專利名稱：用于地球物理勘測的地形校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于針對地球物理勘測的地形校正的方法、設(shè)備及計(jì) 算機(jī)程序代碼，具體涉及用于針對勢場勘測的地形校正的方法、設(shè)備 及計(jì)算機(jī)程序代碼。
背景技術(shù)：
為了方便起見，在說明書中，我們將主要涉及航空勘測，更具體 地涉及重力勘測。然而，我們所描述的技術(shù)并不局限于這些勘測類型， 并且可應(yīng)用于基于空中、陸地或是海上的重力勘測，或者， 一般地說， 可應(yīng)用于包括但不局限于諸如大地電磁勘測、電磁勘測等的磁場勘測 的其它勢場勘測。通過測量勢場數(shù)據(jù)來執(zhí)行勢場勘測，對于重力勘測， 該勢場數(shù)據(jù)可以包括重力計(jì)數(shù)據(jù)(測量重力場)或者重力梯度計(jì)數(shù)據(jù) (測量重力場梯度)。在其它勘測類型中，勢場數(shù)據(jù)包括矢量磁力計(jì)數(shù) 據(jù)、真磁梯度計(jì)數(shù)據(jù)、或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它類型的數(shù)據(jù)。 地球物理勢場勘測的共同目的是尋找潛在地指示有價(jià)值礦床的特征。
在重力勘測中，附近的質(zhì)量提供高和低(有關(guān)空間的)頻率數(shù)據(jù)， 而更深質(zhì)量的作用主要僅集中于較低頻率。當(dāng)查看下層異常時(shí)，中間 質(zhì)量具有主導(dǎo)作用，并且為了提供對深層特征的精確表征，需要對表 面特征的良好表征，以便能夠特別減去較高頻率(在功率譜中占優(yōu)勢)。
例如，波長義的信號按照邵Hb)隨著高度z下降，其中h2w;i，由此 可以估計(jì)來自深度為100米的質(zhì)量的、波長為200米的信號分量在地 球表面下降至其初始值的大約1/20 (隨著高度的增加而逐漸衰減)， 然而，可以看出波長越長則衰減得越少。通常，在給定目標(biāo)大小和深 度的情況下，根據(jù)與所期望的特征相對應(yīng)的波長刻度廣泛地選擇勘測 的大小和位置。
按照慣例，在網(wǎng)格圖形上進(jìn)行諸如重力勘測之類的航空勢場勘測
(背景技術(shù)可以在US2005/0017721和EP0589554A中找到)。通過在 下層地形上覆蓋的二維表面上的平行線(飛行路徑)的正交集合來定 義網(wǎng)格。覆蓋表面滿足最小高度限制(由允許航空器距離地面飛行的 最小距離來定義)、以及針對航空器攀升/下降的最大速率(典型約為 百分之三)的限制。然而，在丘陵或山脈地形，航空器在其上飛行的 表面從下層山谷的底部至山脈/測區(qū)的頂部會改變二或三千米，因而需 要另 一 種方式。在申請人的共同未決的PCT專利申請"Gravity Survey Processing", PCT/GB2006/050211 (通過引用全部合并于此)中描述 了一些用于航空勢場勘測的改進(jìn)技術(shù)。這些有利于勢場數(shù)據(jù)的收集， 尤其是接近地面的重力數(shù)據(jù)的收集。
在已經(jīng)收集到勢場數(shù)據(jù)之后，通常在分析數(shù)據(jù)之前實(shí)施地形校正。 這包括補(bǔ)償表面高度變化，或者更具體為在勘測區(qū)域表面之上的航空 器高度的變化?？梢圆捎迷S多技術(shù)來獲得表面剖面圖，包括但不局限
于下列操作中的一個(gè)或更多個(gè):購買本地?cái)?shù)字地形高程數(shù)據(jù)、獲取GPS
(全球定位系統(tǒng))數(shù)據(jù)、以及諸如Lidar (激光雷達(dá))和SAR (合成 孔徑雷達(dá))之類的航空技術(shù)。為了給出對校正量級的指示，地形高度 變化的典型特征是數(shù)以百計(jì)的Eotvos，而下層地質(zhì)構(gòu)造的典型特征是 1-10個(gè)Eotvos。
盡管如我們之前已經(jīng)描述的飛行和數(shù)據(jù)處理技術(shù)有所改進(jìn)，仍然 存在對所勘測區(qū)域以下的地形作用更好地進(jìn)行校正的需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，因此這里提出了一種針對地球物理勘測的地形校正
的方法，該方法包括捕獲要勘測區(qū)域的多光譜或超光譜圖像；使用
所述捕獲的圖像(即多光譜或超光譜圖像)確定所述勘測區(qū)域的表面
地質(zhì)組成；使用所述確定的表面地質(zhì)組成確定所述地球物理勘測的地 形校正數(shù)據(jù)；以及使用所述地形校正數(shù)據(jù)執(zhí)行針對所述地球物理勘測 的所述地形校正。
優(yōu)選地，該地形校正包括定義勘測區(qū)域上的表面密度或多孔性的 變化的密度數(shù)據(jù)。在實(shí)施例中，通過采用超光譜成像來計(jì)算地形密度 (以及高程)，可以充分地衰減地形的不期望的"虛"圖像。這有助于 有效地減少平面層上的地形。對于相對多孔的巖石，密度可以取決于 最近或平均降雨量，因而多孔性是有用的。
繪制表面地質(zhì)組成可以包括將組成分類成多個(gè)類型之一(或更 多)；這可以基于表面巖石(這里通常包括粘土)的直射影像，例如在 植被很少或幾乎沒有植被的地方，或者分類可以基于表面植被的變化。 將理解，不需要精確的密度來提供某些益處，并且表面密度的近似估 計(jì)甚至可以是有用的。繪制的密度或多孔性可以包括相對值，而不是 絕對值。
在實(shí)施例中，可以釆用一種或多種不同技術(shù)來根據(jù)勘測區(qū)域的多 光譜或超光譜圖像確定表面地質(zhì)組成。這可以包括(但不局限于)對 所捕獲的圖像進(jìn)行主分量分析；將成像的光譜與所存儲的光譜數(shù)據(jù)的 庫進(jìn)行匹配；對所捕獲的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波；以及對所捕獲的圖 像數(shù)據(jù)進(jìn)行基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分析?？蛇x地，可以使用線性或非線 性插法，像素或區(qū)域中的兩個(gè)或更多個(gè)確定的地質(zhì)組成之間進(jìn)行內(nèi)插。 例如，單個(gè)像素可以與兩個(gè)相似的、但不同的巖石類型緊密匹配，和/ 或附近像素可以匹配不同的相關(guān)巖石類型。在這樣的情況下，可以采 用巖石類型和/或光譜的線性組合來確定與所識別的巖石類型相關(guān)聯(lián) 的那些之間的密度值。
優(yōu)選地，地球物理勘測還包括重力或重力梯度勘測，盡管通?？?以利用包括根據(jù)周圍場(例如大地電磁)或采用人工電磁場源的任意 勢場勘測來實(shí)施上述技術(shù)。當(dāng)利用重力勘測來實(shí)施地球物理勘測時(shí)， 優(yōu)選地將地形校正密度數(shù)據(jù)與勘測區(qū)域的表面高程數(shù)據(jù)結(jié)合起來，該 表面高程數(shù)據(jù)可以通過任意傳統(tǒng)技術(shù)獲得或購買。
可以確定地形校正數(shù)據(jù)，并將其提供用于地球物理勘測的目的， 或者可以結(jié)合勢場測量數(shù)據(jù)，直接采用地形校正數(shù)據(jù)來解決"反演問 題"，以確定勘測區(qū)域的估計(jì)的下層地質(zhì)組成。
通常，這種反演問題的解決方案是受約束的，因此例如來自物理 表面勘測和/或和鉆孔的任意可用先驗(yàn)數(shù)據(jù)都是有用的。
可以應(yīng)用諸如反演問題之類的的解決解決方案的傳統(tǒng)技術(shù)，除了
將固定密度用于勘測區(qū)域的地形校正，可以采用測量的(估計(jì)的)表 面密度。由于采用數(shù)值技術(shù)，因而可以直接修改現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)軟件， 以達(dá)到上述目的。同樣地，表面地形的每個(gè)元素都有不同高度，也可 以分配不同的密度；對于表面密度未知或無法充分精確地估計(jì)表面密 度的部分勘測區(qū)域(如果有的話)，可以采用缺省密度值，例如2.67g/cc 的典型的上層大陸地殼密度。
在優(yōu)選實(shí)施例中，多光譜或超光譜捕獲圖像具有至少3個(gè)波段， 更有優(yōu)選地為至少5、 10、 50或100個(gè)波段。例如在優(yōu)選實(shí)施例中， 采用了 393個(gè)特定波段。優(yōu)選地，至少一個(gè)波段擴(kuò)展到紫外波段，特 別是具有小于或等于200nm的波長。在優(yōu)選實(shí)施例中，針對表面地質(zhì) 組成的確定所采用的多光譜或超光譜數(shù)據(jù)主要來自于紫外(小于 400nm)的光譜區(qū)域。
本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)程序代碼，特別是在載體上提供一種 計(jì)算機(jī)程序代碼，用于在運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的實(shí)施例。該載體可以 包括諸如DVD或CD-rom之類的盤、程序存儲器、或光或電信號載體。 該計(jì)算機(jī)程序代碼可以使用任何傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言來編寫，包括諸如 C或Fortran之類的高級語言以及諸如匯編碼之類的的低級語言。該代 碼可以包括源、對象、或可執(zhí)行代碼，并且可以例如通過網(wǎng)絡(luò)分布。
本發(fā)明還提供一種使用上述代碼編寫的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其包括 用于確定地形校正數(shù)據(jù)的工作存儲器以及處理器。優(yōu)選地，該系統(tǒng)連 接到用于使超光譜圖像與巖石類型相匹配的系統(tǒng)，并且包括用于使每 一巖石類型與密度和/或多孔性相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)存儲器。優(yōu)選地，還提供 了一種終端，用于交互確定下層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維模型，該終端包括來 自其它源的、諸如鉆孔數(shù)據(jù)等的數(shù)據(jù)的輸入(在可用的情況下)。


現(xiàn)在將參考附圖，僅作為示例進(jìn)一步描述本發(fā)明的這些和其它方
面，在附圖中
圖1示出了體現(xiàn)本發(fā)明的方面的系統(tǒng)的框圖； 圖2示出了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例的過程的框圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1，航空器ioo裝備了多個(gè)地球物理勘測儀器，其中地球
物理勘測儀器包括一個(gè)或更多個(gè)勢場測量儀器102、至少一個(gè)超光譜 成像器(HSI) 104以及其它儀器106。例如，勢場測量儀器可以包括 矢量重力計(jì)、重力梯度計(jì)、磁力計(jì)、磁梯度計(jì)等。其它儀器可以包括 GPS (全球定位系統(tǒng))儀器(優(yōu)選地為DGPS (差分GPS)設(shè)備)、高 度計(jì)、高度測量設(shè)備、壓力測量設(shè)備等?？蛇x地，可以包括電磁測量 (EM)儀器用于勢場測量，例如時(shí)域電磁系統(tǒng)(TDEM)。
在一個(gè)實(shí)施例中，利用LIDAR (激光雷達(dá))和IMU (慣性測量單 元)的組合，將航空器裝配為產(chǎn)生精確的DEM (數(shù)字高程模型)。結(jié) 合DGPS，以便針對航空器運(yùn)動校正LIDAR數(shù)據(jù)。DEM和DGPS數(shù) 據(jù)還可用于校正針對地形的測量的勢場數(shù)據(jù)。同樣地，還可以使用航 空器的加速度、飛行姿勢、角速率和角加速度數(shù)據(jù)來校正勢場儀器的 輸出數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，實(shí)質(zhì)上可以采用任意機(jī)上或遠(yuǎn) 程傳感器來給航空器和/或勢場儀器提供位置和運(yùn)動信息。
接下來轉(zhuǎn)向超光譜成像器104，概括地說，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將 理解，該設(shè)備包括用于在寬波長范圍上的多個(gè)窄波段上進(jìn)行測量的一 個(gè)或更多個(gè)成像光譜儀。這里所描述的技術(shù)不局限于任何特定類型的 超光譜成像器，但是部分由于紅外信號在白天被淹沒，該設(shè)備優(yōu)選地 具有紫外波段的多個(gè)波段。該成像器可以是無源的或有源的；在后者 的情況中可以采用類似于LIDAR的技術(shù)。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，在393個(gè)波段中釆用超光譜成像器來捕 獲圖像，在實(shí)施例中，393個(gè)波段覆蓋從小于150nm或100nm到500nm 或更長的波長區(qū)域(盡管在特定條件下IR會被淹沒，但在其它條件下， 光譜范圍的IR部分是可用的)。，
技術(shù)人員將理解，盡管通常很方便在航空器IOO上安裝超光譜成 像器104，在所描述的技術(shù)的備選實(shí)施例中，可以采用通過衛(wèi)星捕獲 的超光譜圖像數(shù)據(jù)(盡管分辨率通常比較低，成本較高，并且光譜覆 蓋也不是最佳的)。
將超光譜成像數(shù)據(jù)和(如果同時(shí)實(shí)施)勢場勘測數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)
處理系統(tǒng)108，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)108包括處理器108a、用于地形校正 的程序代碼108b、以及用于根據(jù)勢場數(shù)據(jù)確定勘測區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造的 三維模型的優(yōu)選的反演問題解決程序代碼108c。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)108可 選地通過網(wǎng)絡(luò)耦合至包括光譜匹配/分類碼的HSI圖像庫110。該庫接 收來自數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)108的HSI數(shù)據(jù)，并返回由地形校正程序代碼所 使用的巖石密度數(shù)據(jù)。提供用戶終端112，用于輸入關(guān)于可從己知數(shù) 據(jù)獲得的反演問題的任意約束，例如該己經(jīng)數(shù)據(jù)源自表面而非機(jī)載的 勘測?？蛇x地，其它數(shù)據(jù)源還可以提供類似的輸入，通?？梢蕴峁┑?關(guān)于下層地質(zhì)的已知信息越多，則產(chǎn)生的模型越好。在航空器100沒 有收集地形高程數(shù)據(jù)的情況下，可以分別提供DEM (數(shù)字高程模型) 數(shù)據(jù)114。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)108提供包括地形校正數(shù)據(jù)、以及可選地包 括三維地質(zhì)模型數(shù)據(jù)的輸出116?？梢詫⒃摂?shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫118中 和/或通過網(wǎng)絡(luò)輸出或在可移動存儲介質(zhì)120上提供該數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在參照圖2，圖2示出了圖1中的系統(tǒng)的過程的流程圖。最初 從飛行勘測200 (在其它實(shí)施例中，可以采用陸地或海上勘測)中獲 得數(shù)據(jù)，從而提供了用于確定巖石類型并用于繪制巖石密度和/或多孔 性202所使用的超光譜成像數(shù)據(jù)。如上所述，這包括對與所捕獲的圖 像中的每個(gè)像素相關(guān)聯(lián)的光譜與所存儲的HIS數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，以便 對下層表面巖石進(jìn)行分類并因此獲得密度/多孔性數(shù)據(jù)。上述提到的這 一點(diǎn)可以解決匹配與獲取圖像的每一像素關(guān)聯(lián)的光譜圖和存儲在HSI 庫中的數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^采用來自不同類型的下層巖石的典型反射系數(shù) 對HSI數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，或者可以在物理上本地檢查勘測區(qū)域內(nèi)的一個(gè) 或更多個(gè)位置的地質(zhì)，然后可以相對于這些位置來繪制相對變化；備 選地，可以采用這兩種技術(shù)的綜合。例如，云母包括三種不同密度的 碳酸鹽單元，并且可以采用本地采樣來最好地匹配在超光譜圖像數(shù)據(jù) 中看到的CO特征的吸收帶?？蛇x地，用于捕獲超光譜圖像數(shù)據(jù)的波 段可以根據(jù)所期望的巖石類型而變化，例如含有鐵的砂巖最好在紅外 波段勘測。可以采用主分量分析來將像素分類成巖石類型，例如石灰 石、粉砂石灰、砂石等。在這些類型的巖石具有相似的密度范圍的情 況下，可以將這些類型可選地結(jié)合起來；另外或備選地，在不同、但 鄰近的像素定義了不同類型、但處于相似密度范圍內(nèi)的巖石的情況下， 不需要精確的分類來確定勘測區(qū)域圖像的相關(guān)部分的近似密度。然而， 概括地說，該技術(shù)要基于超光譜圖像數(shù)據(jù)將勘測區(qū)域圖像劃分為巖石 類型的類別?？梢圆捎妙愃频募夹g(shù)，從表面土壤中生長的植被的超光 譜圖像中確定下層巖石類型或至少巖石類型的類別。
商業(yè)上可用的超光譜圖像處理軟件包括從RSI公司獲得的ENVI 軟件；例如，還可以通過分析成像和Colorado, USA的Geophysicals LLC提供HIS數(shù)據(jù)處理服務(wù)。
超光譜圖像分析技術(shù)的更多詳細(xì)資料可以在美國科羅拉多州RSI 公司的ENVI(可視圖像環(huán)境)軟件指南 (www.rsinc.com/envi/tutorial.pdf) 中找至il， 尤其是12至Ul7章。
一旦在步驟202已經(jīng)繪制了出巖石密度/多孔性，該過程確定地形 校正數(shù)據(jù)，其實(shí)質(zhì)上包括結(jié)合數(shù)字高程模型的繪制的巖石密度，該數(shù) 字高程模型源自勘測或其它源206。例如，可以使用LIDAR (激光雷 達(dá))和IMU (慣性測量單元)的組合結(jié)合DGPS (差分全球定位系統(tǒng)) 來產(chǎn)生精確的DEM(數(shù)字高程模型)，以針對航空器運(yùn)動來校正LIDAR 數(shù)據(jù)。DEM和DGPS數(shù)據(jù)也可以用于針對地形來校正測量的勢場數(shù) 據(jù)。同樣地，航空器加速度、飛行姿勢、角速率和角加速度數(shù)據(jù)也可 以用于校正勢場儀器的輸出數(shù)據(jù)。任何機(jī)上或遠(yuǎn)程傳感器可以用于提 供針對航空器和/或勢場儀器的位置和運(yùn)動信息。
因此，該地形校正數(shù)據(jù)包括在勘測區(qū)域上的X、 Y位置處定義高 度(高程)和密度(或多孔性)的一組數(shù)據(jù)。這用于校正勢場數(shù)據(jù)， 目的是有效地將地形減少到平坦、均勻的密度層。在執(zhí)行該校正之前， 通常對勢場數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理208，例如在本技術(shù)的某些優(yōu)選實(shí)施例中 通過使用我們早期PCT專利申請(同上)中所描述的等效源方法的網(wǎng) 格化。因此，這對于在本階段概述這些方法是有幫助的。
勢場數(shù)據(jù)包括但不局限于重力計(jì)數(shù)據(jù)、重力梯度計(jì)數(shù)據(jù)、矢量磁 力計(jì)數(shù)據(jù)和真磁梯度計(jì)數(shù)據(jù)。可以通過標(biāo)量來推導(dǎo)出勢場的元素和表 征。
對于重力，相關(guān)勢能是重力標(biāo)量勢O)(r)，定義為
其中，r、 P(o、 G分別是重力場測量的位置、位置,處的質(zhì)量密度、 以及重力常數(shù)。重力(所體驗(yàn)到的重力場)是標(biāo)量勢的空間導(dǎo)數(shù)。重
力是方向已知(重力向下作用)的矢: 標(biāo)系統(tǒng)，通過三個(gè)分量來表示重力<formula>formula see original document page 11</formula> 嶺)3嶺)灘(。、
對于任何所選的Cartesian坐
對于這三個(gè)分量，每個(gè)分量沿三個(gè)方向中的每個(gè)方向而改變，因 而產(chǎn)生了九個(gè)量，形成了重力梯度張量
<formula>formula see original document page 11</formula>
勢場的基本方程和關(guān)系遵循對標(biāo)量勢函數(shù)、其導(dǎo)數(shù)、其傅立葉變 換和其它數(shù)學(xué)量的屬性的分析。
根據(jù)格林定理，在己知閉合表面上的標(biāo)量勢的空間導(dǎo)數(shù)(包括標(biāo) 量勢本身)的情況下，在該表面所包圍的體積內(nèi)的所有點(diǎn)上已知該空 間導(dǎo)數(shù)值。其推論是， 一旦該量對于所有點(diǎn)都是己知的，則通過微分 和積分，可以導(dǎo)出包括標(biāo)量勢自身的標(biāo)量勢的所有其他導(dǎo)數(shù)。因而當(dāng) 在包圍了該體積的表面上僅已知導(dǎo)數(shù)之一時(shí)，則有效地知道了該體積 內(nèi)的所有點(diǎn)上的標(biāo)量勢和所有導(dǎo)數(shù)。這指示了，標(biāo)量勢的任何導(dǎo)數(shù)的 任何分量的全部測量允許計(jì)算標(biāo)量勢的任何導(dǎo)數(shù)的任何其他分量。據(jù) 此得出(至少在理論上)測量哪個(gè)量并不重要，裝置的選擇簡單地歸 結(jié)于哪個(gè)裝置以最大信噪比測量了期望量。
以上重力標(biāo)量勢的微分最終產(chǎn)生
該方程在不重要的區(qū)域內(nèi)變?yōu)槔绽狗匠?，得到重力的重要基本關(guān)
系
<formula>formula see original document page 12</formula>
諧波函數(shù)滿足拉普拉斯方程，其具有可以在對從勢場勘測中采集 到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過程中使用的許多屬性。
可以使用多種技術(shù)來分析和處理數(shù)據(jù)，這些技術(shù)與從勘測中采集 到的數(shù)據(jù)一起起作用，作為起點(diǎn)，但是之后改變數(shù)據(jù)和/或數(shù)據(jù)格式， 因而與所測量的量關(guān)聯(lián)的值全部出現(xiàn)在位于水平的、固定海拔的分析 平面上的規(guī)則2-D網(wǎng)格上，將所使用的過程稱為"分級(levelling)" 和"網(wǎng)格化(gridding)"。
在網(wǎng)格化中，概括地說，將所勘測區(qū)域劃分為其側(cè)面優(yōu)選地與進(jìn) 行勘測的主要方向?qū)R的矩形小區(qū)，然后利用"等效于"測量數(shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)(網(wǎng)格化數(shù)據(jù))來代替實(shí)際測量數(shù)據(jù)，該測量數(shù)據(jù)現(xiàn)在分配有每 個(gè)小區(qū)中部的點(diǎn)處的值。每個(gè)小區(qū)的尺寸可以基于沿兩個(gè)正交方向飛 行的線路的平均間隔相關(guān)。 一旦數(shù)據(jù)采取這種網(wǎng)格化格式，則在數(shù)學(xué) 上容易處理得多。例如，可以通過統(tǒng)計(jì)或其它方法將數(shù)據(jù)示為一組數(shù) 值，并對其進(jìn)行處理，以給出對水平分析平面上的勢場的最佳估計(jì)。
可以將數(shù)據(jù)變?yōu)?-D傅立葉序列，其中每行數(shù)據(jù)具有2n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，
以有利于使用傅立葉變換；還沿正交方向采集數(shù)據(jù)。對于重力梯度， 可以將2-D傅立葉序列表示為以下形式的2-D空間正弦波之和
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中波數(shù)、，、與勘測的尺寸相關(guān)，x、 y方向上的4和、分別由以下
表示 ^ = — , = 一 Ac 丄，
然而這種擴(kuò)展僅在恒定高度時(shí)有效，除非L是Z的函數(shù)。因此， 我們先前己經(jīng)描述了 一種改進(jìn)的、等效源類型方法 (PCT/GB2006/050211，通過引用合并)在示例性等效源類型方法中， 將勘測地區(qū)的表面分成小塊，典型地為一側(cè)50m的量級，這些被稱為 小板或質(zhì)量元素。很容易前向計(jì)算出每個(gè)小板的重力(例如，見 R.J.Blakely的"Potential Theory in Gravity and Magnetic Applications", Cambridge University Press, 1995)，調(diào)整其質(zhì)量直至獲得對測量數(shù)據(jù)的 最佳整體擬合。通過標(biāo)準(zhǔn)最小平方擬合過程來做出該質(zhì)量確定。通過 將真實(shí)測量位置處的數(shù)據(jù)與在相同的真實(shí)測量位置處的所提出的等效 源產(chǎn)生的重力場匹配來獲得該擬合。該過程在數(shù)學(xué)上是精確的，不會 將任何人為調(diào)整引入數(shù)據(jù)中，以便其以與水平矩形勘測一致。
一旦獲得了擬合，便認(rèn)為該擬合是最初的數(shù)據(jù)集合。所有用于確 定地質(zhì)結(jié)構(gòu)的后續(xù)分析比較任何給定地質(zhì)結(jié)構(gòu)將會產(chǎn)生的重力場與由 等效源所產(chǎn)生的重力場之差，并將該差最小化。這種技術(shù)的一個(gè)顯著 優(yōu)點(diǎn)在于，最佳擬合來自于質(zhì)量分布(盡管是合成的)，因而最佳擬合 情況將自動滿足拉普拉斯方程。這不同于上述的傳統(tǒng)方法，上述傳統(tǒng) 方法產(chǎn)生數(shù)值最佳擬合，但是并不施加該數(shù)據(jù)必須滿足拉普拉斯方程 的附加限制，即數(shù)據(jù)來自真實(shí)的質(zhì)量分布的限制。
等效源方法不必使用與地形共形的表面，可以使用可以覆蓋位于 恒定高度、在地球真實(shí)表面之上或之下的任何表面、可以穿過地球真 實(shí)表面等的源。在各個(gè)小板的質(zhì)量中，符合該地形的表面的選擇可能 產(chǎn)生較小的變化，但是原理上整個(gè)結(jié)果并不會受到表面的任何合理選 擇的顯著影響。
通過網(wǎng)格或上述等效源方法所模擬的勢場數(shù)據(jù)提供了對計(jì)算機(jī) 程序代碼210的輸入，用于確定造成所測量的(和模擬的)勢場的三 維下層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并考慮步驟204中確定的地形校正以及任意可用先 驗(yàn)數(shù)據(jù)212。在文獻(xiàn)(例如，參見Blakely (同上))描述了適當(dāng)?shù)募?術(shù)，可以另外地或備選地采用可通過商業(yè)手段獲得的程序代碼，例如，可以從基于美國Utah大學(xué)的電磁模擬和反演研究組(CEMI)獲得的 GRMAG3D代碼。
毫無疑問，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到許多其它有效的備選。將被 理解的是，本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施例，并且包括對于本領(lǐng)域技 術(shù)人員而言顯而易見的、落入所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.一種針對地球物理勘測的地形校正的方法，所述方法包括捕獲要勘測區(qū)域的多光譜或超光譜圖像；使用所述捕獲的圖像，多光譜或超光譜圖像，確定所述勘測區(qū)域的表面地質(zhì)組成；使用所述確定的表面地質(zhì)組成，確定針對所述地球物理勘測的地形校正數(shù)據(jù)；以及使用所述地形校正數(shù)據(jù)來執(zhí)行針對所述地球物理勘測的所述地形校正。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述地形校正包括定義所 述勘測區(qū)域上的表面密度或多孔性的變化的密度數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述密度數(shù)據(jù)確定包括.-針對所述捕獲圖像中的一個(gè)或更多個(gè)像素，在兩個(gè)或更多個(gè)表面地質(zhì) 組成之間進(jìn)行內(nèi)插。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述確定所述地形校正數(shù)據(jù)包括將所述密度數(shù)據(jù)與針對所述勘測區(qū)域的表面高程數(shù)據(jù)結(jié)合起 來。
5. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述表面地質(zhì)組成 確定響應(yīng)于所述勘測區(qū)域中的表面植被的變化。
6. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述表面地質(zhì)組成 確定包括將所述勘測區(qū)域的各部分分類成多個(gè)表面地質(zhì)組成類別之
7. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述表面地質(zhì)組成 確定包括下列操作中的一個(gè)或更多個(gè)對所述捕獲的圖像進(jìn)行主分量 分析、使用存儲的光譜數(shù)據(jù)對所述捕獲的圖像進(jìn)行匹配操作、對所述 捕獲的圖像進(jìn)行匹配濾波、以及對所述捕獲的圖像進(jìn)行基于人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的分析。
8. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述地球物理勘測 包括重力或重力梯度勘測。
9. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，還包括執(zhí)行所述地形校正 的地球物理勘測，以確定所述勘測區(qū)域的估計(jì)的下層地質(zhì)組成。
10. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述多光譜或超 光譜捕獲圖像包括至少3個(gè)波段，優(yōu)選地為至少5、 10、 50或100個(gè)波段。
11. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述多光譜或超 光譜捕獲圖像包括多個(gè)波長等于或小于400nm的波段。
12. —種承載計(jì)算機(jī)程序代碼的載體，所述計(jì)算機(jī)程序代碼在運(yùn) 行時(shí)實(shí)現(xiàn)前述任一權(quán)利要求所述的方法。
13. —種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，被編程為實(shí)現(xiàn)前述任一權(quán)利要求所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明總體涉及用于針對地球物理勘測的地形校正的方法、設(shè)備和計(jì)算程序代碼，尤其是用于針對勢場勘測的地形校正的方法、設(shè)備和計(jì)算程序代碼。針對地球物理勘測的地形校正方法包括捕獲要勘測區(qū)域的多光譜或超光譜圖像；使用所述捕獲的圖像，即多光譜或超光譜圖像，確定所述勘測區(qū)域的表面地質(zhì)組成；使用所述確定的表面地質(zhì)組成確定針對所述地球物理勘測的地形校正數(shù)據(jù)；以及使用所述地形校正數(shù)據(jù)執(zhí)行針對所述地球物理勘測的所述地形校正。
文檔編號G01V3/38GK101371165SQ200780002995
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
發(fā)明者馬克·戴維斯 申請人:阿克斯有限責(zé)任公司