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歸壹化總梯度的計算方法

必須指出,這裏的歸壹化函數ΔgH(ζ)已不是解析調和函數,所謂對之“延拓”求奇點,也僅是借用原來的概念而已。此外,再深入研究壹下ΔgH(ζ),可以發現它並不是壹個穩定的函數,隨z的增加,它將越來越不穩定,會出現許多附加的極值。因此,實際應用中,並不用觀測面內的歸壹化重力異常ΔgH(ζ)(這是因為重力異常觀測值中的隨機誤差和級數舍去誤差γN(ζ)隨著下延深度增加而越來越大,致使下延結果畸變),而是用觀測剖面內重力異常的總梯度(即Vxz和Vzz矢量和的模)作歸壹化函數。它同歸壹化的ΔgH(ζ)壹樣,當歸壹化總梯度延拓至場源時,將有極大值。同樣可根據其極值來判斷場源或奇點的位置。

此外,歸壹化總梯度的余項和隨機誤差對下延結果的影響,要比歸壹化重力異常小得多。歸壹化總梯度的定義為

勘探重力學與地磁學

式中:G(x,z)為觀測點(xoz沿垂面)上的重力總梯度的模; 為深度z上M+1個點的總梯度模的平均值;M為測點的間隔數。可以看出,GH(x,z)是壹個無量綱的量。在xoz面內,要按壹定深度間隔計算出各點的GH(x,z),就可勾劃出下半空間內的GH(x,z)的等值線圖。

下面介紹由觀測剖面上的重力異常Δg計算下半空間各點的Vxz和Vzz的方法(也可直接用扭秤實測出Vxz和Vzz)。常用的換算方法是以傅裏葉級數來表示Δg(x,z),然後求導數得到Vxz和Vzz。在實際工作中,級數必然是有限的,在計算時,可用正弦級數與余弦級數來表示,從而使問題變得更簡便。若測線上兩個端點的重力值為零,則正弦級數收斂得更快。為了使兩端點的重力值為零,可對測線上的某壹個點的Δg(x,0)減去線性項a-bx,其中a為測線起點的重力值Δg起(x,0);b=Δg起(x,0)-Δg未(x,0)/L,Δg未為測線末端的重力值,L為測線長度。由於在測線兩端點的重力異常為零的條件下,正弦級數的收斂較余弦級數快,因此選正弦級數表示下半平面內的重力異常,則

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其中:

式中:Bn為諧波數;N為項數; 為下延因子。對(11-65)式求導得

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Bn的離散求和形式為

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式中:x=jΔx(j=0,1,2,…,M);Δx為點距;M為總點數;M=L/Δx;Δg(jΔx)為測線L上第j點的實測重力值。

為了減小由隨機幹擾和測線端部場的截斷而引起的下半平面中GH(x,z)曲線的劇烈跳動(所謂振蕩效應),還必須對Bn乘上壹個圓滑因子qm,以增強延拓過程的穩定性。

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式中:m=1,2,3,…;N為總項數;qm的數值從1變到零,n越大(高頻部分)受到的圓滑作用越強,說明qm對高頻(波數)成分有明顯的壓抑作用。在石油勘探中m=2較為合適。因此計算Vxz,Vzz的公式應為

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在以後許多人的研究中,仿照B.Cianciara等人提出的相位概念,增加與總梯度圖相對應的相位圖,其計算公式為

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需要指出的,級數的總項數(諧波數)N是壹個甚為關鍵的參數,在觀測誤差及測線長度壹定的條件下,它的取值將決定是否能正確定出場源的位置,GH(x,z)的極值以及出現極值的深度均隨N值而異。在實際工作中,可選不同的N值來計算GH(x,z),這時將獲得相應的壹系列的極值,諸極值中,最大的那個極值的深度即為場源所在,而算出極大值的那個N便是應取的參數。

綜上所述,計算歸壹化總梯度的具體步驟如下:

(1)從原始重力值Δg(x,0)減去線性a+bx。

(2)利用上述相減後的Δg值,根據(11-68)求Bn。

(3)由(11-70),(11-71)式,根據求出的Bn來求Vxz,Vzz。

(4)由(11-64)式,用求得的Vxz及Vzz,再求GH(x,z)。

(5)確定N值。