本文關鍵詞：BEMD方法和PM模型研究及其在地球化學異常識別中的應用

  更多相關文章： 希爾伯特-黃變換 BEMD PM模型 BIMFs-PM模型 模態(tài)混疊 BEEMD 地球化學異常

【摘要】：如何從非線性和非平穩(wěn)性的原始地球化學數(shù)據(jù)中分離出地球化學噪聲、區(qū)域地質(zhì)背景信息,提取與找礦密切相關的礦體和礦化蝕變帶以及隱伏巖體等地質(zhì)要素所引起的局部地球化學異常信息是勘查地球化學家最重要的工作之一。但由于地質(zhì)過程的復雜性及成礦過程的多期次疊加性,地質(zhì)體中地球化學元素的含量分布在一定程度上呈現(xiàn)隨機性、非線性和非平穩(wěn)性特征,這使得地球化學信息的提取分解非常困難。傳統(tǒng)的地球化學信息分解方法(如趨勢面法、特征值分解法等)多不能兼顧地球化學數(shù)據(jù)的空間異質(zhì)性特征,其分解結果不能反映地球化學元素的真實分布,因此很難解釋。尤其針對目前覆蓋區(qū)找礦過程中遇到的問題,由于受到覆蓋層屏蔽效應,使得收集到的地球化學信息非常微弱,傳統(tǒng)信息提取方法的應用明顯受到了限制。近年來,不少學者將希爾伯特-黃變換(Hilbert-Huang Transform, HHT)及其擴展理論引入地球科學的應用領域,并通過經(jīng)驗模態(tài)分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)得到的本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function, IMF)來提取有意義的地質(zhì)信息。相比于基于傅里葉變換的時頻分析方法(如短時傅里葉變換、維格納分布(Wigner-Ville)和小波變換等),HHT方法通過引入本征模態(tài)函數(shù)的概念,不需要預先設定分解的基函數(shù),可以通過EMD自適應地將非線性、非平穩(wěn)信號在時間系列上分解為有限個IMF,然后再對每個IMF進行Hilbert變換,得到瞬時頻率,從而可以在時間-頻率-幅度域中分析信號的特征。各向異性擴散Perona-Malik模型(PM模型)可以在抑制噪聲的同時保留圖像的邊緣特征,這一優(yōu)勢使其在圖像處理領域得到了廣泛的應用。但PM模型在處理強噪聲數(shù)據(jù)時會產(chǎn)生強烈的“塊效應”,嚴重將會導致數(shù)據(jù)失真。而Catte模型是針對PM模型處理“強噪聲”數(shù)據(jù)“失效”的一個重大改進：先對強噪聲數(shù)據(jù)進行平滑預處理,使得數(shù)據(jù)中噪聲點的梯度值得到降低,然后再使用PM模型進行各向異性擴散求取數(shù)據(jù)的邊緣特征。本研究嘗試將二維經(jīng)驗模態(tài)分解方法(Bi-dimensional empirical mode decomposition, BEMD)和PM模型及Catte模型應用于覆蓋區(qū)地球化學信息分解中,提取弱異常信息。選取閩西南森林覆蓋區(qū)為研究區(qū),位于我國東部福建省陸相火山巖銅多金屬成礦帶的南端,該地區(qū)中生代火山活動強烈,經(jīng)歷了多旋回構造、多期次巖漿活動及多次成礦作用,具有尋找斑巖型—淺成熱液型銅多金屬礦的潛力,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了包括羅卜嶺、紫金山、碧田、溪坪等銅多金屬礦。本文使用研究區(qū)內(nèi)1:20萬水系沉積物地球化學數(shù)據(jù),研究區(qū)域礦化分布特征。前人研究表明該研究區(qū)與銅多金屬礦相關的地球化學元素為Ag、As、Mo、Pb、Sb、Zn、Sn、Au、Cd和Cu,本文將BEMD及其改進算法應用于本研究區(qū)復雜疊加地球化學信息的分解,各向異性擴散PM模型及其改進算法對此十種礦化相關元素的空間分布特征與區(qū)域銅礦化異常進行識別,描述了不同頻率域尺度下的礦產(chǎn)資源的空間分布規(guī)律,為定量模擬和識別化探異常提供了新方法,其認識主要有：(1) BIMFs-PM模型分解組合地球化學異常信息信號經(jīng)BEMD分解后將代表不同頻率尺度、相同特定意義的二維本征模態(tài)函數(shù)(Bi-intrinsic mode functions, BIMFs)進行融合,能集中反映被分解信號的某一特定意義,融合后的BIMFs帶入PM模型進行二次抑制噪聲和邊緣特征提取更能突出信號的本質(zhì)特征。針對地球化學數(shù)據(jù)的特點,基于克里金插值(Kriging)包絡面擬合方法的BEMD考慮了地球化學數(shù)據(jù)之間的空間結構性,分解出的BIMFs數(shù)據(jù)滿足局部正交性而沒有模態(tài)混疊問題,能較好地保證被分解數(shù)據(jù)的質(zhì)量。本研究將與閩西南銅多金屬礦礦化相關的十種地球化學元素的組合異常用基于Kriging插值的BEMD方法進行分解,將代表不同頻率尺度特征的地球化學異常BIMF2、BIMF3、 BIMF4進行組合得到融合異常圖BIMF234(強噪聲在BIMF1, BIMF234非強噪聲數(shù)據(jù)),然后用PM模型進行各向異性擴散實現(xiàn)在二次抑制整個數(shù)據(jù)處理過程中的誤差的同時并強化異常信息。結果顯示：BIMFs-PM不但能夠提取礦化異常,還能夠提取與礦化有關的地層或者巖體信息(如BIMF3)。(2) BEEMD方法分解組合地球化學異常信息由于BEMD是基于經(jīng)驗的分解,很多關鍵技術還有待探討(如在處理不同類型數(shù)據(jù)時插值曲面技術的選擇、模態(tài)混疊問題的改善等)。本研究以分解得到質(zhì)量較好的二維本征模態(tài)函數(shù)BIMFs為目的,結合數(shù)據(jù)計算資源要求和算法速度的考慮,提出基于三次樣條插值的二維總體平均經(jīng)驗模態(tài)分解方法(bi-dimensional ensemble empirical mode decomposition, BEEMD)來改善BEMD的二維模態(tài)混疊問題。首先將BEEMD和BEMD方法應用于Lena圖像的仿真分解識別,結果顯示BEMD分解的結果有很明顯的二維模態(tài)混疊現(xiàn)象,BEEMD將Lena圖像作為一個二維整體數(shù)據(jù)進行分解,可以緩解BEMD的二維模態(tài)混疊問題,其分解的二維模態(tài)函數(shù)成分視覺效果要更好一些,在圖像的一些部位如頭發(fā)、鼻子、胳膊和帽子的邊緣處要更清晰。然后將BEMD和BEEMD應用于閩西南地球化學異常提取的對比研究,研究結果顯示：由于BEMD在分解地球化學數(shù)據(jù)時存在二維模態(tài)混疊問題導致分解出的BIMF出現(xiàn)了假異常和假信息,而BEEMD的分解能改善分解過程中的二維模態(tài)混疊問題,分解出來的結果更加穩(wěn)健和更可靠,也更容易解譯,由BEEMD分解出來的BIMFs和殘差剩余能夠重組成地球化學異常,地球化學噪聲、和區(qū)域背景等一些新的成分。(3)Catte模型在組合地球化學異常信息識別中的應用本研究首先將PM模型和Catte模型應用于Lena圖像的噪聲處理及特征識別上,結果證明隨著Lena圖像中噪聲強度的增大,PM模型漸漸失效,而Catte模型在去除噪聲的同時可以保留圖像的基本邊緣特征信息。然后Catte模型被用于閩西南地球化學異常的提取,并將結果和由PM模型得到的結果進行了對比。結果顯示：由PM模型所提取的地球化學異常呈現(xiàn)明顯的“塊狀”,與元素實際空間分布趨勢不符。而Catte模型得到的地球化學異常圖與BIMFs-PM模型、S-A多重分形方法和BEEMD方法提取的地球化學異�？臻g分布趨勢是基本一致的,Catte模型提取的地球化學異常更接近于局部地球化學異常,說明Catte模型用于提取組合元素的地球化學異常是有效的。
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P632

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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本文編號：1292768