常暢，郭華，王海燕，高銳，韓松

1 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037 2 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083 3 中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083 4 中山大學(xué)地球科學(xué)和地質(zhì)工程學(xué)院，廣州 510275

0 引言

地球磁場是具有強(qiáng)度大小與方向的空間矢量，矢量磁測與傳統(tǒng)的總場強(qiáng)度或梯度模量測量相比，可同時(shí)獲取磁異常大小與方向信息，具有探測精度高、信息量豐富的特點(diǎn)，能夠有效減少反演的多解性，獲得更加精確的場源信息(林君等，2017).關(guān)于航空矢量磁測裝備的研發(fā)與處理解釋技術(shù)，國內(nèi)外相繼開展了相關(guān)的研究與應(yīng)用(Hannaford and Haines，1974；Gee and Cande, 2002；Christense and Dransfield, 2002；閆輝等, 2010；孫昂等，2017；謝汝寬等，2017, 2021；Xie et al., 2020；楊力等，2020).我國于2017年在加格達(dá)奇地區(qū)首次實(shí)現(xiàn)航磁矢量測量飛行(謝汝寬等，2017)，2018年在啟鑫地區(qū)獲取了高精度航磁三分量實(shí)測數(shù)據(jù)(Xie et al.，2020).

位場邊緣識別在位場數(shù)據(jù)處理中具有十分重要的意義，能夠充分發(fā)揮重磁數(shù)據(jù)探測范圍廣、橫向分辨率高等優(yōu)勢，根據(jù)在密度或磁性存在差異的分界面具有重磁異常頻率高和變化率大的特點(diǎn)，對斷裂構(gòu)造線或地質(zhì)體邊界線進(jìn)行追蹤識別，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源構(gòu)造勘察、地質(zhì)填圖和地?zé)豳Y源勘察等方面的作用.其中，導(dǎo)數(shù)類(Evjen，1936；Cordell, 1979；Nabighian，1972；Miller and Singh, 1994；Verduzco et al.，2004；Wijns et al.，2005；Wang et al.，2009；Ferreira et al.，2013；Cooper，2014)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)類(楊高印，1995；Cooper and Cowan，2008；張鳳旭等，2007；王彥國等，2013；Xu et al.，2015；段杰翔和徐亞，2020)的位場邊緣識別方法應(yīng)用較為廣泛，隨著圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像增強(qiáng)類邊緣識別方法也具有較多的研究與應(yīng)用(Blakely and Simpson，1986；Zhang et al.，2005；趙希剛等，2008；Sertcelik et al.，2013).而傳統(tǒng)的位場邊緣識別方法主要被應(yīng)用于磁總場異常ΔT，針對航磁矢量數(shù)據(jù)的位場邊緣識別方法研究較少.對于航磁水平分量數(shù)據(jù)，在沒有剩磁影響的情況下，北半球中高緯度地區(qū)，北向分量表現(xiàn)為南正北負(fù)，東向分量表現(xiàn)為東負(fù)西正，具有一定的方向特性(謝汝寬等，2021).因此，本文將廣泛應(yīng)用于圖像處理領(lǐng)域(Daugman，1980, 1985, 1988；Jain and Farrokhnia, 1991；Mehrotra et al., 1992；Petkov, 1995；Petkov and Kruizinga, 1997；Hong et al., 1998；Greenberg et al., 2002；Yang et al., 2003)和地球物理數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域(Sertcelik et al.，2013；Ji and Yan，2017)的Gabor濾波器的方向特性、尺度特性與航磁水平分量數(shù)據(jù)的方向特性進(jìn)行了有效結(jié)合.

本研究利用提出的航磁水平分量數(shù)據(jù)的均衡濾波方法進(jìn)行場源邊界識別，該方法由Gabor濾波器和斜導(dǎo)數(shù)所構(gòu)建，能夠獲得清晰、豐富的場源邊界信息.為航磁矢量數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用，提供了新的方法與思路，是對航磁矢量數(shù)據(jù)解釋的有效補(bǔ)充.

1 方法原理

本文提出了新的基于航磁水平分量數(shù)據(jù)的邊界增強(qiáng)方法.首先，分別對磁北向分量與東向分量應(yīng)用多參數(shù)的Gabor濾波技術(shù)；然后，對兩個(gè)分量的濾波結(jié)果進(jìn)行組合增強(qiáng)；最后，應(yīng)用斜導(dǎo)數(shù)方法對增強(qiáng)后的結(jié)果進(jìn)行均衡，獲得基于航磁水平分量均衡濾波的位場邊緣識別結(jié)果.

二維的空間域Gabor濾波器是由一個(gè)具有一定頻率和方向的正弦平面波組成，并被一個(gè)二維的高斯包絡(luò)所調(diào)制，在圖像增強(qiáng)技術(shù)中，通常使用濾波器中偶對稱的實(shí)部進(jìn)行計(jì)算，可以表示為(Jain and Farrokhnia, 1991; Hong et al., 1998; Yang et al., 2003; Sertcelik et al., 2013)：

Rσx,σy,θ(x,y)=gσx,σy,θ(x,y)

(1)

其中,x′=xcosθ-ysinθ，y′=xsinθ+ycosθ，θ代表濾波器沿坐標(biāo)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度，Gabor濾波器在θ方向具有低通濾波的作用，垂直于θ的方向具有帶通濾波的作用.σx、σy分別為高斯函數(shù)沿x方向和y方向的標(biāo)準(zhǔn)差，通常假設(shè)σx=σy，λ為正弦平面波的波長，與傳統(tǒng)的波長定義不同，這里指正弦平面波兩個(gè)臨近波峰的距離.

濾波器的核函數(shù)與參數(shù)σ、λ和θ有關(guān),對于σx與σy的取值需要進(jìn)行權(quán)衡，取值越大，對于噪聲的抑制作用越明顯，但濾波器越有可能產(chǎn)生虛假的波峰與波谷.同時(shí)，取值越小，濾波器越不會(huì)產(chǎn)生虛假的波峰與波谷，但去噪的效果不明顯；波長λ的取值并不是獨(dú)立的，與σx、σy具有一定的關(guān)聯(lián)性(Petkov and Kruizinga, 1997)；濾波器的方向取值與異常形態(tài)的方向有關(guān).

Gabor的濾波輸出是通過輸入信號與Gabor核函數(shù)的卷積得到的.航磁水平分量數(shù)據(jù)的Gabor濾波公式可以表示為：

GX=Bx*gσx,σy,θ(x,y)

(2)

GY=By*gσx,σy,θ(x,y)

(3)

其中，Bx為北向分量，By為東向分量，g(x-a,y-b)為Gabor濾波器核函數(shù)，M、N分別為測區(qū)數(shù)據(jù)的行數(shù)與列數(shù).

為了對兩個(gè)水平分量的濾波結(jié)果進(jìn)行組合與增強(qiáng)，我們用THEG表示增強(qiáng)后的總水平分量，其表達(dá)式為：

(4)

應(yīng)用航磁水平分量進(jìn)行邊界識別時(shí)，在識別埋深較大的地質(zhì)體邊界、平衡高幅值與低幅值異常等方面，其識別能力具有一定的局限性.在均衡不同幅值的場源信號方面，F(xiàn)erreira等(2013)通過斜導(dǎo)數(shù)對總場異常的總水平導(dǎo)數(shù)結(jié)果進(jìn)行均衡增強(qiáng)，此方法以極大值形式體現(xiàn)場源邊界，同時(shí)，均衡了不同埋深的異常源的信息.因此，我們采用斜導(dǎo)數(shù)法對THEG方法的結(jié)果進(jìn)行均衡，即基于Gabor濾波的總水平分量邊界增強(qiáng)均衡方法(THEGB)，其表達(dá)式為：

(5)

THEGB方法的計(jì)算結(jié)果在(-π/2,π/2)之間，以極大值形式描繪場源邊界，并且對于不同埋深的場源體異常具有均衡作用.

2 組合模型試驗(yàn)

2.1 垂直磁化

圖1 組合模型三維位置示意圖

圖2為正演得到的組合模型磁總場、北向分量和東向分量異常平面等值線圖.總場異常(圖2a)范圍為-2.67～22.57 nT；北向分量異常等值線呈現(xiàn)出南正北負(fù)、具有明顯的東西走向的特征(圖2b)，異常范圍為-15.30～15.30 nT；東向分量異常等值線呈現(xiàn)出東負(fù)西正、具有明顯的南北走向的特征(圖2c)，異常范圍為-15.28～18.32 nT.北向分量與東向分量異常等值線圈閉的分布位置與形態(tài)，體現(xiàn)了水平分量數(shù)據(jù)具有方向性的特點(diǎn).由于P3的埋深相對較大，使得圖2中異常等值線強(qiáng)度均相對較弱.

圖2 組合模型異常等值線

由圖3可知，水平分量THEGB方法處理結(jié)果的極大值區(qū)域描繪了模型體的邊界，模型體P3由于埋深相對較大，原始異常幅值較小，通過斜導(dǎo)數(shù)的計(jì)算，對于P3的邊界信息進(jìn)行了有效均衡.圖3a—c中，隨著σ取值的逐漸增大，等值線梯級帶收緊，對于邊界的增強(qiáng)效果更加明顯.而隨著σ取值的繼續(xù)增大(圖3d—f)，在實(shí)際地質(zhì)體邊界周圍逐漸出現(xiàn)了虛假的邊界信息，當(dāng)σ增大到4.5時(shí)，模型體周圍的虛假異常幅值與實(shí)際地質(zhì)體產(chǎn)生的邊界異常幅值相近，影響了對于邊界的判斷和識別.我們選取了THEGB的處理結(jié)果(σ=(3,3.5))與現(xiàn)有的總場異常邊界識別結(jié)果進(jìn)行對比分析，其對比圖如圖4所示.

圖3 組合模型不同濾波參數(shù)的水平分量THEGB處理結(jié)果

Cordell(1979)提出的總水平梯度法(THDR)的處理結(jié)果如圖4a所示，等值線的極大值較好的描繪了模型P1和P2的邊界位置，但由于兩個(gè)模型距離較近，P1的東部邊界和P2的西部邊界在識別結(jié)果中并沒有顯示.而P3的識別結(jié)果受埋深的影響較大，等值線幅值較低，且向模型體外部擴(kuò)散.圖4b顯示了解析信號振幅方法(ASA)(Nabighian, 1972)的處理結(jié)果，利用等值線的極大值確定場源位置.圖中P1和P2的異常幅值較強(qiáng)，但受近距離地質(zhì)體的影響，極大值圈閉的形狀發(fā)生彎曲和偏移，P3處無明顯的異常信號.Miller和Singh(1994)提出的斜導(dǎo)數(shù)法(TDR)能夠有效均衡不同埋深的異常體的信息，圖4c中P3的異常信息得到了有效均衡，零值線清晰地刻畫了P3的邊界.但其識別結(jié)果中，P1和P2被識別為一個(gè)整體，分別缺少東部和西部邊界.為了提高邊界識別方法的橫向分辨率，Wang等(2009)提出了歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)方法(NVDR_THDR)，其計(jì)算結(jié)果示于圖4d，圖中對于P1和P2之間的兩個(gè)邊界的信息仍有缺失，P3的異常在一定程度上得到了增強(qiáng)，但與埋深較淺的地質(zhì)體的異常幅值仍存在差異.Ferreira等(2013)提出的總水平梯度斜導(dǎo)數(shù)方法(TAHG)能夠均衡深源與淺源信號，其極大值指示異常體邊界，但P1與P2仍缺失中間的兩條邊界信息.圖4f為本文提出的THEGB方法處理結(jié)果，其極大值位于模型邊界位置，P3的異常得到了較好的均衡，其異常幅值與P1和P2的異常幅值相近.同時(shí)，清晰地刻畫出了P1的東部邊界和P2的西部邊界，并且異常等值線連續(xù)性較好、各邊界的異常強(qiáng)度分布均勻、異常的邊界信息保留較為完整.

圖4 不同邊界識別方法處理結(jié)果對比

在垂直磁化的情況下，相比于圖4a—e五種方法的處理結(jié)果，THEGB方法的極大值區(qū)域描繪了模型體的邊界，在有效均衡深部異常的同時(shí)，提高了邊界識別的橫向分辨率，保留了相鄰異常體P1和P2完整的邊界信息.

2.2 噪聲影響

為了檢驗(yàn)THEGB方法在噪聲影響下的邊界識別能力，在組合模型中加入了振幅為異常振幅0.2%的均勻分布的隨機(jī)噪聲，其尺寸和物性參數(shù)與2.1節(jié)中的模型體相同，圖5為σ取值從2～4.5的THEGB處理結(jié)果.由圖5a—d可知，隨著σ取值的逐漸增大，模型體邊界處的異常被逐漸增強(qiáng)，異常的等值線更加連續(xù)圓滑.P3受埋深和噪聲的影響，模型邊界處的等值線發(fā)生扭曲變形，而經(jīng)過均衡后其異常幅值與P1和P2相近，極大值區(qū)域較好的描繪了模型的位置與形狀.同時(shí)，σ取值的增大對于模型內(nèi)部及邊界處的噪聲具有抑制作用.當(dāng)σ繼續(xù)增大時(shí)(圖5e—f)，模型外部產(chǎn)生了一些虛假的邊界信息.因此，在進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)處理時(shí)，σ值的選取應(yīng)該平衡濾波器在壓制噪聲和提高邊界識別能力兩方面的作用.同樣，我們將THEGB與現(xiàn)有的總場異常處理結(jié)果進(jìn)行對比分析(圖6).

圖5 噪聲影響下組合模型不同濾波參數(shù)的THEGB方法處理結(jié)果

圖6 噪聲影響下不同邊界識別方法處理結(jié)果對比

導(dǎo)數(shù)類的邊界識別方法對噪聲較為敏感，在一階導(dǎo)數(shù)處理結(jié)果中(圖6a—c)，噪聲影響遍布整個(gè)觀測平面，包括模型體內(nèi)部和外部空間，等值線發(fā)生扭曲變形.為了降低噪聲影響，胡斌(2019)應(yīng)用垂向積分的水平梯度模方法(VI_THDR)處理包含噪聲的模型磁異常，而垂向積分相當(dāng)于低通濾波器，對噪聲具有抑制作用，其處理結(jié)果顯示(圖6d)，垂向積分計(jì)算有效的抑制了噪聲影響，但對于P3幾乎沒有有效的異常信號，同時(shí)，P1和P2的異常等值線略向異常體外部發(fā)散.而高階導(dǎo)數(shù)類計(jì)算方法受噪聲影響大，圖6e顯示的TAHG方法的處理結(jié)果中，P3幾乎沒有識別到有效的異常信號，P1與P2受到噪聲影響，等值線也發(fā)生了扭曲變形.圖6f為THEGB方法的處理結(jié)果，P1與P2模型邊界處的異常等值線受噪聲影響較小，等值線較為光滑，極大值位于模型體邊界上.同時(shí)，P1的東部邊界和P2的西部邊界也有較好的識別效果，未受到噪聲的影響.P3的異常等值線發(fā)生扭曲變形，但異常強(qiáng)度得到了很好的均衡.

在加入噪聲的情況下，THEGB方法能夠有效抑制模型體邊界及內(nèi)部的噪聲影響，在模型邊界處具有相對光滑的邊界識別結(jié)果，同時(shí)保留了在沒有噪聲影響時(shí)所具有的橫向分辨率高、均衡淺部和深部異常的特征.在實(shí)際數(shù)據(jù)處理過程中，對于信噪比較低的數(shù)據(jù)，需要先進(jìn)行去噪處理，便于后續(xù)對處理結(jié)果的解釋和推斷.

2.3 斜磁化影響

為了檢驗(yàn)THEGB方法在地磁場斜磁化和剩磁影響下的邊界識別能力，將模型中的地磁傾角和地磁偏角設(shè)置為(I,D)=(70°,10°)，模型P1、P2和P3分別具有一定大小的剩磁傾角和偏角，其中(Ir1,Dr1)=(70°,10°)，(Ir2,Dr2)=(60°,20°)，(Ir3,Dr3)=(45°,45°).圖7顯示了斜磁化影響下不同邊界識別方法處理結(jié)果的對比.Cooper(2014)提出了解析信號斜導(dǎo)數(shù)方法(ASA_TDR)減少斜磁化的影響，其處理結(jié)果顯示(圖7a)，P3的異常信號強(qiáng)度得到了有效均衡，但其等值線極值圈閉的形態(tài)和位置向東部偏移.P1和P2的邊界識別結(jié)果與垂直磁化情況下的識別結(jié)果相近，在一定程度上減低了斜磁化的影響.TAHG方法的處理結(jié)果(圖7b)受斜磁化影響較大，P1和P2的異常等值線向西南方向偏移，P3由于受剩磁傾角和偏角的影響更大，向西南方向偏移的更明顯.同時(shí)，在模型的東北部出現(xiàn)虛假的異常信息.圖7c為水平分量THEGB方法的處理結(jié)果，P1與P2的識別結(jié)果略向西南方向偏移，但其偏移量較TAHG方法小，受剩磁影響P3的等值線向西南發(fā)生明顯偏移.

圖7 斜磁化影響下不同邊界識別方法處理結(jié)果對比

在地磁場斜磁化以及剩余磁化的影響下，THEGB方法的等值線發(fā)生了偏移，但當(dāng)無剩磁影響或剩磁影響較小時(shí)(P1和P2)其偏移量比傳統(tǒng)方法小.同時(shí)，保持了垂直磁化情況下橫向分辨率高、均衡不同埋深異常信號的特征.因此，在實(shí)際數(shù)據(jù)處理前，應(yīng)對數(shù)據(jù)做化極處理，消除地磁場對異常形態(tài)的影響.

2.4 疊加組合模型

由于磁異常數(shù)據(jù)反映的是地下磁性體共同作用所產(chǎn)生的異常，因此，我們設(shè)計(jì)了疊加分布的組合模型，檢驗(yàn)THEGB方法在提高邊界識別橫向分辨率與垂向分辨率方面的效果.圖8為疊加模型的三維位置示意圖，圖中模型體的尺寸參數(shù)和物性參數(shù)與圖1中的模型相同.模型P1、P2和P3的中心點(diǎn)水平位置相同，P2和P3分別繞中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)45°和-45°.P1—P3的埋深從淺至深分別為20 m、25 m和30 m，不同邊界識別方法的處理結(jié)果示于圖9.

圖8 疊加模型三維位置示意圖

歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)方法(NVDR_THDR)的處理結(jié)果中(圖9a)，未旋轉(zhuǎn)且埋深較淺的模型P1的異常信號強(qiáng)度較強(qiáng)，比較準(zhǔn)確的描繪出P1的平面位置，但是四個(gè)方向的邊界處的異常強(qiáng)度分布不均勻，在模型體相交的位置異常幅值突然變強(qiáng)或變?nèi)?斜導(dǎo)數(shù)總水平導(dǎo)數(shù)方法(圖9b)(Verduzco et al.，2004)中對于模型體的位置和形態(tài)刻畫不清晰，僅在P1和P2的模型兩端識別出有效信號，P3的異常幅值較弱，且等值線向模型外部發(fā)散，整體識別精度不高.THAG方法(圖9c)對于P1和P2的識別效果較好，但對于P3異常均衡效果相對較弱.THEGB方法(圖9d)中對于P1的識別效果較好，等值線連續(xù)、幅值分布均勻，隨著埋深的增加，識別出的有效信息逐漸減少，但等值線極大值基本描繪出了模型體相應(yīng)位置的輪廓，并且P3的異常信息得到了有效均衡.

圖9 疊加模型不同邊界識別方法處理結(jié)果對比

在不同埋深的地質(zhì)體疊加作用影響下，THEGB方法能夠有效均衡深部與淺部的異常信號強(qiáng)度，隨著埋深的增大，識別出的邊界信息逐漸減少，但并未影響其描繪的邊界位置與形態(tài)，更有利于后續(xù)的解釋與推斷.因此，THEGB方法在疊加模型的應(yīng)用中，同時(shí)提高了邊界識別的橫向分辨率與縱向分辨率.

2.5 小結(jié)

通過理論模型試驗(yàn)可知，本文所提出的航磁水平分量數(shù)據(jù)的均衡濾波位場邊界增強(qiáng)方法(THEGB)能夠有效均衡深部與淺部的異常信號，使深部的弱異常得到有效增強(qiáng).同時(shí)，在模型體間距較近或疊加分布時(shí)，其識別結(jié)果能夠很好的保留模型體的原始形態(tài)，具有較高的橫向分辨率.此外，本方法能夠有效壓制模型內(nèi)部及邊界處的噪聲影響.但是，濾波參數(shù)的選取需要平衡濾波器在壓制噪聲和增強(qiáng)邊界兩方面的作用.在應(yīng)用本方法進(jìn)行邊界識別時(shí)，需要先進(jìn)行化極處理.

3 實(shí)測數(shù)據(jù)應(yīng)用

研究區(qū)地處中國新疆啟鑫地區(qū)，位于中亞造山帶南緣，塔里木板塊東北緣北山裂谷構(gòu)造帶核部，古生代以來區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了一系列的碰撞造山、伸展擠壓運(yùn)動(dòng)，是我國西北地區(qū)重要的多金屬成礦帶.北山地區(qū)構(gòu)造總體呈北東-北東東向展布，主要受卡瓦布拉克—紅柳河深斷裂、白地洼—淤泥河深斷裂、紅十井—矛頭山大斷裂、白山大斷裂共同控制(周濟(jì)元等，2000；龔全勝等，2003；楊合群等，2006；劉振濤等，2007；朱江，2013；阮班曉，2017).圖10為研究區(qū)地質(zhì)簡圖，F(xiàn)-a—F-l為區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造，呈北東東、北東和北西向展布，白山大斷裂(F-j)部分區(qū)段出露于研究區(qū)南部.圖中F-a—F-l的分布位置與形態(tài)能夠進(jìn)一步驗(yàn)證THEGB方法的結(jié)果，同時(shí)，對研究區(qū)線性構(gòu)造的推斷與解釋提供參考.

研究區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，侵入巖分布較為廣泛.區(qū)內(nèi)的基性、超基性巖一般具有一定的磁性，且變化范圍較大，能夠引起不同程度的磁異常；中酸性巖體中的閃長巖磁性較強(qiáng)，屬中強(qiáng)磁性，磁化率值一般在數(shù)百～數(shù)千(×10-5SI)，通常會(huì)引起明顯的磁異常；而火山巖具有較強(qiáng)的磁性，會(huì)引起明顯的條帶狀磁異常；沉積巖通常表現(xiàn)為無磁性或弱磁性.

區(qū)內(nèi)實(shí)測航磁數(shù)據(jù)是中國自然資源航空物探遙感中心于2018年應(yīng)用搭載了自主研發(fā)的AGS-863航空磁矢量測量系統(tǒng)的Y-12固定翼飛機(jī)飛行測量獲得，其矢量測量系統(tǒng)具有較高的精度與穩(wěn)定性，為獲得高精度的航磁矢量數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)(Xie et al.，2020).研究區(qū)測線方向分別為155°和335°，經(jīng)過計(jì)算，研究區(qū)的地磁傾角為61.1°，地磁偏角為0.53°.圖11為化極后的總場異常、北向分量與東向分量異常等值線圖，數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化間距均為150 m.由圖11a總場異常等值線可知，研究區(qū)內(nèi)的高磁異常等值線呈明顯的北東東向、北東向分布，與區(qū)內(nèi)大面積出露的閃長巖相對應(yīng).北向分量(圖11b)呈現(xiàn)出南正北負(fù)、北東東或近東西向的異常分布特征.東向分量(圖11c)呈現(xiàn)出西正東負(fù)、近南北向的異常分布特征.

為了消除噪聲影響，分別對總場異常和水平分量進(jìn)行向上延拓處理，對延拓后的水平分量進(jìn)行THEGB方法處理，獲取研究區(qū)的線性構(gòu)造分布特征.由模型體試驗(yàn)可知，THEGB方法以極大值描繪場源邊界，同時(shí)，場源邊界在異常圖中通常表現(xiàn)為異常梯度帶、扭曲變化帶、串珠狀異常帶和異常錯(cuò)位帶等線性特征(杜曉娟等，2009；孫斌，2013).因此，我們結(jié)合地質(zhì)圖中主要斷裂構(gòu)造的走向、規(guī)模以及磁異常特征，利用THEGB方法的極大值進(jìn)行區(qū)內(nèi)主要線性構(gòu)造的劃分與推斷，并分別將推斷結(jié)果疊加在THEGB結(jié)果圖(圖12a)和ΔT異常等值線上(圖12b).

圖12顯示的線性構(gòu)造總體分布趨勢與地質(zhì)圖中的斷裂構(gòu)造分布特征相似，主要呈北東東、北西和北東向展布.地質(zhì)圖中(圖10)的F-a、F-b、F-c、F-d、F-e、F-h、F-j和F-k斷裂在識別結(jié)果中均有所體現(xiàn)，特別是F-h與F-j的識別效果較為清晰、連續(xù).其中，地質(zhì)圖中的F-h位于研究區(qū)中部，呈近東西向展布，是大面積出露的閃長巖的南部邊界，其東段被沉積層覆蓋而無法追蹤.此斷裂在圖12中對應(yīng)于THEGB方法識別出的構(gòu)造線F10，圖中F10是不同走向線性構(gòu)造的分界，北部的線性構(gòu)造呈近東西向展布，南部主要呈北東向展布.同時(shí)，F(xiàn)10也是研究區(qū)中部高磁異常體的南部邊界，控制了中部閃長巖、花崗巖的分布；地質(zhì)圖中F-j是區(qū)內(nèi)白山大斷裂的部分區(qū)段，對應(yīng)于圖12中THEGB方法識別出的構(gòu)造線F15，圖12a中F15的異常信號清晰、連續(xù)，表現(xiàn)為明顯的線性異常帶，成北東向展布.磁異常圖12b中，F(xiàn)15是不同異常特征的分界線，北部為大面積的正值區(qū)，南部為負(fù)值區(qū)，期間分布小范圍正異常.綜合地質(zhì)圖中的主要斷裂的對比分析，THEGB方法識別出的線性構(gòu)造與已知斷裂有著較好地一致性，而且識別結(jié)果包含了更豐富的細(xì)節(jié)信息.為了綜合分析此方法的應(yīng)用效果，對總場異常分別進(jìn)行了總水平導(dǎo)數(shù)法、解析信號振幅法、斜導(dǎo)數(shù)法、斜導(dǎo)數(shù)總水平導(dǎo)數(shù)法和總水平導(dǎo)數(shù)斜導(dǎo)數(shù)法處理，結(jié)果示于圖13，圖中黑色實(shí)線方框?yàn)閷Ρ葏^(qū)域.

圖11 研究區(qū)化極后的異常等值線圖

圖12 研究區(qū)斷裂構(gòu)造推斷結(jié)果圖

圖13 實(shí)測數(shù)據(jù)不同方法處理效果對比

由圖12和圖13綜合分析可知，研究區(qū)共識別出29條線性構(gòu)造，分析認(rèn)為F1—F17為區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造，F(xiàn)18—F29為可能存在的磁性異常體場源邊界.其中，位于研究區(qū)北部的F1—F6規(guī)模較大，具有明顯的北東東向分布特征，控制同樣是北東東向展布的高磁異常條帶分布.值得注意的是，此高磁異常條帶西部異常幅值高，東部異常幅值低，在地質(zhì)圖以及圖13a、b的識別結(jié)果中缺失東部的異常信息，而THEGB方法對弱異常進(jìn)行了有效均衡和增強(qiáng)；F9分布于沉積巖內(nèi)，磁異常表現(xiàn)為較大范圍的負(fù)異常區(qū)，呈北東向展布，在圖13a—d的識別結(jié)果中無異常信號，僅在圖13e中有較弱的異常信號，而THEGB方法中F9具有明顯的線性特征，推測為沉積巖內(nèi)的隱伏斷裂構(gòu)造；位于研究區(qū)中部的F10、F11和F12呈北西西和近東西向展布，控制了該區(qū)域閃長巖和花崗巖的南北邊界，特別是F12的西段在其他方法的處理結(jié)果中均顯示缺失或異常幅值弱，這可能是由于F12在地表并未出露，同時(shí)受距離較近的F11共同影響，但在THEGB方法中F12清晰、連續(xù)且異常幅值強(qiáng)；位于研究區(qū)南部的F14和F15呈北東向展布，控制了此區(qū)域較大范圍出露的閃長巖的分布；F17在THEGB方法中具有明顯的線性特征，控制了3組小規(guī)模的弱異常分布.此外，F(xiàn)18—F29的規(guī)模相對較小，識別結(jié)果的線性特征相對較弱，結(jié)合地質(zhì)圖中的巖性分布，推測為可能存在的磁異常場源邊界.特別是F18、F19、F23和F28在其他方法的處理結(jié)果中異常信號不明顯，而在THEGB方法的結(jié)果中異常特征相對獨(dú)立、清晰.

綜上所述，研究區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造線主要呈北東東、北東和北西向展布，具有明顯的方向特征.在實(shí)測數(shù)據(jù)應(yīng)用中，THEGB方法對于幅值較弱的異常信號進(jìn)行了有效均衡，所獲得的異常等值線更加清晰、連續(xù)，線性特征明顯，清晰刻畫線性構(gòu)造的平面展布與形跡.在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要對異常進(jìn)行化極與去噪處理，并結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)概況與磁異常特征對區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造與地質(zhì)體邊界進(jìn)行分析研究.

4 結(jié)論

本文提出了基于航磁水平分量均衡濾波的位場邊緣增強(qiáng)技術(shù)，并首次將其應(yīng)用于理論模型和實(shí)測航磁矢量數(shù)據(jù)處理.此方法通過異常等值線的極大值描繪場源邊界，其識別結(jié)果更加清晰、連續(xù).模型試驗(yàn)結(jié)果表明，THEGB方法能夠有效均衡不同幅值的異常信號，使弱異常得到有效增強(qiáng).同時(shí)，對于相近或疊加分布的場源體，能夠很好的保留模型體的位置和形態(tài)信息，具有較高的橫向分辨率.在實(shí)測數(shù)據(jù)應(yīng)用中，化極后的北向分量、東向分量的均衡濾波結(jié)果包含更多的細(xì)節(jié)信息，為研究區(qū)斷裂構(gòu)造和磁性巖體邊界推斷提供了更豐富的參考依據(jù).研究認(rèn)為，對航磁水平分量數(shù)據(jù)進(jìn)行邊界均衡增強(qiáng)是較為有效的位場邊緣增強(qiáng)技術(shù)手段，充分發(fā)揮了航磁水平分量具有的方向特性優(yōu)勢，在航磁矢量數(shù)據(jù)處理與解釋研究方面具有重要意義.

致謝感謝中國自然資源航空物探遙感中心提供實(shí)測航磁矢量數(shù)據(jù)，并允許發(fā)表數(shù)據(jù)處理結(jié)果.