三方向小子域滤波法在识别断裂中的应用

三方向小子域滤波法在识别断裂中的应用

[摘要]本文利用三方向小子域滤波法进行断裂识别，

突出了异常梯级带的分解特征，获得更多的识别断裂构造信

息.改善了传统方法进行滤波时会模糊异常之间界限的缺陷.

通过老挝某测区的断裂解释，证明了该方法对确定断裂构造

平面位置具有较高的分辨率，而且计算过程具有优良的稳定

性。

[关键词]小子域滤波 三方向小子域滤波 断裂识别

[中图分类号] TB535+.2 [文献码]B [文章编号]

1000-405X（2015）-5-307-2

0前言

重磁资料是地质学家和地球物理学家用于研究区域地

质构造的手段之一，断裂分析则是地质构造研究中的一项重

要内容，根据断裂在重力场中的各种异常特征可以对断裂进

行定性和定量解释。

断裂在重力异常图中指示断裂构造存在的标志有：

（1）线性重力高与重力低之间的过渡带；

（2）异常轴线明显错动的部位；

（3）串珠状异常的两侧或轴部所在位置；

（4）两侧异常特征明显不同的分界线；

（5）封闭等值线突然变宽、变窄部位；

（6）异常等值线同形扭曲部位。

断裂在重力水平梯度异常平面图上的标志有：

（1）线性排列的同号异常连线；

（2）走向明显的线性异常轴连线；

（3）线性异常的平移或错位。

利用重磁异常解决特定的地质任务之前，需要对重磁数

据进行低通滤波[1]，以便从反映地下综合异常体的异常中提

取出目标体异常。近40年来，利用重磁资料估算断裂构造

的水平位置和深度发展了许多方法。频谱分析技术是重磁数

据进行低通滤波最常用的方法之一[2]，但利用此类方法进行

滤波时往往会模糊异常之间的界限。为改善这一缺陷，杨高

印[3]提出了利用小子域滤波法进行低通滤波以获得区域场，

该方法能很好地保留异常之间的界限。张凤旭等[4]提出利用

三方向小子域滤波算法进行断裂的识别，实际应用效果较好

[5，6]。

1小子域滤波原理

小子域滤波是基于滑动平均法原理改进而得[1]。滑动平

均法是用一给定窗口范围内的数据进行平均，将平均值作为

窗口中心的滤波结果。在小子域滤波法中，将窗口分解成位

于中心点不同侧面的八个子域滤波时，不进行全窗口的简单

加权平均，而是首先检测八个子域， 并且以平缓系数均方

差进行衡量，然后以平缓系数为最小子域的平均值作为滤波

输出。该法能够突出异常变化的分界特征，对异常梯级带的

检测、确定区域断裂构造的水平位置效果明显。

2三方向小子域滤波原理

2.1三方向小子域滤波原理

针对利用重磁场资料解决地质构造的精细划分和解释

问题，提出三方向小子域滤波方法。该方法大大增强了对平

面断裂水平位置信息的识别。小子域滤波的主旨思想是突出

异常变化的分界特征，主要是突出异常等值线梯级带的最大

水平梯度的平面位置。而对于断裂构造的其他非梯级带特

征，则无法识别。如果在三个方向上分别计算出突出直立岩

脉特征的重力异常，再对其进行 的相位偏移将原异常中的

非梯级带特征转换成梯级带特征，最后利用小子域滤波法突

出异常梯级带的分界特征，则可以获得更多的识别断裂构造

的信息。这就是三方向小子域滤波的基本原理。

与前人研究的方法相比，三方向小子域滤波法对确定断

裂构造平面位置具有较高的分辨率，而且计算过程具有优良

的稳定性。

2.2三方向小子域滤波数值计算方案

三方向小子域滤波的计算方法按以下几个步骤实施。

（1）计算出突出三方向直立岩脉特征的重力异常。在

图1-1中，g（i，j）表示网格化节点处的布格重力异常， x

轴为物探测线方向，y轴为基线方向，xy轴表示节点的对角

方向，如果点距dx与线距dy相等，则xy轴表示45°方向，

这里统称xy方向。突出原异常中三方向直立岩脉特征的重

力异常公式为：

x方向：

y方向：

xy方向：

其中

dx与dy分别为测线点距和线距，M和N分别为测线方

向和基线方向的取样点数，△x和△y分别表示布格重力异

常坐标位置沿 x轴和y轴方向偏移前、后的距离。

（2）对突出三方向直立岩脉特征的重力异常进行π/2

的相位偏移处理.结果为： △gxπ/2（i，j）、△gyπ/2（i，j）

和△gxyπ/2（i，j） 。

（3）对三方向偏移处理结果的平面坐标位置做相应的

变换。变换后的三方向平面坐标位置公式为：

x方向：

y方向：

xy方向：

（4）利用小子域滤波方法分别检测每个方向偏移处理

结果中的梯级带，突出三方向的异常分界特征。综合分析处

理结果，勾划出平面断裂构造的精细结构。

3应用

采用三方向小子域滤波法对研究区数据进行了处理，根

据这些处理结果综合分析推断出研究区的断裂分布。

4结论

通过对老挝某测区断裂分析的实际情况看，三方向小子

域滤波方法效果较好，主要优点如下：参考地质图、地形图、

布格异常图，初步识别出不同方向展布的断裂或构造线多

条，示于图2。

从识别和分析过程中可见，本区以北西和南北向断裂为

主，东西向断裂次之，北东向断裂很少。其中北西向和南北

向断裂形成较早、延深较深约250m以上、多处被东西向或

北东向断裂切割；东西向断裂形成稍晚、延深稍浅约100m

左右；北东向断裂的形成时间最晚，它们的相互切割关系有

些还不太清楚。

参考文献

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物探与化探，1979，3（5）：43～49.

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石油地球物理勘探，1995，30（2）：240～244.

[4]张凤旭，张凤琴，刘财等.断裂构造精细解释技术---

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[5]张凤旭，刘万崧，张兴洲等. 用重力三方向小子域滤

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[6]张凤旭，张兴洲，张凤琴等. 中国东北地区重力场研

究---利用改进的三方向小子域滤波划分主构造线及大地构

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