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      地球物理數(shù)據(jù)網(wǎng)格化參數(shù)的確定及模型的選擇

      2015-08-18 02:10:03王玉敏馮寧姚敏
      山東國(guó)土資源 2015年10期
      關(guān)鍵詞:磁力線等值線平面圖

      王玉敏,馮寧,姚敏

      (1.山東省物化探勘查院,山東 濟(jì)南 250013;2.山東省地礦工程集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250200)

      地球物理數(shù)據(jù)網(wǎng)格化參數(shù)的確定及模型的選擇

      王玉敏1,馮寧2,姚敏1

      (1.山東省物化探勘查院,山東 濟(jì)南250013;2.山東省地礦工程集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南250200)

      根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)體不同,探測(cè)深度不同,物探測(cè)網(wǎng)所采用的比例尺不同,相同比例尺測(cè)量,由于異常細(xì)節(jié)差異,點(diǎn)線距不同,使得不同比例尺測(cè)網(wǎng)采集同一物探數(shù)據(jù),由于網(wǎng)格化差異,異常形態(tài)不同。為了盡可能準(zhǔn)確體現(xiàn)地下地質(zhì)體的異常范圍、異常形態(tài),正確的選擇網(wǎng)格化方法,使后期異常解釋更準(zhǔn)確,該文介紹了如何正確選擇地球物理數(shù)據(jù)網(wǎng)格化參數(shù)的方法。

      地球物理數(shù)據(jù);網(wǎng)格化參數(shù);模型

      引文格式:王玉敏,馮寧,姚敏.地球物理數(shù)據(jù)網(wǎng)格化參數(shù)的確定及模型的選擇[J].山東國(guó)土資源,2015,31(10):86-90.WANGYumin,F(xiàn)ENGNing,YAOMin.TheDeterminationabouttheGridParametersofGeophysicalDataandtheSelectionabouttheGridModel[J].ShandongLandandResources, 2015,31(10):86-90.

      隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)采集化程度的提高,數(shù)據(jù)采集密度、采集頻率、采集效率、準(zhǔn)確率都較以往手工記錄要高。物探數(shù)據(jù)圖件的草繪、清繪和審核基本上一個(gè)技術(shù)人員就可以完成,大大節(jié)省了時(shí)間和人員。由于圖示方法、成圖方法、網(wǎng)格間距的選擇不同,圖件正確與否,數(shù)據(jù)處理中間過(guò)程是否合理變得復(fù)雜[1-2]。因此,計(jì)算方法的選擇不能太機(jī)械化。該文主要討論了在不同測(cè)網(wǎng)的比例尺下,數(shù)據(jù)網(wǎng)格化的合理選取,網(wǎng)格化模型的選取及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理。

      1 磁場(chǎng)的圖示方法

      磁法基礎(chǔ)圖件有沿觀測(cè)線(剖面、線路)所觀察到的磁異常曲線圖,磁異常平剖圖,磁力異常等值線平面圖。其他地球物理場(chǎng)繪制同類圖件,可以類同[3-4]。

      1.1磁力異常曲線圖

      繪制磁力異常曲線圖,要變換一下比例尺,然后再繪制△T曲線。在水平軸上(沿測(cè)線)為相應(yīng)于測(cè)量比例尺的距離坐標(biāo)尺,而沿垂直軸上的比例尺由儀器靈敏度和野外觀測(cè)精確度確定。

      為了使曲線的每一變化能和現(xiàn)實(shí)存在的異常聯(lián)系起來(lái),應(yīng)當(dāng)把可能發(fā)生的偶然誤差帶的寬度減小到一條線。此時(shí)在磁力異常圖上就不會(huì)出現(xiàn)偶然誤差。為了用作圖法消除觀測(cè)時(shí)的偶然誤差,剖面圖垂直比例尺應(yīng)該選擇得使其1mm大約等于2倍野外測(cè)量精度。

      作圖時(shí)用平滑線來(lái)聯(lián)結(jié)這些點(diǎn),因?yàn)榇艌?chǎng)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的變化是平滑的,同時(shí)整個(gè)圖應(yīng)當(dāng)是曲線性的,然而這種情況只有在觀察網(wǎng)非常密以致能保證不漏過(guò)觀察點(diǎn)之間極值的場(chǎng)合下才是正確的,只有在這種情況下才能肯定所繪的圖是反映磁場(chǎng)沿剖面線變化的真正規(guī)律,所以把各點(diǎn)之間以直線相連是比較正確的。此時(shí)作一個(gè)假設(shè):即各點(diǎn)間場(chǎng)的變化是線性的。但又很難肯定,各點(diǎn)間磁場(chǎng)的這種分布規(guī)律是較其他的規(guī)律更現(xiàn)實(shí)些,畢竟各點(diǎn)之間磁場(chǎng)分布的真正特性是未知的。

      當(dāng)然如果觀察網(wǎng)足夠密,那么各點(diǎn)之間的短直線將非常精確并均勻地描出整個(gè)曲線。如果測(cè)網(wǎng)很稀,并且不能顯示出磁場(chǎng)變化的一切規(guī)律時(shí),則曲線將呈鋸齒形,這正是強(qiáng)調(diào)指出測(cè)網(wǎng)不夠稠密,以致不能夠充分地說(shuō)明沿剖面線的磁場(chǎng)的變化。當(dāng)然,這也并不意味著:在用來(lái)解決地質(zhì)問(wèn)題時(shí),這樣的測(cè)網(wǎng)是不夠稠密的。測(cè)網(wǎng)網(wǎng)度是由地質(zhì)任務(wù)決定的。

      在繪制磁力異常曲線圖時(shí),水平軸上距離比例尺為測(cè)量比例尺,垂向軸上比例尺為1mm代表兩倍以上野外測(cè)量精度。相鄰點(diǎn)之間用光滑的直線連接。如果曲線呈鋸齒形,說(shuō)明測(cè)網(wǎng)太稀,需要縮小垂向軸的比例尺。

      為了證實(shí)正確選擇曲線圖垂直比例尺的重要性,下面來(lái)研究一個(gè)實(shí)際例子。圖1是一個(gè)野外隊(duì)在工作中畫(huà)的一張△T剖面曲線平面圖。由圖可見(jiàn),曲線是波形的,其振幅為2~3mm,并且在有些地方又可以發(fā)現(xiàn)較大的幅度變化。顯然,即使在沒(méi)有野外資料的情況下也可以有把握的肯定,作圖時(shí)選擇的比例尺沒(méi)有考慮到野外觀測(cè)精確度。如果把垂直比例尺減小到三分之一,則平面圖的形狀將如圖2所示。此時(shí)圖上出現(xiàn)明顯的異常帶,它由一個(gè)剖面連到另一個(gè)剖面,但是在圖1上分出這種帶是困難的,同時(shí)也是不明顯的。

      圖1 不考慮野外測(cè)量精確度做出的△T曲線

      圖2 考慮野外測(cè)量精確度做出的△T曲線

      1.2剖面平面圖

      沿剖面上某一要素的曲線圖能給出磁場(chǎng)沿剖面線的分布情況。為了獲得磁場(chǎng)在空間中分布的概念,常常利用作圖法將磁場(chǎng)表示為剖面平面圖。作剖面平面圖的方法,以測(cè)量的比例尺在平面圖上畫(huà)下所有的測(cè)線,并且在每條測(cè)線上,繪出沿測(cè)線方向曲線,結(jié)果就得到由彼此相鄰線組成的整個(gè)系統(tǒng)的磁場(chǎng)分布平面圖,利用這平面圖可以看出整個(gè)測(cè)區(qū)磁場(chǎng)的分布性質(zhì)。

      剖面平面圖是一種客觀的資料。它可以同時(shí)顯示某種地球物理場(chǎng)剖面和平面特征的圖件。圖中各測(cè)線的異常都用剖面形式表示,通過(guò)各測(cè)線之間的對(duì)比分析能清楚地表示異常平面和剖面的分布規(guī)律。

      正確的數(shù)據(jù)比例尺以高磁曲線不被放大或壓縮為宜。一般選擇1mm代表2倍野外測(cè)量精度。下面以青海大岔溝高磁數(shù)據(jù)為例,數(shù)據(jù)總精度2.05nT,繪制平剖圖,成圖比例尺為1∶1萬(wàn),圖3中1mm代表2nT,數(shù)據(jù)比例尺為1∶200,圖4中1mm代表4nT,數(shù)據(jù)比例尺為1∶400??梢?jiàn)1∶400圖面比較容易看出異常帶范圍,1∶200數(shù)據(jù)比例尺平剖圖異常峰值疊壓,使邊界輪廓不清晰。

      圖3 平剖面數(shù)據(jù)比例尺選擇1∶200的例子

      圖4 平剖面數(shù)據(jù)比例尺選擇1∶400的例子

      剖面平面圖的缺點(diǎn)在于在圖中只指出磁場(chǎng)沿測(cè)線的分布。至于剖面線之間的磁場(chǎng)特征,就要用磁異常等值線平面圖來(lái)表示。

      1.3磁異常等值線平面圖

      做磁異常等值線平面圖時(shí),首先以測(cè)量比例尺在平面圖上畫(huà)出所有觀測(cè)點(diǎn),并且在每一點(diǎn)旁邊標(biāo)記測(cè)量值及符號(hào)。然后選擇做磁異常等值線的間隔。在選擇磁異常等值線間隔時(shí),野外觀察精確度是最基本的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)殡S著測(cè)量數(shù)值的增大,測(cè)量的相對(duì)誤差仍大致相同,而絕對(duì)誤差則加大了,所以做磁異常等值線間隔應(yīng)該不是恒定的、均勻的,而是隨著測(cè)量數(shù)值的增加而加大。下面為比較實(shí)用并方便的,用來(lái)做磁異常等值線間隔的順序:0,±2(或±2.5),±5;±10;±20(或±25),±50;±100等單位。但是,如果其他等磁力線將更明確地表示出地質(zhì)構(gòu)造的走向和輪廓時(shí),這個(gè)順序可以多少改變一些。通常選擇等于2~4倍測(cè)量誤差的等磁力線為零線以上的第一條線。選好間隔后,確定用哪些等磁力線來(lái)構(gòu)圖。用閉合光滑線來(lái)做等磁力線。

      為了看等磁力線圖方便起見(jiàn),通常以實(shí)線表示正等磁力線,以短線與點(diǎn)相間的線表示零線,以虛線表示負(fù)等磁力線。在等磁力線中斷、扭轉(zhuǎn)處標(biāo)出數(shù)值。為了明顯起見(jiàn),通常正值涂以紅色,負(fù)值涂以藍(lán)色。異常的強(qiáng)度用加深顏色強(qiáng)調(diào)。最小正等磁力線和負(fù)等磁力線之間的正常場(chǎng)區(qū)域有時(shí)涂以黃色。

      圖5是等間距繪制等值線,等值線間隔20nT。圖6是不等間距繪制等值線,等值線間隔0,±5,±10,±20,±50,±100,±200,±300,±400nT等。利用不等間距繪制等值線圖件文件大小減半,0值附近過(guò)渡帶細(xì)節(jié)更突出,磁異常變簡(jiǎn)單。

      圖5 等間距繪制等值線

      圖6 不等間距繪制等值線

      等磁力線圖可以比較全面地反映出磁場(chǎng)分布的客觀規(guī)律,它最接近于磁場(chǎng)分布的真正情況,也就更全面地反映出地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的主要特征和詳細(xì)情況。在狹長(zhǎng)測(cè)網(wǎng)情況下,將測(cè)線點(diǎn)加密而測(cè)線放疏時(shí),由于測(cè)網(wǎng)密度不夠大,所做的等磁力線就不能正確地表示出測(cè)區(qū)內(nèi)磁場(chǎng)的分布。這時(shí),等磁力線有形成垂直于測(cè)線的狹長(zhǎng)閉合線的趨向。如果異常的走向不垂直于測(cè)線,而成一銳角,并且異常的寬度不大,則等磁力線的畸變特別強(qiáng)烈。

      正確繪制等值線最重要的條件是:要全面地考慮所有地質(zhì)資料,首先是巖層的走向、地質(zhì)體的形狀及產(chǎn)狀條件等等。并要在等磁力線圖中,一定要注上作為實(shí)際資料的數(shù)字值。如果沒(méi)有第一手的地質(zhì)資料,可以多成幾個(gè)方向的圖,以確定異常走向。

      2 影響地球物理圖表質(zhì)量的因素

      2.1首先研究測(cè)網(wǎng)的影響怎樣

      有了剖面圖和等值線圖以后,首先應(yīng)該確定解決野外工作方法中測(cè)網(wǎng)密度和形狀的實(shí)際正確性,關(guān)于選擇測(cè)線方向正確性的問(wèn)題??v長(zhǎng)測(cè)網(wǎng)是在經(jīng)濟(jì)上最有利的一種,在這種測(cè)網(wǎng)中沿測(cè)線的點(diǎn)距較小,而線距較大。用這種測(cè)網(wǎng)時(shí),以規(guī)定數(shù)目的測(cè)點(diǎn)布于測(cè)區(qū)只需要最少的時(shí)間,因?yàn)楫?dāng)點(diǎn)距較小時(shí),每一點(diǎn)移至另一點(diǎn)的時(shí)間也縮短了,同時(shí)在一定地區(qū)的線路總長(zhǎng)度也減小了(表1)。

      表1 各種測(cè)網(wǎng)中以10000個(gè)點(diǎn)分布于

      但是在伸長(zhǎng)形的測(cè)網(wǎng)中,得到沿測(cè)線上磁場(chǎng)分布特征的詳細(xì)記錄,稀疏測(cè)線間磁場(chǎng)分布特性不充分的記錄。即完整詳細(xì)的剖面圖和不可靠的等磁力線平面圖。十分拉長(zhǎng)的測(cè)網(wǎng)只有在確實(shí)相信可以知道巖層或所找地質(zhì)對(duì)象的走向時(shí)才可以采用,但是,即使在這樣的情況下線距也不應(yīng)該超過(guò)點(diǎn)距3~4倍以上。

      2.2數(shù)據(jù)網(wǎng)格化的影響

      網(wǎng)格化使用的數(shù)學(xué)模型是網(wǎng)格化的核心問(wèn)題,所有的插值方法都希望通過(guò)插值加密數(shù)據(jù)點(diǎn),使一個(gè)粗糙的初始地質(zhì)模型變成一個(gè)新的精確模型,這僅是一種理想狀態(tài)。相反,通過(guò)插值計(jì)算的新模型,相對(duì)原始模型總有一定變形。也就是說(shuō),相對(duì)實(shí)測(cè)的、準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō),插值點(diǎn)往往會(huì)有一定誤差。因此,最大限度地減少這個(gè)誤差,使原始數(shù)據(jù)中包含的客觀特征能無(wú)明顯損失地傳遞到內(nèi)插計(jì)算的數(shù)學(xué)模型中,是所有數(shù)學(xué)模型的最基本要求[5]。

      2.2.1網(wǎng)格化方法的選擇

      不同數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)場(chǎng)特征和等值線預(yù)期的結(jié)果不同,所采用的方法不同。而不恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)格化方法會(huì)使異常差異很大,偏離原始異常,甚至是錯(cuò)誤的表示。布格重力異常網(wǎng)格化數(shù)據(jù)需要具有良好的保持真實(shí)效果的網(wǎng)格化處理,一般采用三角剖分法網(wǎng)格化[6]。電法、磁法圖件要求保證網(wǎng)格化的精度、產(chǎn)生的等值線較為圓滑,利于異常解釋等,一般使用克里格法網(wǎng)格化,該方法總是盡可能地去描述原數(shù)據(jù)所隱含的趨勢(shì)特征,以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ),以變差函數(shù)為主要工具,在保證研究對(duì)象的估計(jì)值滿足無(wú)偏性條件和最小方差條件的前提下求得估計(jì)值。化探數(shù)據(jù)一般要求反映異常隨距離遠(yuǎn)近關(guān)系,一般使用克里格、徑向基本函數(shù)中的復(fù)二次函數(shù)網(wǎng)格化方法,其中徑向基函數(shù)多重二次函數(shù)法被許多人認(rèn)為是最好的方法,既能反映原始數(shù)據(jù)的特征,又能光滑等值線。

      2.2.2網(wǎng)格化參數(shù)的設(shè)定

      (1)網(wǎng)格化范圍。網(wǎng)格化范圍就是要繪制的等值線范圍,它是由網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的最大最小坐標(biāo)值來(lái)確定。如果網(wǎng)格數(shù)據(jù)是正南北測(cè)網(wǎng),數(shù)據(jù)擴(kuò)邊的邊緣效應(yīng),空白區(qū)填充的值失真很小。如果測(cè)線有一定角度,數(shù)據(jù)網(wǎng)格化建議采用方域網(wǎng)格化,成圖后再利用工區(qū)邊界裁剪。當(dāng)然也可以利用點(diǎn)線號(hào)成圖,但是成圖后旋轉(zhuǎn)和偏移坐標(biāo)位置不準(zhǔn)確。點(diǎn)線號(hào)成圖異常形態(tài)和邊界與利用大地坐標(biāo)成圖異常邊界雖然

      不重合,但異常形態(tài)和幅值基本吻合。利用實(shí)際坐標(biāo)網(wǎng)格化基本上不會(huì)引起異常形態(tài)變化,同時(shí)對(duì)異常定位更準(zhǔn)確(圖7)。

      圖7 點(diǎn)線號(hào)成圖與實(shí)際點(diǎn)坐標(biāo)成圖對(duì)比

      (2)網(wǎng)格間距和網(wǎng)格線數(shù)的確定。網(wǎng)格間距和網(wǎng)格線數(shù)是離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化時(shí)最重要的參數(shù),它關(guān)系到所派生的數(shù)據(jù)密度、等值線模型的精度,最終影響異常的空間結(jié)構(gòu)特征。網(wǎng)格過(guò)大,不僅會(huì)丟失一些特征信息,也可能會(huì)造成等值線扭曲,使得野外工作達(dá)不到一定的效果。當(dāng)網(wǎng)格達(dá)到一定的間隔后,無(wú)論再怎么增加網(wǎng)格數(shù),等值線的輪廓幾乎不再發(fā)生任何變化。網(wǎng)格過(guò)小不僅不會(huì)提高精度,反而會(huì)產(chǎn)生更多冗余“游離”數(shù)據(jù),等值線繪制時(shí)使異??臻g分布特征復(fù)雜化,導(dǎo)致一些假的、沒(méi)有意義的小閉合圈出現(xiàn)(圖8)。

      圖8 不同網(wǎng)格間距圖件對(duì)比圖

      因此恰當(dāng)?shù)胤从钞惓5目臻g分布特征,實(shí)際采取比較、篩選方法選擇恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)格尺寸。從圖8可見(jiàn),原數(shù)據(jù)測(cè)網(wǎng)100m×20m,利用50m×20m網(wǎng)格化和50m×50m網(wǎng)格化數(shù)據(jù)后,后者等值線既可以反映其原始的情況,又能滿足要求,圖面冗余的小閉合圈較少。所以網(wǎng)格化時(shí),網(wǎng)格間距要小于原始采集點(diǎn)的分部間隔,但也不能過(guò)細(xì)。通常采用線距的一半,點(diǎn)距不變。例如100m×40m測(cè)網(wǎng),數(shù)據(jù)網(wǎng)格化使用50m×40m網(wǎng)格間距比較合適。

      (3)搜索類型和搜索半徑的確定。搜索類型決定了所用的數(shù)據(jù)范圍。搜索類型有對(duì)所有點(diǎn)搜索、簡(jiǎn)單搜索、四方位搜索、八方位搜索等4種類型。當(dāng)離散數(shù)據(jù)分布較均勻時(shí),可選擇所有點(diǎn)搜索類型,即相當(dāng)于不選擇搜索類型,當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)(數(shù)據(jù)點(diǎn)大于200個(gè)),數(shù)據(jù)分布較離散,應(yīng)選擇四方位或八方位類型。

      搜索半徑?jīng)Q定了所用的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)的范圍,在搜索規(guī)則不變的條件下,任意改變搜索半徑的大小,對(duì)數(shù)值點(diǎn)區(qū)域的等值線不產(chǎn)生影響,但要影響到整個(gè)空白區(qū)的填充。搜索半徑是個(gè)很重要的參數(shù),直接影響網(wǎng)格化后的結(jié)果。若半徑太小找不到形成網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),就不能形成等值線;而半徑太大則空值點(diǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)點(diǎn)。因此,搜索半徑確定以能客觀反映實(shí)際的地質(zhì)情況為條件,考慮到擴(kuò)邊和特殊點(diǎn),搜索半徑一般為點(diǎn)距的3~6倍。具體應(yīng)用中要適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。

      3 結(jié)論

      所有的地球物理數(shù)據(jù)都是為地質(zhì)服務(wù)的,在數(shù)據(jù)處理同時(shí)要反復(fù)結(jié)合已知地質(zhì)體出露情況,如果脈體很窄,采用的點(diǎn)距過(guò)密,稀疏線距,為了突出異常,根據(jù)實(shí)際情況繪制等值線。磁法數(shù)據(jù)、電法數(shù)據(jù)一般采用克里格法網(wǎng)格化數(shù)據(jù),布格重力數(shù)據(jù)一般采用三角剖分法網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)網(wǎng)格化一般采用方域網(wǎng),網(wǎng)格化間距選擇線距一半。搜索半徑為點(diǎn)距的4~6倍,搜索方向?yàn)榇怪碑惓7较?。磁法?shù)據(jù)圖件標(biāo)注一般選擇不等間距,電法數(shù)據(jù)繪制圖件一般標(biāo)注對(duì)數(shù)間距,重力數(shù)據(jù)繪制圖件等間距標(biāo)注,并標(biāo)注計(jì)曲線和首曲線。首條非零等值線幅值是2倍的野外采集精度。

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      DeterminationofGridParametersofGeophysicalDatasandtheSelectionofGridModel

      WANGYumin1,F(xiàn)ENGNing2,YAOMin1

      (1ShandongGeophysicalandGeochemicalExplorationInstitute,ShandongJinan250013,China;2.ShandongGeo-engineeringExplorationLimitedCorporation,ShandongJinan250014,China)

      Accordingtodifferentgeologicalobjectsanddifferentdetectingdepths,differentscalesofgeophyicalmeasuringwillbechosen.Duringthesamescalemeasurement,duetotheabnormaldifferencesindetail,abnormalshapeisnotthesamewhencollectingthesamegeophysicaldataswithdifferentscales.Inordertoreflecttheabnormalrangeandshapeofundergroundgeologicalbodiesasaccuratelyaspossible,thegridmodelwillbeselectedcorrectly.Itwillmakelateranomalyinterpretationmoreaccurately.Inthispaper,howtochoosetherightparametersofgeophysicaldatahasbeenintroduced.

      Geophysicaldatas;gridparameters;model

      2014-12-08;

      2014-12-29;編輯:曹麗麗

      王玉敏(1978—),女,遼寧北鎮(zhèn)人,高級(jí)工程師,主要從事重磁電野外資料的采集與室內(nèi)資料處理工作;E-mail:32392164@qq.com

      P631

      B

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