一种基于双谱运算的重力异常分离方法技术

本发明专利技术提供了一种基于双谱运算的重力异常分离方法，属于应用地球物理领域。本方法在信号重构中，采用一个控制参数，将该控制参数与原完整信号的谐波项数M相乘，得到新的谐波项数M′，利用该新的谐波项数M′对原完整信号进行重构，获得重构重力异常信号，实现重力异常分离；所述控制参数为0.0～1.0之间。本发明专利技术用于实际重力异常的分离处理，使线性条带状分布的地质特征得到清楚、正确的显示；本发明专利技术为信号恢复、重构处理增加了一个有用的工具。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双谱运算的重力异常分离方法
本专利技术属于应用地球物理领域，具体涉及一种基于双谱运算的重力异常分离方法，同时适用于通讯工程、电子工程、军事、医学等多个应用领域。
技术介绍
在石油地球物理勘探等应用中，所获得的重力异常，包含了从地壳深部到地表的所有密度不均匀地质体的影响。不同地质因素引起的重力异常，叠加在一起，给人们在识别、区分和研究上带来相当大的困难，因此针对石油勘探不同阶段不同地质任务的需要，要进行重力异常的分离处理，以便能够对重力异常做出更准确的解释。常规的重力异常分离方法，包括图解法、平均场法、高次导数法、上下延拓法、函数逼近法(也称趋势分析法)以及频率域滤波法等。近年对这些传统的常规分离方法通过引入新的计算技术，延伸出了数值切割法、小波变换法、分数维法等。现有的这些重力异常分离法，有一个共同的特点，就是呈线性条带状分布的地质构造在应用现有的这些技术进行重力异常分离处理后，特征显示不够明显，给识别与解释带来一定的困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于双谱运算的重力异常分离方法，通过引入基于双谱运算的信号重构技术，增强重力异常分离的功能，实现对呈线性条带状分布的地质构造的正确识别与解释。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于双谱运算的重力异常分离方法，所述方法在信号重构中，采用一个控制参数，将该控制参数与原完整信号的谐波项数M相乘，得到新的谐波项数M′，利用该新的谐波项数M′对原完整信号进行重构，获得重构重力异常信号，实现重力异常分离；所述控制参数为0.0～1.0之间。所述方法包括：第一步，读取原始重力异常信号x(i),i＝1，…，n；其中，n是采样点数；第二步，对原始重力异常信号x(i)，i＝1，…，n进行预处理，得到新信号xn(i)，i＝1，…，kn；第三步，通过傅里叶变换，计算得到新信号xn(i)，i=1，…，kn的频谱X(f)；第四步，计算信号xn(i)，i=1，…，kn的双谱B(f1，f2)；第五步，利用对称性计算信号xn(i)，i=1，…，kn在整个第一象限的双谱B(f1，f2)；第六步，取双谱B(f1，f2)在f1＝f2时的模|B(f，f)|的第一个峰值时的f为估算的基频f0；第七步，在原信号xn(i)，i=1，…，kn上加一相位为0的半基频余弦信号得到信号y(i)，i=1，…，kn，y(i)=xn(i)+cos(πf0i)，i＝1，…，kn；第八步，通过傅里叶变换，计算信号y(i)，i=1，…，kn的频谱Y(f)；第九步，计算信号y(i)，i=1，…，kn的双谱By(f1，f2)；第十步，利用对称性计算信号y(i)，i=1，…，kn在整个第一象限的双谱By(f1，f2)；第十一步，计算谐波项系数ai与相位角及谐波项数M；第十二步，输入控制参数q，将控制参数q与谐波项数M相乘，得重构谐波项数M′；第十三步，利用谐波项系数ai、相位角与重构谐波项数M′对信号进行重构得到得重构信号数据；第十四步，对重构信号数据进行线性背景补偿和均值补偿处理得到重构重力异常；第十五步，将第一步读取的原始重力异常信号x(i)，i＝1，…，n与第十四步得到的重构重力异常对应相减，得剩余重力异常；第十六步，输出第十五步计算得到的剩余重力异常。所述第二步的预处理包括去线性背景、零均值化和周期拓展，具体如下：(1)去线性背景：利用以下公式计算信号x(i)，i＝1，…，n的线性背景斜率bg：式中，x(n)为原始重力异常信号的最末一个数据，x(1)为原始重力异常信号的第一个数据，n为原始重力异常信号的采样点数；然后利用以下公式消去信号的线性背景：xb(i)=x(i)-x(1)-bg×(i-1)式中，xb(i)，i=1，…，n为原始重力异常信号消去线性背景后的数据；(2)零均值化：对消去线性背景后的数据xb(i)，i=1，…，n的各个样点数据xb(i)，求和并除以样点数n，得消去线性背景后的数据xb(i)，i=1，…，n的平均值消去线性背景后的数据xb(i)，i=1，…，n减去平均值实现零均值化：式中，xe(i)，i=1，…，n为原始重力异常信号去线性背景后又零均值化后的信号；(3)周期拓展：原始重力异常信号去线性背景后又零均值化后的信号xe(i)，i=1，…，n是周期数为1的信号，将K个该信号首尾相连得到周期数为K的新信号xn(i)，i＝1，…，kn；所述第三步是通过下式实现的：X(f)=A(f)·ejφ(f)其中，A(f)和φ(f)分别为频谱X(f)的幅值和相位；其中，频谱X(f)的长度为k·n。所述第四步和第九步都是通过公式(4)计算实现的：B(f1，f2)=X(f1)·X(f2)·X*(f1+f2)=A(f1)·A(f2)·A(f1+f2)·exp{j[φ(f1)+φ(f2)-φ(f1+f2)]}=A(f1，f2)·exp[jφ(f1，f2)](4)其中，X(f1)，X(f2)分别表示变量f取f1，f2时对应得到的频谱X(f)；X*(f1+f2)是频谱X(f1+f2)的共轭，其中f1，f2是与时间变量t1，t2相对应的频率变量。所述第十一步中是根据式(14)计算得到谐波项系数ai与相位角所述谐波项数M是由下式求得：M=km/nf其中，km为信号xn(i)，i=1，…，kn的频谱X(f)的长度的1/2，即km=k·n/2+1；nf是估算得到的基频f0所对应的频率采样序号。所述第十三步是这样实现的：将第十一步得到的谐波项系数ai、相位角和第十二步得到的重构谐波项数M′代入式(5)，得重构信号数据：与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术使表征断层构造的台阶模型的重力异常，得到了准确的分离。同时本专利技术用于实际重力异常的分离处理，使线性条带状分布的地质特征得到清楚、正确的显示；本专利技术为信号恢复、重构处理增加了一个有用的工具。附图说明图1为本专利技术方法的步骤框图；图2为某试验区的实际布格重力异常图；图3为实际布格重力异常应用本专利技术研制的基于双谱运算的异常分离新方法得到的重构重力异常；图4为实际布格重力异常减去重构重力异常得到的剩余重力异常。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：(1)基于双谱运算的重力异常分离方法原理设x(t)是一均值为0的连续实信号，其Fourier变换为：X(f)=A(f)·exp[jφ(f)](1)A(f)和φ(f)分别为频谱X(f)的幅值和相位。x(t)的三阶累积量函数表达式为：t1，t2表示两个不同的时间变量。C(t1，t2)的二维Fourier变换即为双谱B(f1，f2)X*(f1+f2)是频谱X(f1+f2)的共轭(注：下同)。其中f1，f2是与时间变量t1，t2相对应的频率变量。进一步，可得x(t)的双谱表达式：B(f1，f2)=X(f1)·X(f2)·X*(f1+f2)=A(f1)·A(f2)·A(f1+f2)·exp{j[φ(f1)+φ(f2)-φ(f1+f2)]}=A(f1，f2)·exp[jφ(f1，f2)](4)设重力异常数据为x(n)是连续实信号x(t)的离散形式，可以用谐波信号表达式来描述，即式中：M为谐波项数，ai和分别为谐波系数和相位角，f0是基频率。根据Fourier变换的特性，由式(4)和(5)可以得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双谱运算的重力异常分离方法，其特征在于：所述方法在信号重构中，采用一个控制参数，将该控制参数与原完整信号的谐波项数M相乘，得到新的谐波项数M′，利用该新的谐波项数M′对原完整信号进行重构，获得重构重力异常信号，实现重力异常分离；所述控制参数为0.0～1.0之间。

【技术特征摘要】
1.一种基于双谱运算的重力异常分离方法，其特征在于：所述方法在信号重构中，采用一个控制参数，将该控制参数与原完整信号的谐波项数M相乘，得到重构谐波项数M′,利用该重构谐波项数M′对原完整信号进行重构，获得重构重力异常信号，实现重力异常分离；所述控制参数为0.0～1.0之间；所述方法包括：第一步，读取原始重力异常信号x(i),i＝1,…,n；其中，n是采样点数；第二步，对原始重力异常信号x(i),i＝1,…,n进行预处理，得到新信号xn(i),i＝1,…,kn，k为周期数；第三步，通过傅里叶变换，计算得到新信号xn(i),i＝1,…,kn的频谱X(f)；第四步，计算新信号xn(i),i＝1,…,kn的双谱B(f1，f2)；第五步，利用对称性计算新信号xn(i),i＝1,…,kn在整个第一象限的双谱B(f1,f2)'；第六步，取双谱B(f1，f2)'在f1＝f2时的模|B(f,f)'|的第一个峰值时的f为估算的基频f0；第七步，在新信号xn(i),i＝1,…,kn上加一相位为0的半基频余弦信号得到信号y(i),i＝1,…,kn，y(i)＝xn(i)+cos(πf0i),i＝1,…,kn；第八步，通过傅里叶变换，计算信号y(i),i＝1,…,kn的频谱Y(f)；第九步，计算信号y(i),i＝1,…,kn的双谱By(f1，f2)；第十步，利用对称性计算信号y(i),i＝1,…,kn在整个第一象限的双谱By(f1,f2)'；第十一步，计算谐波项系数ai与相位角及谐波项数M；第十二步，输入控制参数q，将控制参数q与谐波项数M相乘，得到重构谐波项数M′；第十三步，利用谐波项系数ai、相位角与重构谐波项数M′对原始重力异常信号进行重构得到重构信号数据；第十四步，对重构信号数据进行线性背景补偿和均值补偿处理得到重构重力异常信号；第十五步，将第一步读取的原始重力异常信号x(i),i＝1,…,n与第十四步得到的重构重力异常信号对应相减，得到剩余重力异常；第十六步，输出第十五步计算得到的剩余重力异常。2.根据权利要求1所述的基于双谱运算的重力异常分离方法，其特征在于：所述第二步的预处理包括去线性背景、零均值化和周期拓展，具体如下：(1)去线性背景：利用以下公式计算原始重力异常信号x(i),i＝1,…,n的线性背景斜率bg：式中，x(n)为原始重力异常信号的最末一个数据，x(1)为原始重力异常信号的第一个数据，n为原始重力异常信号的采样点数；然后利用以下公式消去信号的线性背景：xb(i)＝x(i)-x(1)-bg×(i...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞建宝，李弘，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11