三方向小子域濾波法在識別斷裂中的應(yīng)用

三方向小子域濾波法在識別斷裂中的應(yīng)用

[摘要]本文利用三方向小子域濾波法進行斷裂識別，

突出了異常梯級帶的分解特征，獲得更多的識別斷裂構(gòu)造信

息.改善了傳統(tǒng)方法進行濾波時會模糊異常之間界限的缺陷.

通過老撾某測區(qū)的斷裂解釋，證明了該方法對確定斷裂構(gòu)造

平面位置具有較高的分辨率，而且計算過程具有優(yōu)良的穩(wěn)定

性。

[關(guān)鍵詞]小子域濾波 三方向小子域濾波 斷裂識別

[中圖分類號] TB535+.2 [文獻碼]B [文章編號]

1000-405X（2015）-5-307-2

0前言

重磁資料是地質(zhì)學家和地球物理學家用于研究區(qū)域地

質(zhì)構(gòu)造的手段之一，斷裂分析則是地質(zhì)構(gòu)造研究中的一項重

要內(nèi)容，根據(jù)斷裂在重力場中的各種異常特征可以對斷裂進

行定性和定量解釋。

斷裂在重力異常圖中指示斷裂構(gòu)造存在的標志有：

（1）線性重力高與重力低之間的過渡帶；

（2）異常軸線明顯錯動的部位；

（3）串珠狀異常的兩側(cè)或軸部所在位置；

（4）兩側(cè)異常特征明顯不同的分界線；

（5）封閉等值線突然變寬、變窄部位；

（6）異常等值線同形扭曲部位。

斷裂在重力水平梯度異常平面圖上的標志有：

（1）線性排列的同號異常連線；

（2）走向明顯的線性異常軸連線；

（3）線性異常的平移或錯位。

利用重磁異常解決特定的地質(zhì)任務(wù)之前，需要對重磁數(shù)

據(jù)進行低通濾波[1]，以便從反映地下綜合異常體的異常中提

取出目標體異常。近40年來，利用重磁資料估算斷裂構(gòu)造

的水平位置和深度發(fā)展了許多方法。頻譜分析技術(shù)是重磁數(shù)

據(jù)進行低通濾波最常用的方法之一[2]，但利用此類方法進行

濾波時往往會模糊異常之間的界限。為改善這一缺陷，楊高

印[3]提出了利用小子域濾波法進行低通濾波以獲得區(qū)域場，

該方法能很好地保留異常之間的界限。張鳳旭等[4]提出利用

三方向小子域濾波算法進行斷裂的識別，實際應(yīng)用效果較好

[5，6]。

1小子域濾波原理

小子域濾波是基于滑動平均法原理改進而得[1]。滑動平

均法是用一給定窗口范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進行平均，將平均值作為

窗口中心的濾波結(jié)果。在小子域濾波法中，將窗口分解成位

于中心點不同側(cè)面的八個子域濾波時，不進行全窗口的簡單

加權(quán)平均，而是首先檢測八個子域， 并且以平緩系數(shù)均方

差進行衡量，然后以平緩系數(shù)為最小子域的平均值作為濾波

輸出。該法能夠突出異常變化的分界特征，對異常梯級帶的

檢測、確定區(qū)域斷裂構(gòu)造的水平位置效果明顯。

2三方向小子域濾波原理

2.1三方向小子域濾波原理

針對利用重磁場資料解決地質(zhì)構(gòu)造的精細劃分和解釋

問題，提出三方向小子域濾波方法。該方法大大增強了對平

面斷裂水平位置信息的識別。小子域濾波的主旨思想是突出

異常變化的分界特征，主要是突出異常等值線梯級帶的最大

水平梯度的平面位置。而對于斷裂構(gòu)造的其他非梯級帶特

征，則無法識別。如果在三個方向上分別計算出突出直立巖

脈特征的重力異常，再對其進行 的相位偏移將原異常中的

非梯級帶特征轉(zhuǎn)換成梯級帶特征，最后利用小子域濾波法突

出異常梯級帶的分界特征，則可以獲得更多的識別斷裂構(gòu)造

的信息。這就是三方向小子域濾波的基本原理。

與前人研究的方法相比，三方向小子域濾波法對確定斷

裂構(gòu)造平面位置具有較高的分辨率，而且計算過程具有優(yōu)良

的穩(wěn)定性。

2.2三方向小子域濾波數(shù)值計算方案

三方向小子域濾波的計算方法按以下幾個步驟實施。

（1）計算出突出三方向直立巖脈特征的重力異常。在

圖1-1中，g（i，j）表示網(wǎng)格化節(jié)點處的布格重力異常， x

軸為物探測線方向，y軸為基線方向，xy軸表示節(jié)點的對角

方向，如果點距dx與線距dy相等，則xy軸表示45°方向，

這里統(tǒng)稱xy方向。突出原異常中三方向直立巖脈特征的重

力異常公式為：

x方向：

y方向：

xy方向：

其中

dx與dy分別為測線點距和線距，M和N分別為測線方

向和基線方向的取樣點數(shù)，△x和△y分別表示布格重力異

常坐標位置沿 x軸和y軸方向偏移前、后的距離。

（2）對突出三方向直立巖脈特征的重力異常進行π/2

的相位偏移處理.結(jié)果為： △gxπ/2（i，j）、△gyπ/2（i，j）

和△gxyπ/2（i，j） 。

（3）對三方向偏移處理結(jié)果的平面坐標位置做相應(yīng)的

變換。變換后的三方向平面坐標位置公式為：

x方向：

y方向：

xy方向：

（4）利用小子域濾波方法分別檢測每個方向偏移處理

結(jié)果中的梯級帶，突出三方向的異常分界特征。綜合分析處

理結(jié)果，勾劃出平面斷裂構(gòu)造的精細結(jié)構(gòu)。

3應(yīng)用

采用三方向小子域濾波法對研究區(qū)數(shù)據(jù)進行了處理，根

據(jù)這些處理結(jié)果綜合分析推斷出研究區(qū)的斷裂分布。

4結(jié)論

通過對老撾某測區(qū)斷裂分析的實際情況看，三方向小子

域濾波方法效果較好，主要優(yōu)點如下：參考地質(zhì)圖、地形圖、

布格異常圖，初步識別出不同方向展布的斷裂或構(gòu)造線多

條，示于圖2。

從識別和分析過程中可見，本區(qū)以北西和南北向斷裂為

主，東西向斷裂次之，北東向斷裂很少。其中北西向和南北

向斷裂形成較早、延深較深約250m以上、多處被東西向或

北東向斷裂切割；東西向斷裂形成稍晚、延深稍淺約100m

左右；北東向斷裂的形成時間最晚，它們的相互切割關(guān)系有

些還不太清楚。

參考文獻

[1]馬濤，王鐵成，王雨. 一種改進的網(wǎng)格數(shù)據(jù)保持梯度

濾波方法.石油地球物理勘探，2007，42（2）：198～201.

[2]熊光楚. 位變?yōu)V波及其在重、磁異常解釋中的應(yīng)用.

物探與化探，1979，3（5）：43～49.

[3]楊高印. 位場數(shù)據(jù)處理的一項新技術(shù)---小子域濾波法.

石油地球物理勘探，1995，30（2）：240～244.

[4]張鳳旭，張鳳琴，劉財?shù)?/span>.斷裂構(gòu)造精細解釋技術(shù)---

三方向小子域濾波. 地球物理學報，2007，50（5）：1543～

1550.

[5]張鳳旭，劉萬崧，張興洲等. 用重力三方向小子域濾

波解釋伊通盆地斷裂. 地球科學-中國地質(zhì)大學學報，2009，

34（4）：665～672.

[6]張鳳旭，張興洲，張鳳琴等. 中國東北地區(qū)重力場研

究---利用改進的三方向小子域濾波劃分主構(gòu)造線及大地構(gòu)

造單元. 地球物理學報，2010，53（6）：1475～1485.