一种地质资源勘探中重磁数据处理方法及其系统与流程

本发明涉及地质资源勘探技术领域，特别是涉及一种地质资源勘探中重磁数据处理方法及其系统。

背景技术：

针对地质矿产资源勘探等实际问题，为了提高解释结果的精度和可靠性而进行位场向下延拓，位场向下延拓能够突出局部、浅部的地质信息，在位场数据处理、解释和辅助导航中具有十分重要作用。但是位场向下延拓是不适定问题，一直为位场勘探的研究热点。

现有的位场向下延拓的处理方法主要有：向下延拓空间域插值法，但是其计算复杂、精度不高；常规向下延拓fft法不仅向下延拓因子具有高频放大效应，而且傅里叶变换的离散和截断误差会引起延拓结果发生高频振荡；正则化法、广义逆法、匹配滤波法、维纳滤波法等常规向下延拓fft法的改进方法，虽然，提高了向下延拓的稳定性，但向下延拓深度不大(一般不超过5倍点距)；向下延拓积分迭代法能够实现无噪声数据稳定向下延拓，且向下延拓点距大，但其迭代次数较多，导致计算效率降低；向下延拓adams-bashforth法和向下延拓milne法利用实测的垂向导数，通过微分方程的数值解法，建立了相应的向下延拓公式，但其精度不高。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的是提供一种地质资源勘探中重磁数据处理方法及其系统，以提高向下延拓结果的精确性，对位场勘探解释的精度改善具有实际意义。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种地质资源勘探中重磁数据处理方法，所述方法包括：

获取观测面的第一位场数据和第一梯度数据，所述观测面是勘测地点的水平面，所述第一位场数据是所述观测面所在高度的重力场数据或磁场数据，所述第一梯度数据为所述第一位场数据的垂向一阶导数；

采用波数域换算方法对所述第一位场数据和所述第一梯度数据进行向上延拓，得到向上延拓h高度后第二梯度数据、向上延拓2h高度后第三梯度数据以及向上延拓3h高度后第二位场数据，h表示观测面与延拓面之间的距离，h＞0；

根据所述第一梯度数据、所述第二梯度数据、所述第三梯度数据以及所述第二位场数据，利用四阶显格式milne法确定向下延拓h高度后第三位场数据；

根据所述第三位场数据，利用isvd方法计算向下延拓h高度后第四梯度数据；

根据所述第四梯度数据、所述第一位场数据、所述第一梯度数据以及所述第二梯度数据，利用四阶隐格式simpson法对所述第三位场数据进行校正，得到校正后第三位场数据。

可选的，所述根据所述第一梯度数据、所述第二梯度数据、所述第三梯度数据以及所述第二位场数据，利用四阶显格式milne法确定向下延拓h高度后第三位场数据，具体包括：

根据公式确定第三位场数据；

其中，u(x,y,z0+3h)表示第二位场数据，uz(x,y,z0+h)表示第二梯度数据、uz(x,y,z0+2h)表示第三梯度数据，uz(x,y,z0)表示第一梯度数据，z0表示观测面所在高度，x,y表示空间域坐标。

可选的，所述根据所述第三位场数据，利用isvd方法计算向下延拓h高度后第四梯度数据，具体包括：

根据所述第三位场数据，利用波数域换算方法确定第三位场数据的标量位；

根据所述标量位，利用有限差分法确定标量位水平方向的二阶导数；

根据所述标量位水平方向的二阶导数，采用拉普拉斯方法确定第四梯度数据。

可选的，所述根据所述第四梯度数据、所述第一位场数据、所述第一梯度数据以及所述第二梯度数据，利用四阶隐格式simpson法对所述第三位场数据进行校正，得到校正后第三位场数据，具体包括：

根据公式确定校正后第三位场数据，

其中，u(x,y,z0)表示第一位场数据，uz(x,y,z0)表示第一梯度数据，uz(x,y,z0+h)表示第二梯度数据、表示第四梯度数据。

一种地质资源勘探中重磁数据处理系统，所述系统包括：

第一位场数据和第一梯度数据获取模块，用于获取观测面的第一位场数据和第一梯度数据，所述观测面是勘测地点的水平面，所述第一位场数据是所述观测面所在高度的重力场数据或磁场数据，所述第一梯度数据为所述第一位场数据的垂向一阶导数；

第二梯度数据、第三梯度数据以及第二位场数据确定模块，用于采用波数域换算方法对所述第一位场数据和所述第一梯度数据进行向上延拓，得到向上延拓h高度后第二梯度数据、向上延拓2h高度后第三梯度数据以及向上延拓3h高度后第二位场数据，h表示观测面与延拓面之间的距离，h＞0；

第三位场数据确定模块，用于根据所述第一梯度数据、所述第二梯度数据、所述第三梯度数据以及所述第二位场数据，利用四阶显格式milne法确定向下延拓h高度后第三位场数据；

第四梯度数据确定模块，用于根据所述第三位场数据，利用isvd方法计算向下延拓h高度后第四梯度数据；

校正后第三位场数据确定模块，用于根据所述第四梯度数据、所述第一位场数据、所述第一梯度数据以及所述第二梯度数据，利用四阶隐格式simpson法对所述第三位场数据进行校正，得到校正后第三位场数据。

可选的，所述第三位场数据确定模块，具体包括：

第三位场数据确定单元，用于根据公式确定第三位场数据；

其中，u(x,y,z0+3h)表示第二位场数据，uz(x,y,z0+h)表示第二梯度数据、uz(x,y,z0+2h)表示第三梯度数据，uz(x,y,z0)表示第一梯度数据，z0表示观测面所在高度，x,y表示空间域坐标。

可选的，所述第四梯度数据确定模块，具体包括：

标量位确定单元，用于根据所述第三位场数据，利用波数域换算方法确定第三位场数据的标量位；

标量位水平方向的二阶导数确定单元，用于根据所述标量位，利用有限差分法确定标量位水平方向的二阶导数；

第四梯度数据确定单元，用于根据所述标量位水平方向的二阶导数，采用拉普拉斯方法确定第四梯度数据。

可选的，所述校正后第三位场数据确定模块，具体包括：

校正后第三位场数据确定单元，用于根据公式确定校正后第三位场数据，

其中，u(x,y,z0)表示第一位场数据，uz(x,y,z0)表示第一梯度数据，uz(x,y,z0+h)表示第二梯度数据、表示第四梯度数据。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的地质资源勘探中重磁数据处理方法及其系统，通过采用波数域换算方法对第一位场数据和第一梯度数据进行向上延拓，然后根据向上延拓后的第二位场数据、第二梯度数据和第三梯度数据，利用四阶显格式milne法确定第三位场数据；根据第三位场数据，利用isvd方法计算第四梯度数据；根据第四梯度数据、第一位场数据、第一梯度数据以及第二梯度数据，利用四阶隐格式simpson法对第三位场数据进行校正，得到校正后第三位场数据，校正后第三位场数据即为所要获得的向下延拓h高度后的位场数据，此位场数据经过上述方法处理后其精确度高，对位场勘探解释的精度改善具有实际意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种地质资源勘探中重磁数据处理方法的流程图；

图2为本发明实施例一种地质资源勘探中重磁数据处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种地质资源勘探中重磁数据处理方法及其系统，以提高向下延拓结果的精确性，对位场勘探解释的精度改善具有实际意义。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

目前向下延拓milne法的截断误差为隐格式simpson法的截断误差为明显小于现存的向下延milne法，所以simpson法计算精度更高使数值计算结果更准确，但是simpson法属于隐格式，不能直接应用于向下延拓计算。因此，本发明将显格式milne法和隐格式simpson法结合起来，构成milne-simpson预估矫正方法对重磁数据进行处理。既实现了向下延拓又提高了向下延拓结果的准确性。

图1为本发明实施例一种地质资源勘探中重磁数据处理方法的流程图，参见图1，一种地质资源勘探中重磁数据处理方法，所述方法包括：

步骤s1：获取观测面的第一位场数据u(x,y,z0)和第一梯度数据uz(x,y,z0)，所述观测面是勘测地点的水平面，所述第一位场数据是所述观测面所在高度z0的重力场数据或磁场数据，所述第一梯度数据为所述第一位场数据的垂向一阶导数。

步骤s2：采用波数域换算方法对所述第一位场数据和所述第一梯度数据进行向上延拓，得到向上延拓h高度后第二梯度数据uz(x,y,z0+h)、向上延拓2h高度后第三梯度数据uz(x,y,z0+2h)以及向上延拓3h高度后第二位场数据u(x,y,z0+3h)，h表示观测面与延拓面之间的距离，h＞0。

具体的，波数域是指空间域数据经过傅里叶变换得到的结果所在的空间，不同高度的数据换算关系式为：

其中，x,y,ξ,η表示坐标变量，ξ,η是坐标x,y的另一种表示。

对公式(1)进行傅里叶变换得到波数域的向上延拓方法：

其中，表示傅里叶逆变换，kx,ky表示与空间域坐标x,y对应的波数域坐标，u(kx,kx,z0)是u(x,y,z0)的波数域表达，表示波数域向上延拓算子。

以上为获取第二位场数据的过程，若想获得第二位场数据和第三位场数据，需要将u(x,y,z0)和h替换为相应的uz(x,y,z0)和h以及uz(x,y,z0)和2h。

步骤s3：根据所述第一梯度数据、所述第二梯度数据、所述第三梯度数据以及所述第二位场数据，利用四阶显格式milne法确定向下延拓h高度后第三位场数据。

所述步骤s3，具体包括：

根据公式确定第三位场数据；

其中，u(x,y,z0+3h)表示第二位场数据，uz(x,y,z0+h)表示第二梯度数据、uz(x,y,z0+2h)表示第三梯度数据，uz(x,y,z0)表示第一梯度数据，z0表示观测面所在高度。

步骤s4：根据所述第三位场数据，利用isvd方法计算向下延拓h高度后第四梯度数据。

isvd方法也成为积分二次垂向导数方法：isvd原词integratedsecondverticalderivative，指计算位场各阶垂向导数的方法。

所述步骤s4，具体包括：

根据所述第三位场数据利用波数域换算方法确定第三位场数据的标量位

其中表示傅里叶变换，表示波数域垂向积分算子。

根据所述标量位，利用有限差分法确定标量位水平方向的二阶导数，

其中δx,δy表示水平方向的采样间距。

根据所述标量位水平方向的二阶导数，采用拉普拉斯方法确定第四梯度数据。

具体的，利用拉普拉斯方法(也成为拉普拉斯方程)，得到标量位的垂直方向的二阶导数即为第三位场数据的垂直方向的一阶导数也就是第四梯度数据，

步骤s5：根据所述第四梯度数据、所述第一位场数据、所述第一梯度数据以及所述第二梯度数据，利用四阶隐格式simpson法对所述第三位场数据进行校正，得到校正后第三位场数据。

所述步骤s5，具体包括：

根据公式确定校正后第三位场数据，

其中，u(x,y,z0)表示第一位场数据，uz(x,y,z0)表示第一梯度数据，uz(x,y,z0+h)表示第二梯度数据、表示第四梯度数据。

图2为本发明实施例一种地质资源勘探中重磁数据处理系统的结构示意图，如图2所示，一种地质资源勘探中重磁数据处理系统，所述系统包括：

第一位场数据和第一梯度数据获取模块201，用于获取观测面的第一位场数据和第一梯度数据，所述观测面是勘测地点的水平面，所述第一位场数据是所述观测面所在高度的重力场数据或磁场数据，所述第一梯度数据为所述第一位场数据的垂向一阶导数；

第二梯度数据、第三梯度数据以及第二位场数据确定模块202，用于采用波数域换算方法对所述第一位场数据和所述第一梯度数据进行向上延拓，得到向上延拓h高度后第二梯度数据、向上延拓2h高度后第三梯度数据以及向上延拓3h高度后第二位场数据，h表示观测面与延拓面之间的距离，h＞0；

第三位场数据确定模块203，用于根据所述第一梯度数据、所述第二梯度数据、所述第三梯度数据以及所述第二位场数据，利用四阶显格式milne法确定向下延拓h高度后第三位场数据；

所述第三位场数据确定模块203，具体包括：

第三位场数据确定单元，用于根据公式确定第三位场数据；

其中，u(x,y,z0+3h)表示第二位场数据，uz(x,y,z0+h)表示第二梯度数据、uz(x,y,z0+2h)表示第三梯度数据，uz(x,y,z0)表示第一梯度数据，z0表示观测面所在高度。

第四梯度数据确定模块204，用于根据所述第三位场数据，利用isvd方法计算向下延拓h高度后第四梯度数据；

所述第四梯度数据确定模块204，具体包括：

标量位确定单元，用于根据所述第三位场数据，利用波数域换算方法确定第三位场数据的标量位；

标量位水平方向的二阶导数确定单元，用于根据所述标量位，利用有限差分法确定标量位水平方向的二阶导数；

第四梯度数据确定单元，用于根据所述标量位水平方向的二阶导数，采用拉普拉斯方法确定第四梯度数据。

校正后第三位场数据确定模块205，用于根据所述第四梯度数据、所述第一位场数据、所述第一梯度数据以及所述第二梯度数据，利用四阶隐格式simpson法对所述第三位场数据进行校正，得到校正后第三位场数据。

所述校正后第三位场数据确定模块205，具体包括：

校正后第三位场数据确定单元，用于根据公式确定校正后第三位场数据，

其中，u(x,y,z0)表示第一位场数据，uz(x,y,z0)表示第一梯度数据，uz(x,y,z0+h)表示第二梯度数据、表示第四梯度数据。

本发明中的位场数据也就是指重磁数据，由于观测条件及手段的限制，观测面以下的位场数据不能得到，而位场数据的向下延拓可以计算观测面以下的位场数据。通过本发明实施例的上述方法，得到更加精确的位场向下延拓数据，提高位场数据处理和解释的分辨率、为重力或磁辅助导航提供全空间的位场数据库。

位场数据处理和解释还包括位场分离、位场的边界检测等等，向下延拓的高分辨的位场数据可以更好的定位地下岩体和构造，是服务勘探找矿工业的重磁方法技术。

重力或磁辅助导航是一种利用地球的重力场(或磁场)特征获取载体位置信息的匹配导航方法，其中高精度的位场数据(重磁位场数据)库的获取是必须完成的关键技术，位场向下延拓是获得位场数据库的主要手段。

对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。