基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测方法及系统与流程

本发明涉及航空磁场测量领域，特别是涉及一种基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测方法及系统。

背景技术：

航空磁场测量数据是不同深度、不同形态、不同规模的磁性地质体磁场信息在观测面上的综合反映，由于磁场的叠加效应，使得某些具有一定地质意义的异常变得复杂，在原始图件上很难识别，给地质解释工作带来了难度。随着工程技术与磁梯度张量探测仪器研发技术的不断地发展与成熟，应用磁力张量数据在分析、处理上述问题也得到了相应的发展。磁力张量数据是磁场矢量分量的梯度，包含了的磁场信息，能够反映目标体的矢量磁矩信息，张量数据具有高精度、高分辨率、多参量的优点，可用于描述场源体的磁化方向和几何形态，提高对目标地质体的分辨率，尤其对浅部目标地质体有着较高的分辨率。磁梯度张量数据由于消除了共模成分而受地磁场影响小，而且它信息丰富，便于解算目标体的位置和磁矩信息，进而描述磁源体几何形态，提高了对磁源体的分辨率。目前有大量学者针对利用磁力梯度张量数据探测航磁数据目标地质体边界进行了研究，并在此基础上构造出了相应的边界识别方法，提高了一定的识别效果，但仍然存在不能有效的均衡深浅异常的振幅，精度低、稳定性和抗噪能力差等问题，尤其是当正负航磁异常相互叠加、相互影响时容易产生虚假的边界结果，对后期构造解释会产生干扰和误导。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测方法，包括：

获取磁航数据的全磁力梯度张量数据矩阵其中，mij表示磁航数据在i方向的磁场分量在j方向的一阶梯度分量，i为x、y或z，j为x、y或z；

计算所述全磁力梯度张量数据矩阵t的特征值λ1、λ2、λ3；

计算全磁力梯度张量数据矩阵t的总模值am；

建立边界检测函数r＝λ1·λ2·λ3·am，并确定所述边界检测函数r的最大值；

采用滤波器识别地质体的边界，其中，δ表示均衡深浅部异常的调节系数。

可选的，所述计算所述全磁力梯度张量数据矩阵t的特征值λ1、λ2、λ3，具体包括：

根据以及mxx+myy+mzz＝0计算特征值λ1、λ2、λ3。

可选的，所述计算全磁力梯度张量数据矩阵t的总模值am，具体包括：

根据计算总模值am。

可选的，所述调节系数δ在0-1之间取值。

本发明还提供了一种基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测系统，包括：

梯度张量数据矩阵获取模块，用于获取磁航数据的全磁力梯度张量数据矩阵其中，mij表示磁航数据在i方向的磁场分量在j方向的一阶梯度分量，i为x、y或z，j为x、y或z；

特征值计算模块，用于计算所述全磁力梯度张量数据矩阵t的特征值λ1、λ2、λ3；

总模值计算模块，用于计算全磁力梯度张量数据矩阵t的总模值am；

边界检测指标确定模块，用于建立边界检测函数r＝λ1·λ2·λ3·am，并确定所述边界检测函数r的最大值；

地质体边界识别模块，用于采用滤波器识别地质体的边界，其中，δ表示均衡深浅部异常的调节系数。

可选的，所述特征值计算模块，具体包括：

特征值计算单元，用于根据以及mxx+myy+mzz＝0计算特征值λ1、λ2、λ3。

可选的，所述总模值计算模块，具体包括：

总模值计算单元，用于根据计算总模值am。

可选的，所述调节系数δ在0-1之间取值。

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：本发明提供的基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测方法及系统，基于磁航数据的全磁力梯度张量数据矩阵建立了边界检测函数r以及用于识别地质体边界的滤波器其中，边界检测函数r能够增强对浅部目标地质体的识别，提高浅部目标地质体的识别精度；滤波器能够增强对深部目标地质体的识别，并均衡对深浅部目标地质体的识别。因此，本发明能够均衡不同振幅大小航磁数据目标地质体的边界信息，避免产生多余的虚假边界异常，进而具有较高的分辨率、较强的抗倾斜磁化能力和抗噪声干扰性。

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1提供的基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测方法的流程示意图；

图2为采用本发明提供的方法检测得到的磁性地质体边界图；

图3为采用常规方法总水平梯度法检测得到的磁性地质体边界图；

图4为采用本发明提供的方法检测得到的磁性地质体边界在消除虚假异常方面的效果图；

图5为采用常规方法总水平梯度法检测得到的磁性地质体边界在消除虚假异常方面的效果图；

图6为本发明实施例2提供的基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测系统的结构示意图。

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。

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。

实施例1

参见图1，本实施例提供了一种基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤101：获取磁航数据的全磁力梯度张量数据矩阵，其中，磁航数据可以是实测数据，也可以是计算得到的数据。全磁力梯度张量数据矩阵t是航空磁场在不同方向分量的变化率，矩阵表达形式为：

其中，mij表示磁航数据u在i方向的磁场分量在j方向的一阶梯度分量，i为x、y或z，j为x、y或z。

步骤102：计算所述全磁力梯度张量数据矩阵t的特征值λ1、λ2、λ3。

计算矩阵t的特征值λ1、λ2、λ3的方程式为：

由全磁力梯度张量矩阵t的对称性，即mij＝mji(i,j＝1,2,3,且i≠j)以及在无源三维空间中，磁位u满足拉普拉斯方程即mxx+myy+mzz＝0，整理可得一元三次方程：

λ³+p·λ+q＝0

利用卡尔丹公式，可计算得到得特征值λ1、λ2、λ3：

其中，

步骤103：计算全磁力梯度张量数据矩阵t的总模值am。

总模值am的计算公式如下：

步骤104：建立边界检测函数r＝λ1·λ2·λ3·am，并确定所述边界检测函数r的最大值。边界检测函数r能够提高对浅部目标地质体的识别精度。

步骤105：采用滤波器

识别得到地质体的边界，式中，δ是均衡深浅部异常的调节系数，取值范围为0-1，优选为0.001。该滤波器能够增强对深部目标地质体的识别，并均衡深浅部目标地质体的识别。

在实际的应用中，当需要识别某一范围内的磁性地质体时，获取该范围内的航测数据即磁航数据，并对该磁航数据执行上述步骤101至步骤105，便可实现对该范围内磁性地质体的识别。

为了验证方法的有效性，本发明对其进行了理论模型试验和实测数据计算，并与常规方法总水平梯度法(thdr)进行了对比。图2为采用本发明提供的滤波器mf得到的磁性地质体识别结果图，图3为常规方法总水平梯度法得到的磁性地质体识别结果图，由图2和图3的对比可知，图2中磁性地质体的边界更加的清晰，滤除了干扰信息。图4为采用本发明提供的方法检测得到的磁性地质体边界在消除虚假异常方面的效果图，图5为采用常规方法总水平梯度法检测得到的磁性地质体边界在消除虚假异常方面的效果，由图4和图5对比可知，图4中不存在虚假边界，边界识别更加的准确。

本发明基于全磁力梯度张量数据特征值，构建了一个合理的均衡航磁数据目标地质体边界检测方法，能更好的探测出埋深不同的多源场物体的边界，使边界识别结果更收敛。同时该方法有效地避免了磁化方向和噪声对结果的干扰，提高了计算稳定性和避免了虚假地质体边界的产生；利用比值函数均衡了不同深度地质体的效应，从而能很清晰地给定较深目标地质体的分布特征，具有更高的分辨率和精度。

实施例2

参见图6，本实施例提供了一种基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测系统，该系统包括：

梯度张量数据矩阵获取模块601，用于获取磁航数据的全磁力梯度张量数据矩阵其中，mij表示磁航数据在i方向的磁场分量在j方向的一阶梯度分量，i为x、y或z，j为x、y或z；

特征值计算模块602，用于计算所述全磁力梯度张量数据矩阵t的特征值λ1、λ2、λ3；

总模值计算模块603，用于计算全磁力梯度张量数据矩阵t的总模值am；

边界检测指标确定模块604，用于建立边界检测函数r＝λ1·λ2·λ3·am，并确定所述边界检测函数r的最大值；

地质体边界识别模块605，用于采用滤波器识别得到地质体的边界，其中，δ表示均衡深浅部异常的调节系数，在0-1之间取值。

在本实施例中，特征值计算模块602，具体包括：

特征值计算单元，用于根据以及mxx+myy+mzz＝0计算特征值λ1、λ2、λ3。

总模值计算模块603，具体包括：

总模值计算单元，用于根据计算总模值am。

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。