一种利用逐层切割法识别重力异常体深度及规模的方法与流程

本发明属于重力异常数据处理、重力监测及重力勘探的，涉及一种利用逐层切割法识别重力异常体深度及规模的方法。

背景技术：

1、地表观测的重力异常对地下介质的结构及形态较为敏感，可视为是由不同深度、不同形状、不同大小、不同剩余密度的异常源所产生的重力效应叠加。定性甚至定量分离地下不同异常体产生的重力异常，识别重力异常体深度及规模，对解析浅部到深部的地质构造、开展地球圈层深部物质运动学和动力学过程研究具有重要的意义。

2、重力判断异常体的深度及规模通常利用布格重力异常的量值及分布形态定性的分析，通过重力反演三维密度结构可以有效识别重力异常体的深度及规模，但三维重力反演解是非唯一的，且计算机反演计算耗时也较久；重力位场分离是一种有效的重力异常处理方法，可将整个重力场分离成区域重力异常与局部重力异常。重力位场分离的方法很多，主要包括两种：①空间域的加权平均及迭代算法，包含多项式拟合算法、滑动平均法、最小曲率、克里格插值及插值切割法等。②基于频域的变换方法：包含频域wiener滤波方法、二维离散小波变换及功率谱方法等多种方法。插值切割算法就是属于空间域的加权平均及迭代算法的一种，根据插值切割算子的不同，依次形成了基于四点圆周插值切割算子、八点窗口插值切割算子和动态改进型插值切割算子的插值切割方法。但是这些重力位场分离算法一般将位场二分为区域场和局部场，无法将重力场进一步细分为不同深度源的异常场，尚未有基于重力异常资料位场分离方法来有效识别重力异常体的深度及规模的方法。

技术实现思路

1、为解决上述至少一个技术问题，申请人通过研究发现，插值切割方法可以根据重力异常场任意的一个中心点与该点不同距离圆周上点的场值差异来反映该中心点下方不同深度的地质异常体的重力效应，本方法对插值切割法加以改进，通过反距离加权插值的获取均匀圆周上的点的重力值，逐层切割，通过不断增加切割半径的迭代插值切割将重力异常场在深度上进一步细分，获得了不同深度的局部残余场，克服了位场分离方法对重力异常的一次性分离。基于重力异常数据的逐层切割，实现了一种新的识别重力异常体深度及规模的方法。

2、根据本发明一方面，提供了一种利用逐层切割法识别重力异常体深度及规模的方法，包括以下步骤：

3、步骤1：根据原始重力异常网格数据计算以(x,y)点为中心切割半径为网格点距r0圆周上的点重力异常的平均值a(x，y)；

4、步骤2：根据切割半径为点距r0圆周上的点与中心点(x,y)的重力差异计算权系数g；

5、步骤3：计算切割半径为网格点距r0的局部重力异常与剩余重力异常；

6、步骤4：以经过第一层切割分离后剩余重力异常作为计算网格，计算切割半径r为2倍网格点距r0的局部重力异常与剩余重力异常；

7、步骤5：以此类推，成倍扩大切割半径，以经过上一层切割分离后剩余重力异常作为计算网格，获取不同切割半径的局部重力异常与剩余重力异常。

8、进一步，在步骤1中，计算以(x,y)点为中心切割半径为网格点距r0圆周上的点重力异常的平均值a(x，y)的数据采用反距离加权插值法获得，具体步骤如下：

9、均匀选取距中心(x,y)点半径为r的圆周上均匀选取n(i＝1、2、3……n)个点,n采用如下公式计算。

10、

11、r为切割半径，r0为网格间距，c为系数，设为4或者8，两者区别不大，设为4时，浅部的局部重力异常数据锯齿性相对明显；设为8时，浅部的局部重力异常数据相对更圆滑。

12、根据i点的位置，选取小于单个网格间距r0的j个网格节点数据进行反距离加权插值，分别计算i个点处的插值重力异常值gi(r)。

13、

14、g(j)表示切割半径为r的重力异常圆周上i点处距离小于单个网格点距的j点处的重力值，dj表示j点距离i点的距离。

15、a(x，y)为切割半径为r时与中心点(x，y)相距为r的n个点的异常场平均值：

16、

17、进一步，在步骤2中，首先需要计算圆周上的点重力异常的对称系数fi(r)，用来表示圆周上关于中心点对称三个点的差异：

18、

19、其中，是gi(r)在切割半径为r的圆周上的两个对称点的重力值。

20、在计算fi(r)时，当公式中分母等于0，即时，fi(r)＝1。

21、计算权系数g，权系数g由圆心处、圆周上的重力值共同确定，反应两者的线性程度。根据切割半径为点距r0圆周上的点与中心点(x,y)的重力差异计算权系数g：

22、

23、因为fi(r)与和ri(r)的差值相关，具有对称性，因此g的计算可以简化为下式，只需计算一半的权系数。

24、

25、进一步，在步骤3中，第一层切割时，r＝r0，计算切割半径为网格点距r0的局部重力异常s1(x,y)与剩余重力异常r1(x,y):

26、s1(x,y)＝g[g(x,y)-a(x,y)]

27、r1(x,y)＝(1-g)g(x,y)+ga(x,y)

28、进一步，在步骤4与步骤5中，在计算第一层的局部重力异常及剩余重力异常时，用来分离的计算的网格为在地表观测到的原始重力异常g(x,y)，当从计算第二层局部重力异常及剩余重力异常开始，计算的网格为变成了经上一层切割分离后的剩余重力异rm-1(x，y)，利用上一层剩余异常场与圆周平均am-1(x，y)的差值来定义切割半径r下的局部重力异常场与剩余重力异常场：

29、sm(x,y)＝g[rm-1(x,y)-am-1(x,y)]

30、rm(x,y)＝(1-g)rm-1(x,y)+gam-1(x,y)

31、不同深度地层重力效应与切割半径之间关系密切，上一层分离出来的剩余异常场rm-1(x，y)与切割半径r圆周上n个点重力异常的差异反映了切割半径r对应深度的局部重力异常的特征。通过模型验证，深度r地层重力异常响应可以近似用切割半径r处的局部重力异常场表示。切割半径越小，反映重力异常的深度较小，切割半径越大反映重力异常的深度越大,不同规模的地质异常体在地表所表现的重力异常的范围不同，因此本方法可以对地质体的深度及规模进行识别。

32、对于重力异常资料，针对网格每个数据点分别选取半径为1倍网格点距的算子进行切割分离，获得局部场视为浅部第1层地层的重力效应；之后，再利用半径为2倍点距的算子切割上次分离后的剩余重力异常场，再次进行切割获得的局部重力异常场为第2层地层的重力效应；然后依次类推，逐渐增加切割半径，完成不同深度地层的局部重力异常分离。

33、若定义为切割算子，则切割m次后的剩余重力异常场为：

34、

35、当随着切割次数的增加，最终有：

36、

37、本发明的有益效果为：有别于普通的位场分离方法，本方法将x、y、g三列的二维平面重力异常输入数据，输出为含有x、y、z、g四列包含深度信息的重力异常的数据，相比布格重力异常分布图，不同深度的局部重力异常场压制了区域背景场的影响，可以更好的凸显了特定深度的构造特征。

38、对不同深度局部重力异常进行三维及剖面成像，可以很好的分析研究地区深部构造和产状变化的情况，对识别地下重力异常体的发育规模、判断地下断裂发育深度及长度有着实际的应用效果，可用于重力勘探领域，具有明显的物理意义。