率的處理方法。根據重磁原始資料的精度以及要解決的不同勘探對象的地質問題，如區域構造、局部構造、深層構造、淺層構造等，采用廣義垂直n次導數技術進行重磁異常處理，并通過多次的向上延拓和向下回返處理，壓制高頻噪音，突出不同目標層段的異常。重磁異常的處理需要在計算機上進行，重磁異常的處理過程依次含有以下9個步驟①首先將不規則網格觀測的重磁異常網格化，形成規則網數據異常。
②對規則網的重磁異常進行傅氏正變換，得到原始異常的頻譜。
③進行頻譜分析在頻譜圖上根據信號、噪音的分布區間，振幅大小及相位差異確定濾波參數，濾波參數包括導數的次數n、向上延拓和向下回返的高度h，以及向上延拓和向下回返的次數p。
④利用解析法技術進行向上延拓，向上延拓采用的公式是Fup=exp(-2πhu2+v2);]]>式中u，v分別為x和y方向的波數，高度h的取值范圍在500——3000米之間。
⑤利用差分法技術向下回返，向下回返采用的公式是Fdown=(6-exp(-2πhu2+v2)-2cos(2πhu)-2cos(2πhv)).]]>⑥重復解析法技術向上延拓和差分法技術向下回返的過程，重復p次；p為5-20的整數。
⑦在上述處理的基礎上，與廣義垂直n次導數濾波算子相乘，垂直n次導數濾波器的公式是F=(2πu2+v2)n;]]>式中n為0.1-5.0的正有理數。
n為0.1-5.0的正有理數本發明的創新點之一，拓展了傳統導數次數為正整數的概念。效果是通過廣義導數次數的選擇，突出更多不同深度地質體所產生的異常，實現重磁異常的目標處理。
⑧再經過傅氏反變換，獲得重磁異常處理后的重磁信號。
⑨用繪圖軟件將處理后的重磁信號繪制成平面圖或者立體圖，然后對處理之后的重磁異常結合其它勘探方法獲得的資料進行對比、分析及解釋。
傅氏正變換是將時間域的數據通過傅氏變換變換到頻率域。
傅氏反變換是將頻率域的數據通過傅氏變換變換到時間域。
解析法向上延拓是用解析的方法，根據觀測面上的實測重磁異常確定觀測面以上空間的某一高度上重磁異常。解析法向上延拓是適定的。
差分法向下回返是用差分的方法，將解析法向上延拓的某一高度上重磁異常回返到原觀測面上。差分法向下回返是不適定的，因此，在回返的過程中，高頻成分得到了不同程度的衰減。
上述離散數據網格化和確定濾波參數的過程，本專業技術領域分析人員能熟練完成。
本發明方法適用于大、中、小比例尺重磁異常的處理。該方法原理是在地面上研究重磁異常的分布情況。與中國專利公開號1667433的一種位場高分辨率視深度濾波方法相比較，在適用范圍和所要達到的目的與本發明不相同，其原理不同，實現的方法步驟也不相同。
本發明的有益效果本發明的優點在于在壓制高頻噪音的前提下，提高重磁異常分辨率，通過將向上延拓和向下回返技術與廣義垂直n次導數技術的組合，獲得了一個最好的頻率響應濾波器，在濾除高頻噪音與提高分辨率之間獲到了一種最佳平衡。n為0.1-5.0的正有理數本發明的創新點之一，打破了傳統導數次數只能為正整數的概念，通過廣義導數次數n和延拓回返高度以及回返次數的組合選擇，突出更多不同目標層段的異常，實現重磁異常的目標處理。
本發明的上述重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術有較大的改進，使其完全符合地質勘探科研及生產的需要并產生了好用及實用的效果。是一項新穎、進步、實用的新的重磁異常處理方法。
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
圖1重磁延拓回返垂直導數目標優化處理過程的計算機程序流程2本發明與傳統濾波器頻譜對比3本發明濾波器頻譜特征4濟陽坳陷某地區重力資料傳統二次導數計算結果5濟陽坳陷某地區重力資料本發明技術計算結果6華北某地區重力資料本發明技術計算結果7松遼盆地北部徐家圍子斷陷磁力資料本發明技術計算結果8松遼盆地南部長嶺斷陷磁力資料本發明技術計算結果9松遼盆地北部某斷陷重力資料本發明技術計算結果圖具體實施方式
實施例1參閱附圖1。以濟陽坳陷某地區重力資料為例，對傳統的二次導數與本發明技術進行效果對比。本發明的方法為在室內處理時，按照發明內容所述的9個步驟對重力資料進行處理，即①首先將不規則網格觀測的重力異常網格化，形成規則網數據；②對規則網的重力數據進行傅氏正變換，得到原始異常的頻譜；③進行頻譜分析在頻譜圖上根據信號、噪音的分布區間，振幅大小及相位差異確定濾波參數，導數的次數n＝2、向上延拓和向下回返的高度h＝750m，以及向上延拓和向下回返的次數p＝10；④利用解析法技術進行向上延拓，向上延拓采用的公式是Fup=exp(-2πhu2+v2);]]>⑤利用差分法技術向下回返，向下回返采用的公式是Fdown=(6-exp(-2πhu2+v2)-2cos(2πhu)-2cos(2πhv));]]>⑥重復解析法技術向上延拓和差分法技術向下回返的過程要重復10次；
⑦在上述處理的基礎上，與垂直2次導數濾波算子相乘，垂直2次導數濾波器的公式是F=(2πu2+v2)2;]]>⑧再經過傅氏反變換，獲得重力資料處理后的重磁信號；⑨用繪圖軟件將處理后的重磁信號繪制成平面圖或者立體圖，然后對處理之后的重力資料結合其它資料進行對比、分析及解釋。
參閱附圖2。圖2是本發明與傳統濾波器頻譜對比圖。本發明的濾波器為一個主頻較低(f0＝0.178Hz)的窄帶濾波器，對信號進行放大，對噪音進行壓制，帶通效果好，因此，處理結果圖件異常規律性較強；傳統的二次導數為一個主頻較高(f0＝0.318Hz)的寬帶濾波器，對信號與噪音均放大，帶通效果不好，因此，處理結果圖件異常規律性較差，圖面較亂。另外，本發明的濾波器濾波曲線較陡，在頻率0.08-0.18Hz較傳統二次導數濾波器數值要大，意味著在該頻率段，本發明的濾波器具有較大的放大作用，更能突出傳統二次導數突出不夠較低頻(如深層潛山構造等)的信號。
參閱附圖3。圖3本發明濾波器頻譜特征圖。本發明的濾波器隨著導數階次的增加，主頻逐漸向高頻移動，意味著通過導數階次n的選擇，可以突出不同目標層段的異常。
參閱附圖4。圖4為濟陽坳陷某地區重力資料傳統二次導數計算結果圖。可以看到，圖面較亂，存在南北向的半系統誤差，兩條北東向斷裂不清，渤古1井、渤古2井位于重力低上，與地震及鉆井資料不符。
參閱附圖5。圖5為濟陽坳陷某地區重力資料本發明技術計算結果圖。可以看到，圖面較有規律，兩條北東向斷裂十分清楚，北面北東向斷裂斷面較緩；渤古1井位于重力高邊部，渤古2處于高部位，與地震及鉆井資料吻合實施例2參閱附圖1。以下為華北某地區重力異常的延拓回返垂直導數目標優化處理。本發明的方法為在室內處理時，按照發明內容所述的9個步驟對重力資料進行處理，即①首先將不規則網格觀測的重力異常網格化，形成規則網異常；②對規則網的重力異常進行傅氏正變換，得到原始異常的頻譜；③進行頻譜分析在頻譜圖上根據信號、噪音的分布區間，振幅大小及相位差異確定濾波參數，導數的次數n＝3、向上延拓和向下回返的高度h＝1250m，以及向上延拓和向下回返的次數p＝12；④利用解析法技術進行向上延拓，向上延拓采用的公式是Fup=exp(-2πhu2+v2);]]>⑤利用差分法技術向下回返，向下回返采用的公式是Fdown=(6-exp(-2πhu2+v2)-2cos(2πhu)-2cos(2πhv));]]>⑥重復解析法技術向上延拓和差分法技術向下回返的過程要重復12次；⑦在上述處理的基礎上，與垂直3次導數濾波算子相乘，垂直3次導數濾波器的公式是F=(2πu2+v2)3;]]>⑧再經過傅氏反變換，獲得重力資料處理后的重磁信號；⑨用繪圖軟件將處理后的重磁信號繪制成平面圖或者立體圖，然后對處理之后的重力資料結合其它資料進行對比、分析及解釋。
參閱附圖6。從圖6上可以看到異常分布規律性較強，主要發育南北向、東西向異常，與該區地震資料及鉆井資料吻合。另外，在工區的中部新發現了北西向兩個有利的局部異常，推測是深部潛山的反映。在從前應用其它處理方法處理過該地區重力資料，處理后的解釋認為本地不存在或存在較小的北西向局部異常。
實施例3松遼盆地磁力異常的向上延拓和向下回返垂直導數目標優化處理過程。本發明的方法為在室內處理時，按照發明內容所述的9個步驟對磁力異常進行處理，即①首先將不規則網格觀測的磁力異常網格化，形成規則網異常；
②對規則網的磁力異常進行傅氏正變換，得到原始異常的頻譜；③進行頻譜分析在頻譜圖上根據信號、噪音的分布區間，振幅大小及相位差異確定濾波參數，導數的次數n＝2、向上延拓和向下回返的高度h＝1500m，以及向上延拓和向下回返的次數p＝8；④利用解析法技術進行向上延拓，向上延拓采用的公式是Fup=exp(-2πhu2+v2);]]>⑤利用差分法技術向下回返，向下回返采用的公式是Fdown=(6-exp(-2πhu2+v2)-2cos(2πhu)-2cos(2πhv));]]>⑥重復解析法技術向上延拓和差分法技術向下回返的過程要重復8次；⑦在上述處理的基礎上，與垂直2次導數濾波算子相乘，垂直2次導數濾波器的公式是F=(2πu2+v2)2;]]>⑧再經過傅氏反變換，得到磁力異常處理后的重磁信號；⑨用繪圖軟件將處理后的重磁信號繪制成平面圖或者立體圖，然后對處理之后的磁力資料結合其它資料進行對比、分析及解釋。
參閱附圖7、附圖8。圖7為松遼盆地北部徐家圍子斷陷磁力資料的向上延拓和向下回返垂直二次導數目標優化處理結果圖，經與該區50余口鉆遇火山巖的深井對比后發現，該結果較好的反映了火山巖的分布情況。該區23口后驗井資料對比表明，預測火山巖的成功率在80％以上。另外，推薦位于磁力資料梯度帶上的探井優先上鉆，徐深7、徐深9等井均獲得了高產天然氣流。圖8為松遼盆地南部長嶺斷陷磁力資料的向上延拓和向下回返垂直二次導數目標優化處理結果圖，利用該處理結果結合其它資料推薦上鉆該斷陷第一口風險探井長深1井，長深1井獲天然氣無阻流量百萬方，松遼盆地南部首次取得了歷史性突破。
我國的火山巖油氣勘探剛剛開始，急需針對火山巖的勘探技術，該項技術對于我國松遼、準噶爾、四川等盆地的火山巖油氣勘探有著非常重要的意義，是一項有重要實用價值的技術。
實施例4參閱附圖1。以下為松遼盆地北部某斷陷重力異常的延拓回返垂直導數目標優化處理。本發明的方法為在室內處理時，按照發明內容所述的9個步驟對重力異常進行處理，即①首先將不規則網格觀測的重力異常網格化，形成規則網異常；②對規則網的重力異常進行傅氏正變換，得到原始異常的頻譜；③進行頻譜分析在頻譜圖上根據信號、噪音的分布區間，振幅大小及相位差異確定濾波參數，導數的次數n＝2.5、向上延拓和向下回返的高度h＝1000m，以及向上延拓和向下回返的次數p＝8；④利用解析法技術進行向上延拓，向上延拓采用的公式是Fup=exp(-2πhu2+v2);]]>⑤利用差分法技術向下回返，向下回返采用的公式是Fdown=(6-exp(-2πhu2+v2)-2cos(2πhu)-2cos(2πhv));]]>⑥重復解析法技術向上延拓和差分法技術向下回返的過程要重復8次；⑦在上述處理的基礎上，與垂直2.5次導數濾波算子相乘，垂直2.5次導數濾波器的公式是F=(2πu2+v2)2.5;]]>⑧再經過傅氏反變換，獲得重力資料處理后的重磁信號；⑨用繪圖軟件將處理后的重磁信號繪制成平面圖或者立體圖，然后對處理之后的重力資料結合其它資料進行對比、分析及解釋。
參閱附圖9。該區重力異常處理的目的是確定火山巖的巖性。從圖9可以看到鉆遇中基性火山巖的的升深101、升深7、尚深1、尚深3等井位于重力高上，而鉆遇酸性火山巖的升深2、徐深1井位于重力低上，火山巖巖性與重力異常間有較好的對應關系。結合其它資料預測了該區的火山巖巖性分布，位于重力低上的后驗井升深203證實預測是正確的。
權利要求
1.一種重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，其特征在于在壓制重磁異常高頻噪音的前提下，提高重磁異常分辨率，根據重磁原始資料的精度以及要解決的不同勘探對象的地質問題，如區域構造、局部構造、深層構造或淺層構造，采用廣義垂直n次導數技術進行重磁異常的處理，并通過多次的向上延拓和向下回返處理，壓制高頻噪音，突出不同目標層段的異常，重磁異常的處理需要在計算機上進行，重磁異常的處理過程依次含有以下步驟①首先將不規則網格觀測的重磁異常網格化，形成規則網數據異常；②對規則網的重磁異常進行傅氏正變換，獲得原始異常的頻譜；③進行頻譜分析在頻譜圖上根據信號、噪音的分布區間，振幅大小及相位差異確定濾波參數，濾波參數包括導數的次數n、向上延拓和向下回返的高度h，以及向上延拓和向下回返的次數p；④利用解析法技術進行向上延拓，向上延拓采用的公式是Fup=exp(-2πhu2+v2);]]>式中u，v分別為x和y方向的波數，高度h的取值范圍在500--3000米之間；⑤利用差分法技術向下回返，向下回返采用的公式是Fdown=(6-exp(-2πhu2+v2)-2cos(2πhu)-2cos(2πhv));]]>⑥重復解析法技術向上延拓和差分法技術向下回返的過程，重復p次；p為5-20的整數；⑦在上述處理的基礎上，與廣義垂直n次導數濾波算子相乘，廣義垂直n次導數濾波器的公式是F=(2πu2+v2)n,]]>式中n為0.1-5.0的正有理數；⑧再經過傅氏反變換，得到重磁異常處理后的重磁信號；⑨用繪圖軟件將處理后的重磁信號繪制成平面圖或者立體圖，然后對處理之后的重磁異常結合其它勘探方法獲得的資料進行對比、分析及解釋。
2.根據權利要求1所述的重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，其特征是所述的p次，p為5-20。
3.根據權利要求2所述的重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，其特征是所述的p次，p為8-12。
4.根據權利要求1或2或3所述的重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，其特征是所述的n次，n為0.1-5.0的正有理數。
5.根據權利要求4所述的重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，其特征是所述的n次，n為1-4。
6.根據權利要求4所述的重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，其特征是所述的n次，n為0.5。
7.根據權利要求4所述的重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，其特征是所述的n次，n為1.5。
8.根據權利要求4所述的重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，其特征是所述的n次，n為2.5。
9.根據權利要求4所述的重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，其特征是所述的n次，n為3.5。
10.根據權利要求4所述的重磁延拓回返垂直導數目標優化處理技術，其特征是所述的n次，n為3。
全文摘要
一種在壓制重磁異常高頻噪音的前提下，提高重磁異常分辨率的處理方法。特征是首先將重磁不規則網格數據網格化，形成規則網數據；對規則網的重磁數據進行傅氏正變換，求出原始數據的頻譜；進行頻譜分析，分析信號、噪音的分布區間，確定濾波參數；利用解析法技術向上延拓；利用差分法技術向下回返；解析向上延拓和差分法向下回返過程重復p次；與廣義垂直n次導數濾波算子相乘；經過傅氏反變換，求出處理后的數據；用繪圖軟件繪制處理后數據的平面圖或者立體圖。效果是通過將延拓回返技術與廣義垂直n次導數技術組合，獲得最好的頻率響應濾波器，在濾除高頻噪音與提高分辨率之間獲得平衡，突出不同目標層段異常，有效提高重磁異常分辨率。
文檔編號G01V7/00GK1877366SQ20061009867
公開日2006年12月13日 申請日期2006年7月12日 優先權日2006年7月12日
發明者楊輝, 鄒才能, 張研, 李明, 李建忠, 文百紅 申請人:楊輝