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苏正1,2，曹运诚1，吴能友1,22，Lawrence ，陈多福1,2
苏正，（1980—），博士，助理研究员，主要从事天然气水合物及盆地流体活动的数值模拟研究，E-mail:。
注：本文曾发表于《地球物理学报》，2009,12:3124-3131，本次出版有修改。
1.中国科学院边缘海地质重点实验室/广州地球化学研究所，广州510640
2.中国科学院广州天然气水合物研究中心/可再生能源与天然气水合物重点实验室/广州能源研究所，广州510640
of Earth&Atmospheric Sciences,Cornell University,Ithaca,New York 14853-1504,USA
摘要：海洋环境中天然气水合物层是理想的毛细管封闭层，游离气被抑制在水合物层下，游离气层的气体压力随气体聚集和气层厚度的增加而升高，当气压超过封闭层的毛细管力时，游离气会克服毛细管进入压力、刺入上覆封闭层孔隙空间，毛细管封闭作用随之消失，从而形成水合物下伏游离气向海底的渗漏。通过对该过程进行的数值模拟计算表明：渗漏气体是以活塞式驱动上覆沉积层中的孔隙水向海底排出，水合物稳定带内流体渗漏速度随水流柱高度的减小而增加，当水流阻抗大于相应沉积层段的静岩压力时，沉积层将转变为流沙，流沙沉积被海流移除后便在海底留下凹陷麻坑。麻坑形成后流体运移通道演化为气体通道，气体快速排放。麻坑深度主要取决于游离气层的厚度和水合物封闭层（底界）的深度，而与沉积层的渗透率无关。麻坑深度一定程度上指示了渗漏前水合物层下伏游离气层的资源量。对布莱克海台海底麻坑的深度数值模拟计算表明，形成4 m深的海底麻坑需要至少22 m厚的游离气层。
关键词：天然气水合物；毛细管封闭；游离气渗漏；麻坑；布莱克海台
Numerical Computation and Case Analysis of the Venting Process of Free Gas Beneath Hydrate Layer
Su Zheng1,2,Cao Yuncheng1,2,Wu Nengyou1,2,Lawrence Duofu1,2
Key Laboratory of Marginal Sea Geology/Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China
Guangzhou Centerfor Gas Hydrate Research/CAS Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate/Guangzhou Institute of Energy Conversion,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China
of Earth&Atmospheric Sciences,Cornell University,Ithaca,New York 14853-1504,USA
Abstract:A hydrate layer is an ideal capillary seal,beneath which free gas is overpressure increases as gas accumulates and gas column seals have the property that they fail completely when gas pressure reaches the point that they are invaded by gas,and thereafter they offer little resistance to gas the seepage is triggered,the venting gas will push the overlying water upward at increasingly higher velocities as the gas “piston”approaches the model shows that as the water velocity increases,the near surface sediments will become quick at a depth that the resistance of water flow exceeds the hydrostatic pressure of the sediment hosting the water quick sediments can then be removed by bottom ocean currents,leaving a hollow pockmark on the gas pathway isformed below the pockmarks and the reservoir gas drains pockmark depth is afunction of thickness of free gas column beneath the hydrate and depth of the hydrate seal (bottom of hydrate layer).Interestingly,pockmark depth does not depend on sediment depth implies the resource amount offree gas beneath hydrate model shows that a 22-m-thick free gas layer at least is needed toform a 4-m-deep pockmark on the rise of Blake ridge.
Key words:gas hydrate;capillary seal;gas seepage;pockrnarks; Blake ridge
0 引言
在海洋环境水合物稳定带内孔隙水溶解甲烷浓度超过甲烷水合物形成的溶解度时，溶解甲烷会结晶形成水合物，随着水合物含量的增加，形成水合物层圈闭，并在其之下发育游离气层[1-4]。在特定的条件水合物层之下的游离气沿通道向上渗漏进入海底，并在海底形成麻坑、自生碳酸盐岩、生物群落、气泡羽状体，如俄勒冈外海水合物脊[5]、布莱克海台等[6]、北刚果陆坡[7-8]、挪威外海[9]以及中国南海[10]。虽然水合物层下伏游离气向上渗漏活动在水合物发育区比较普遍，但是水合物层下伏游离气向上渗漏的机制和泄漏过程中的流体动力学特征，及流体渗漏对海底沉积地层的破坏（形成麻坑）过程并不清楚。
水合物层下伏游离气受到水合物层毛细管作用的封闭，随气体聚集和气层厚度增长，水合物下伏游离气的压力持续增加，当气体超压克服毛细管封闭作用后气体渗漏被激发，超压气体推动孔隙水向上排出，在海底形成麻坑，麻坑深度反映了流体的破坏强度和游离气层的超压幅度。因此，本文将应用水合物层毛细管封闭机理和沉积孔隙流体渗漏动力学，研究水合物稳定带之下游离气如何向上突破的动力学过程，建立游离气层压力状态与麻坑深度之间的数值模型，通过海底麻坑特征揭示水合物系统游离气层的演化规律。
1 毛细管封闭及游离气渗漏机理
海底沉积层中存在2种毛细管力封闭作用。第一类毛细管力封闭作用是存在于小型的气藏顶部的毛细管封闭作用，属于低渗透率的气体捕集封闭。封闭层的孔隙度和渗透率较低，而水更倾向存在于较小的孔隙空间，因此封闭层的孔隙空间完全被水占有，而封闭层之下含气层的孔隙度和渗透率相对较高[11]。碎屑沉积物孔隙介质一般为水润湿相，气液界面处的毛细管力阻止天然气进一步向上运移，使气体处于孔隙较大的沉积层段，但当气体压力超过相应孔隙的气体的毛细管进入压力时，超压气体将刺入封闭层的小孔隙，气藏开始排气，并在上覆沉积层中产生气体的渗漏通道。侵入毛细管压力由拉普拉斯方程给出[12]：
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其中：γ为界面张力，取值 N/m[13],rf和rc分别代表小孔隙和大孔隙的有效孔隙半径。
第二类毛细管封闭作用存在于气－液二相共存的沉积孔隙中，气液二相均可流动[14-15]。由于整个沉积体是由沉积颗粒构成的孔隙介质，孔隙水优先占据并被吸附在孔隙的喉道位置，具有小孔径的孔喉部位产生的毛细管力抑制了孔隙腔中气体的流动。此类毛细管封闭条件是孔隙内2种流体共存，且二者均可流动。在渗漏活动初期这种情况出现在气流柱顶部和气柱周围的气－水混合的部位，沉积层中毛细管封闭线的位置随气柱的发育而变迁，这种毛细管封闭作用约束了气流柱的形状和发育，并使气流柱有一个相对平坦的顶部；同时也会形成一个相对稳定的通道直径，这意味着渗漏气柱顶部的气－水界面相对平坦，在理想均质介质中渗漏气体以“活塞”式向上推进。但是当渗漏气柱遇到渗透率在横向上不均匀或不连续（如断层）的沉积介质时会出现分支或扭曲的气体通道。
海洋环境扩散型水合物稳定带与下伏游离气之间属于第一类毛细管力的封闭，在水合物稳定带底部水合物含量最高[3,16]，水合物的形成降低了孔隙介质的有效孔隙度和渗透率，使水合物层的孔隙度低于下伏游离气层的孔隙度，水合物层的有效孔隙半径小于游离气层的有效孔隙半径。亲水性的水合物沉积层内除水合物外的其余孔隙空间被水占据，而下伏沉积体的孔隙空间完全被气体充填，水合物层与游离气层之间就存在一个上覆孔隙水与下伏游离气的界面。因此在水合物层与游离气层界面（大孔隙与小孔隙之间）上产生毛细管力，其方向指向孔隙半径较大的含气层，阻止下伏气体进入上覆含水层（水合物层），抑制气体向上运移。但是当下伏游离气层中的气体压力超过上覆水合物封闭层的毛细管力时，超压气体将刺入水合物封闭层，使水合物层的毛细管封闭作用完全失效或仅剩很小的封闭作用，气体泄漏开始。超压的气体渗漏进入水合物稳定带后，随着气柱的增长气体逐渐侵占原有孔隙水所占的孔隙空间，驱使孔隙水向上排出，并最终泄漏进入海底。水合物稳定带内气柱的增长过程受第二类毛细管封闭作用的控制，使气流柱以“活塞”式增长，而没有出现气流弯曲和分支，这与地球物理资料显示的近于垂直的流体渗漏通道（气囱）特征一致[8-9,17-19]。
图1给出了海洋水合物层下伏游离气渗漏过程。游离气在水合物层底界之下聚集，气层厚度和气体超压逐渐增加（A），当气体压力超过水合物封闭层的毛细管力时，高压气体会在封闭薄弱点或气层最顶端刺穿封闭，使水合物毛细管封闭失效（B）。气流柱在高压作用下向上推进，并驱使上覆沉积孔隙水向外排出。气流柱高度（hg）逐渐增长，而水流柱高度（hw）相应缩短（B到C过程）。如果气压驱动力保持相对恒定，由于岩层对水的黏滞力（或水流阻抗）远大于其对气的黏滞力（或气流阻抗），随水流柱高度hw减小，流体渗漏速度将越来越快，在单位长度水流柱上的压降（等于岩层对水流的黏滞力）随流体速度的增长而增加。在气流接近海底时流体速度明显增强，浅层水流阻抗（即水流对地层的作用力）超过相应沉积体的静岩压力，浅层含水沉积将被流沙化，当流沙化的沉积物被海底底流搬运后，便在海底形成“新鲜的”麻坑，此时麻坑下形成单一的气体运移通道（D）。由于气体黏度远小于水的黏度（约为1/60），气体排放异常迅速，游离气藏中气体会很快排干，流体渗漏通道中的气流逐渐退化（E），孔隙流体压力回归静水压力，孔隙水重新占据水合物封闭层和流体渗漏通道的孔隙空间，在气量通量减小体系温度降低的过程中伴随者水合物的生成（此文中不做详细论述），并因此减小了流体流动速度，少量气体仍可滞留在流体渗漏通道内，在地震记录上显示为气烟囱，水合物层底部的毛细管封闭作用恢复，水合物层之下游离气的聚集过程再次启动（F）。
图1 水合物下伏游离气渗漏概念模型示意图[11]
Z为海底以下深度，h为水合物稳定带厚度（或水合物封闭层深度）。黑色带表示毛细管封闭层，浅灰色表示气体所占据孔隙沉积层。A.气体被封闭在水合物层之下；B.气体刺穿封闭层开始泄漏C.气柱高度增加，推动水流向外排出，水流柱高度相应缩短，流体运移速度不断增加；D.含水流沉积中孔隙压力超过静岩压力，在海底出现麻坑，形成单一的气流通道；E.游离气藏中的天然气被逐渐排空，孔隙超压消失，流体通道中的气流柱逐渐退化；F.气流柱完全消失，在海底留下气烟囱，并有水合物生成，水合物封闭作用恢复，并开始新的气体聚集
2 游离气渗漏过程的数学模型
气体渗漏过程中（图1）气柱和水柱都是在游离气超压的驱动下流动，流体运移的总驱动力等于气体超压（ρw－ρg)gd。气流柱不断增大，并且以同一速度推动渗漏通道内的上覆孔隙水向上流动。假定水合物稳定带为一种均质孔隙介质，渗漏通道内流体（水和气）的渗漏速率相同，孔隙介质内流体渗漏模型可用达西定律描述为
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其中：Δp为流体运移总推动力，是施加在气流柱和水流柱上的压降之和（Δpg＋Δpw），或者是气流阻抗与水流阻抗之和，等于气层底部的超压（ρw－ρg)gd；ρ为流体密度；d为游离气层的厚度；μ为流体黏度；V为流体速度；k为沉积体的渗透率；krg和krw分别为沉积体孔隙气和水的相对渗透率；hg和hw分别为气流柱和水流柱的高度。
假定气流柱中气的饱和度和水流柱中水的饱和度均为1，气和水的相对渗透率为1。由方程（1），流体（气体和水）的运移速度表示为
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在方程（2）中，若 可知流体运移速度随气流柱高度（hg=h-hw）的增长而增加。对方程（2）进行积分得到气柱增长方程：
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利用方程（3）既可以计算渗漏气流柱增长到某一高度所需要的时间，也可以计算某一时间点水合物稳定带内气流柱的高度。
由方程（1）和方程（2）可知，孔隙介质中单位长度流体柱所受阻抗随气流柱高度的增加（或水流柱高度的减小）而增加，也就是说沉积物格架所受流体的反作用力（流体阻抗）逐渐增加，当流体阻抗超过相应沉积体的静岩压力时，相应沉积层将被流体化而成为流沙[20]，渗漏流体速度须满足 。流沙沉积被海流移除后在海底形成麻坑，被流沙化沉积体的底界确定了麻坑深度。用 替换方程（2）中流体速度V，麻坑深度hpm替换水流柱高度hw，即可得到麻坑深度方程：
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方程（4）中，若μw≌60μg、krw≌krg≌1（假定水流柱中水的饱和度和气流柱中气的饱和度近似为1），方程（4）可简化为
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在一定的温压条件下流体密度和黏度为常数[12]。因此，方程（5）中麻坑深度可近似为水合物下伏的游离气层厚度（d）和水合物封闭层深度（h）的函数，与沉积体的渗透率无关。模型计算中所有参数取国际标准单位。
3 模型应用及讨论
美国卡罗莱纳外海的布莱克海台区是典型的水合物发育区，既有完美的BSR显示，又有游离气的渗漏活动及在海底形成的麻坑[6,21-22]。大洋钻探计划（ocean drilling program)1 64航次对布莱克海台进行了钻探取心研究，其中997站位钻至海底之下750 m，穿过了BSR（海底之下450 m），其中180～462 m 层段含水合物，水合物平均饱和度为6％，位于水合物稳定带底部（462 m）的水合物体积分数最高为24%[4]。996站位于布莱克底辟链的最南端，处于997站位西北98 km，最大钻孔深度为63 m，刚好位于麻坑之中，地震剖面显示该区BSR深度为440 m，深部底辟作用使上覆地层变形、形成小型断层，成为有利的流体渗漏通道，在海底发育有深4 m、直径50 m的麻坑，并且正在发生气体渗漏（图2），钻探获得的水合物体积分数高，最高达沉积孔隙的99%[6,21-23]。
驱动流体运移的气体超压取决于游离气层的厚度。如果下伏游离气层厚度达100 m（图1），其总的流体驱动力（等于气体超压）可达到 MPa；如果游离气层厚度为22 m，流体超压驱动力为 MPa（图3最左端A点）。渗漏开始时水流柱高度分数（等于hw/h）为1，总水流阻抗等于气体总超压，整个气流柱高度增加而降低。但是由于水流速度增加，施加在单位长度水流柱上的驱动力和相应的黏滞力增加，水流阻抗逐渐趋近海底相应深度沉积层静岩压力，且在水流柱高度分别小于40 m（对于游离气层厚度为100 m）和4 m（对于游离气层厚度为22 m）时水流阻抗超过沉积介质的质量（图3D点）。该位置以上的沉积物被流沙化[20]，转变成颗粒悬浮的液状混合体，这种流沙化沉积被海流搬运后在海底形成麻坑。利用方程（3）可以计算游离气从水合物稳定带底部渗漏到达海底所需的时间。假定渗漏率为10-12m2时， 100 m厚的游离气层泄漏到海底的时间大约为5 a。
图2 布莱克海台地震反射强度剖面揭示的BSR、底辟构造、海底麻坑及与ODP977站位揭示的BSR深度比较
a.地震反射强度显示布莱克海台水合物发育、气体聚集以及底辟构造顶端的流体渗漏[22];b.为ODP997站位BSR揭示的水合物封闭层深度[21]
图3 渗漏通道中的流体阻抗和含水沉积层的静岩压力曲线交点指示麻坑深度
水合物稳定带中气流柱高度增加（顶部坐标向右），水流柱高度减小（底部坐标向右），水流阻抗和静岩压力随之减小，水流阻抗大于静岩压力时发生流沙破坏，曲线交点位置指示麻坑深度（D点）。布莱克海台100 m的游离气层发生渗漏时在海底可形成40 m深的麻坑，而22 m厚的气层泄漏时可形成4 m深的海底麻坑（最右边灰色阴影）
方程（2）中流体渗漏速率与渗透率成正比，但方程（4）中麻坑深度不依赖于沉积体渗透率，只是水与气体相对渗透率比的函数，而相对渗透率决定于孔隙流体的饱和度[12]，因此沉积体渗透率控制流体渗漏速率，但不控制麻坑形成。实际上，渗透率越大，气体渗漏越快，麻坑形成越快；气体超压在水流柱和气流柱之间的分配不依赖于渗透率，而是决定于气体的超压幅度，以及流体黏度和气流柱高度（或水流柱高度）。
利用方程（5）可以简单计算海底麻坑深度，同时在已知水合物底界（封闭层）深度和麻坑深度，也可以通过方程（5）计算游离气层的厚度。图4显示麻坑深度与游离气层厚度和封闭层深度的关系。在给定封闭层深度，麻坑深度随游离气层厚度的增加而增大，相反较深的沉积层厚度削弱了渗漏流体对麻坑的挖掘作用，水合物封闭层越浅，形成一定深度的麻坑所需的游离气层厚度越小。
图4 水合物封闭层深度和麻坑深度与游离气层厚度的关系
麻坑深度主要决定于游离气层厚度和水合物封闭层埋深，与游离气层厚度呈正比，与水合物层埋深呈反比。如果水合物封闭层深700m，形成4m深的麻坑需要27m的游离气层，如果水合物封闭深度为440 m，则需要22 m的游离气层，如果水合物封闭层深100m，仅需要1l m厚的游离气层
地球物理显示布莱克海台ODP996站位周围的BSR深度为440 m，而在ODP996站位正下方游离气藏气体沿底辟构造上升至大约220 m（图2）处，在沿小断层渗漏至海底，由方程（5）可知麻坑深度与渗透率无关，取决于游离气藏的埋深和游离气层的厚度。对于海底4 m深的麻坑，计算表明在水合物层之下至少需要有22 m厚的游离气层。苏正和陈多福[4]计算了布莱克海台997站位的水合物和游离气体积分数分布，在水合物稳定带底界之下26 m处的气体饱和度为28％，底界之下74 m处气体饱和度为％，其中水合物体积分数分布与同一区域的ODP995站位是相近的[24]。28％的气体饱和度大于气体流动所需20％的饱和度，而底界之下74 m处％的气体饱和度不能流动，也不能传递孔隙气体压力。如果20％的饱和度指示可传递气层的底界，则气层的有效压力传递厚度约为30 m，这与笔者22 m厚的游离气层模型计算结果相近（图5）。实际上，该钻位水合物平均体积分数约为6%[4]，可封闭气层厚度为24 m（三角点所示），接近模型估计的22 m。此外，在水合物稳定带底部的水合物饱和度达24%[4]，其毛细管作用可封闭约33 m的游离气层（菱形点所示），与Flemings等[25]估计的极限破坏厚度29 m相似（虚线所示位置），接近但略小于30 m的参考厚度。然而，在996站位游离气发生泄漏后， 997站位扩散型水合物的体积分数仍在持续增加[26]，水合物层的封闭能力也相应增强，游离气层厚度不断增长，因此，997站位游离气厚度（30 m）大于996站位游离气发生泄漏时的22 m气层厚度是合理的。
图5 布莱克海台的水合物饱和度和所能封闭的游离气层厚度
气层厚度随水合物饱和度增加而增高，水平虚线与气层厚度曲线的交点（29 m）为Flemings等预测的997站位气层的临界水力压裂厚度[25]，圆形点标示约30 m的实际气层厚度，三角形点显示平均饱和度6％的水合物能封闭24m的气层，而饱和度24％的水合物可封闭33 m的游离气层（菱形点）
4 结语
本文构建了水合物层下伏游离气渗漏动力学过程的数学模型，游离气被水合物层的毛细管作用所圈闭，下伏游离气的超压随游离气层的增长而增加；当气体超压超过作用于水合物与游离气层界面的毛细管阻力时，游离气渗漏进入上覆水合物稳定带，并以“活塞式”驱动上覆孔隙水向外排出，渗漏速度随水流柱高度的减小而增加；当水流阻抗超过相应层段的静岩压力时沉积体变为流沙，流沙沉积被海流带走便在海底留下麻坑。模型显示麻坑深度为游离气层厚度和水合物封闭层埋深的函数，而与沉积介质的渗透率无关。游离气渗漏形成的海底麻坑对水合物下伏游离气层的厚度具有指示作用，在已知水合物封闭层深度和海底麻坑深度条件下，模型可以计算水合物层下伏游离气藏发生渗漏时的气层厚度，在布莱克海台海底发育有4 m深的麻坑，它的形成需要至少22 m厚的游离气层。
致谢：挪威国家石油公司Martin Hovland教授提供了全球麻坑基础资料和最新信息，表示感谢。
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罗伟东 李 刚
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
作者简介：罗伟东，男，广东人，硕士，高级工程师，主要从事海洋地形地貌调查和研究工作。
E-mail：loky＿luo＠，电话：，。
摘要 本文介绍了地形地貌研究主要工具软件的基本功能，针对主要工具软件的特点和实际应用情况，从地形数据的浏览、编辑、提取和转换，数据的网格化，等深线和彩色阴影底图等的编辑，调色板的制作与获取，地形图和三维立体图的制作等方面探讨地形地貌研究工具软件应用的方法，为地形地貌研究工作的开展创造有利条件，大大提高了工作效率和质量。
关键词 地形地貌 工具软件 应用方法
1 前言
海洋地形地貌调查和研究是大多数海洋调查研究的基本内容和重要组成部分。我国自20世纪90年代初引进多波束测深系统后开展了我国近海和邻近海域多波束海底地形地貌调查和综合研究，积累了丰富的资料和研究成果。提高地形地貌研究水平和工作效率是研究人员不断探索的方向。地形地貌研究工作常用的工具软件发挥了重要作用，能进行原始数据处理、数据网格化、数据提取转换浏览、制图等，还能进行地形坡度、距离和面积计算，地形剖面的提取制作，方便对海底地形分区、分析分布特征和识别地貌单元等。熟练掌握地形地貌研究工作常用的工具软件是研究人员必须具备的基本技能，合理选择和恰当应用工具软件是提高工作效率的有效途径。目前，地形地貌研究可用的工具软件有许多，如MapGIS、ArcGIS、Golden Software Surfer、CorelDRAW、Global Mapper、Fledermaus、GMT、MB-System和Caris Hips and Sips等。我国的地形地貌研究人员在以往的使用过程中，对相关软件积累了一些经验，但是面对种类繁多的工具软件，要恰当合理综合应用以提高工作效率和质量却不是一件容易的事。在实践工作中，常常会因为没有掌握软件的使用方法或没有发挥各软件的特点，而遇到一些困难，降低工作效率和质量。作者通过充分应用软件已有的功能，开发其潜在功能，结合工作实际，扬长避短，综合应用，使相应软件更好地服务地形地貌调查和研究工作，发挥更大的作用。
2 地形地貌研究主要工具软件概述
MapGIS、ArcGIS和Golden Software Surfer功能概述
这三款软件，特别是MapGIS和Surfer在国内得到广泛应用，相关文章对用法和功能的介绍很多。地形地貌研究主要的应用是利用MapGIS、ArcGIS制作规范的地形图和地貌图等；Surfer主要的应用是制作坡度图和地形图、地貌图和三维立体图等。
GMT功能概述
GMT（Generic Mapping Tools）是一个通用地学制图工具软件，发展至今已在大气、海洋、地震等研究领域得到较为广泛的应用。GMT是全命令行软件，需要用户录入命令及其指定的输入输出数据和各种配置参数（如经度、纬度、颜色配置等）来进行操作。GMT虽然操作相对繁琐，但执行效率很高，而且图形文件输出的主要格式为PostScript文件，这种格式可提供高质量、跨平台的图形打印，这也是GMT得以广泛应用的原因。
实际应用中，主要是制作二维三维地形图。利用GMT强大的颜色渲染和标准图框输出功能，制作颜色逼真的彩色阴影图、报告和论文插图，大数据量的网格化功能也是其强项。
Global Mapper功能概述
Global Mapper（简称GM）是美国Global Mapper公司开发的一个简单、实用的图形管理与应用软件。它可以在指定投影和地理坐标的基础上，编辑、转换光栅和矢量地形图，绘制二维、三维地形图以及点、线自编图形，具有良好的绘图、编辑、显示以及数据输出界面。其主要功能特点和实际应用包括以下四个方面：
1）浏览、合成、输入、输出、显示大部分流行的栅格图形和高程及矢量数据
实际应用中，主要用来直接打开浏览各类型如Surfer和GMT网格文件；输入输出（特定范围）网格、XYZ文件及点、线文件；合成相同或不同格式、大小的数据（网格、XYZ）文件。
2）具有数据、图形的转换、编辑、拼接、打印功能和投影转换
主要进行数据、图形的格式转换，如将GMT网格文件转换成Surfer网格文件，重新网格化数据，将XYZ文件转换成网格文件，网格、XYZ文件转换（输出）成图片等。在网格文件中选取制作特定位置的地形剖面。进行坡度、距离和面积计算。结合不同地理位置的地图，设置和改变、转换图片的投影方式。
3）具有简单的地理信息功能和动态GPS接收功能
为没有位置信息的图片添加坐标信息，在同一个项目中打开的文件都会在相同投影下的大地坐标系中显示。
4）在实际应用中，GM也存在不足之处：等深线功能简单，不能调整标注间距和字体样式及大小；地形图图框、比例尺不规范，文字大小和标注不可调节。
Fledermaus功能概述
加拿大IVS 3D公司生产的Fledermaus是全球海测数据3D具体化的领先商业软件之一，是一套功能强大的交互式三维数值数据虚拟实境的系统。它可以帮助使用者完成包括海洋（海岸、海底）资源调查与制图、环境影响评估、采矿、地质调查以及各种研究等工作。Fledermaus可直接支持广泛的工业数据格式输入。可直接导入、显示数字地形图，点、线、多边形数据集合、卫星影像并进行分析。浏览器iView4D可以随时浏览处理过或分析后的数据结果。
实际应用中，主要是利用其三维可视化功能和复杂区域编辑模块，用于导入网格文件，对三维数据进行三维可视化显示和操作，可任意角度观察地形地貌特征，可方便进行海底地形分区、分析分布特征和识别地貌单元。
3 工具软件的综合应用
常用工具软件在地形地貌研究中发挥了重要作用，工具软件种类繁多，各有优点缺点，科研人员要全部掌握其功能和操作方法有一定难度也没有必要，应该根据实际工作需要，重点掌握几个主要软件，扬长避短，合理应用，其他软件的应用能满足工作需要即可。针对所从事的工作，主要的应用情况从以下几个方面进行阐述。
图1 GM软件主界面窗口
地形数据的浏览、编辑、提取和转换
海底地形分区、分析分布特征和识别地貌单元等是地形地貌的工作之一，这些工作都要对地形数据进行浏览、观察、描述，以往一般是通过打印的地形图和三维地形图等图件来进行识别和描述。随着计算机软硬件技术的发展，目前，更科学的方法是利用工具软件完成上述工作，也可结合图件打印的方法。利用工具软件观察更直观简便高效，可直接导入、显示数字地形图，调节着色、等值线间距和垂直比例，进行地形坡度、距离和面积计算，特定位置剖面显示提取和制作，多角度、随意缩放、显示任意位置水深和点线多边线标注等。GM软件在这方面具有强大的功能（图1），结合Fledermaus，Golden SoftwareVoxler软件能方便地实现上述常用功能，大大提高工作效率，非常适合地形地貌研究和海洋调查使用。
GM软件可方便地打开XYZ和多种格式的网格文件（包括大数据量文件），还能把数据转换成自己的网格格式Global mapper grid显示，文件小，占用内存少，可随意进行操作，如放大缩小编辑等，显示效果好，这是GM软件的主要特点之一，相比其他软件具有明显优势。显示二、三维地形图，具有标注等深线、测线、标注符号和简单的3D view功能，能从各个角度浏览地形；能实时显示当前或指定位置的水深和经纬度；具备生成地形剖面功能，可选取任意位置进行地形剖面提取和制作；能进行地形坡度、距离和面积计算，地形坡度的计算和显示是在应用地形剖面功能时，在地形剖面窗口中的Options/showpath detais查看。地形剖面可输出为CSV或XYZ数据和图片格式，CSV或XYZ数据可用Grapher等专业软件制作成剖面图；图片格式可直接在CorelDRAW中导入编辑，为保证输出后的图片质量和字体大小合适，字体编辑时要注意调节字体的大小，输出的图片长度应在2000像素左右，输出后在word中的字体大小约为小5号。剖面图如图2所示。
微地形地貌的浏览和描述方面，需要用到相关三维可视化系统，GM软件具有简单的3D view功能，并不能满足实际应用的要求，目前最好的三维可视化系统是Fledermaus，Golden Software Voxler也有不错的表现，实际应用时应结合使用。
图2 典型地形剖面
数据的网格化
随着多波束海底地形地貌调查和综合研究的技术发展，对研究人员的要求也越来越高，数据网格化和数据转换方法已经成为研究人员必须掌握的技能之一。过去认为数据的网格化是由专业处理人员完成的想法已经不符合实际。研究人员在进行研究时不是简单地利用网格文件，实际可能应用的情况：简单的数据编辑；数据（网格文件）的格式转换；重新网格化，生成不同网格间距的网格文件；提取特定区域网格数据等。
在进行XYZ数据的网格化时，不同的网格化（插值）方法的绘图效果是不一样的。一般地，各软件都会提供多种网格化方法供用户选择，如Surfer提供多达12种方法、GMT有4种方法和ArcGIS提供5种方法。合理选择网格化方法和工具软件能有效提高图件制作质量，地形地貌的制图具体使用的网格化方法，需要根据客观环境特征和数据本身的特点，进行相应的数据分析，才能绘制出准确、有意义的图件。一般地，中大数据量的数据用加权反距离法（Inverse distance to a power）或者最小曲率法效果好、效率高，小数据量数据可使用克里格法（Kriging）。单一的工具软件不能满足实际要求，Surfer软件只适应于网格数据量较小的数据（几百兆的数据文件），Surfer的工作效率很低；大数据量的数据一般要选用GMT或MB-System软件进行网格化；进行数据浏览转换时可使用GM软件。
GMT网格化采用gmtmbgrid和Surface命令；MB-System软件采用mbgrid命令；Sur-face是张性样条网格化法，是一种经过改良的标准最小曲率算法，允许用户把张量引入表面。执行surface程序前要对数据进行预处理，消除混淆现象。地形数据采用block-median对网格间隔框内的值返回中值。Gmtmbgrid算法跟mbgrid命令一样是采用加权反距离插值法。具体根据实际需要选择。MB-System和GMT软件一般配合使用。使用的具体命令如下：
blockmedian文件名.xyz -R113/120/11/13 -I200e -V ＞ ship＿
Surface文件名.xyz -R113/120/11/13 -I200e -G文件名.grd
mbgrid -I文件名 -0文件名.grd -R113/120/11/13 -A2 -C2 -E 200/200 -N -V
GM软件网格化采用三角剖分法（triangulation/liner interpolation），这种方法对大数据量的数据处理效率低，数据边缘效果稍差，具体操作流程：打开XYZ文件，出现Ge-neric ASCII Text File Import Options窗口，在Import type选项中，选择Elevation Grid from3D Point Data，其他选项可以采用默认。确定后，出现Elevation Grid Creation Options窗口，在Grid Spacing中可自定义网格大小；确认后即可完成网格化过程，然后在File/Ex-port Elevation grid format，选择合适的格式输出数据。图3是不同软件网格化及制图效果图。左图是用GM软件采用三角剖分法网格化绘制而成，中图是GMT软件用改良的标准最小曲率算法（surface命令）进行网格化，右图是Surfer采用加权平均算法；从图中可清楚地看出，三个软件绘制的地形图一致性很好；GMT软件在网格化效果和调色效果方面都是最出色的，能较好的反映微地形且色彩逼真。
等深线和彩色阴影底图等的编辑
多波束数据经过后处理后，数据质量一般都能达到要求，特殊情况时也会有局部小范围数据质量较差的数据，在制作成图件时，在彩色阴影图和等深线上都会有直接的反映。一般地，都要对其进行编辑，去伪存真。彩色阴影底图的制作一般用GMT或Surfer，彩色阴影底图的编辑一般选用Photoshop或者CorelDRAW，等深线的生成可用MapGIS、Surfer和GMT软件，MapGIS具有等深线编辑功能，也可以在CorelDRAW中进行编辑，效果都很不错。在CorelDRAW中进行编辑时，等深线一般是在Surfer生成*.emf格式文件，在Corel-DRAW中打开进行编辑，删除等深线时应选用虚拟段删除工具，CorelDRAW是把显示的整条线段定义为由多条虚拟段组成，用虚拟段删除工具选中整条线段或线段的一部分后，程序将会自动删除选中的部分，操作很方便。添加线段时选中手绘工具，调节合适粗细，进行曲线和直线绘制。图片输出时同样要注意像素的调节，确保图像质量和字体合适。图4为等深线和彩色阴影底图编辑前后对比图，底图是用Surfer制作的，编辑方法如上述。右图为编辑后的情况，效果非常明显。
图3 不同软件网格化及制图效果图
图4 等深线和彩色阴影底图编辑前后对比图
调色板的制作与获取
制图的美观程度主要取决于调色板的着色效果，制作美观实用的图件是科研工作者的不懈追求。根据实际需要选择合适的工具软件及制作或引用合适的调色板是制图工作的重中之重。不同的工具软件的调色效果是有区别的。实践应用中，GMT软件的调色效果最好，Surfer、MapGIS和ArcGIS调色效果稍差，GM的调色效果次之。这也是GMT软件被广泛应用的主要原因之一。因此，在实际应用中，正式图件及成果报告插图等可应用GMT软件制图或制作彩色阴影图。GMT软件自身提供了许多独有且全球流行的调色板，自身也提供相应的命令如makecpt和grd2cpt根据相应的调色板模板对特定数据进行调色板制作，但并不能满足实际应用的需求。因此，制作或者获取第三方调色板是可行的办法。
调色板模板制作与管理的有效可行办法：首先，根据工作实际，确定工作中常用的几种地形数据类型如海陆结合数据、浅水数据和深水数据等，每种数据类型制作几个常用的调色方案，所有的调色方案都做成各软件特定的格式，可直接或稍为更改即可引用。由于GMT是全命令行软件，调色板的制作并不像Surfer等友好界面软件那么直观方便。一般地，在利用GMT自带调色板模板稍加修改或者直接在Surfer软件中制作调色板后，导出后再转换为GMT格式的调色板。
获取调色板的方法有两种：一种为通过专业网站获取相关调色板，专业网站提供多个领域的世界上主流的调色板和大量用户自主设计的调色板。另一种方法是手头只有地形图图片而没有相应数据调色板的情况，这时最好的方法是利用相关软件如Photoshop或其他具有取色功能的软件进行调色板制作，着色效果跟原有图片基本一致。
地形图和三维立体图的制作
发挥各地学绘图软件的优势，结合应用才能做出规范且最佳效果的图件。地形图和三维立体图正式图件的制作，单一工具软件不能满足要求。Surfer软件功能较全面但特点不明显且没有投影功能，等深线制作和编辑功能较弱；GMT的网格化和调色功能强大，等深线制作也不错，但没有编辑功能；由于制作正式图件时，可采用由GMT软件制作地形图和三维立体图的彩色阴影底图，再导入MapGIS或ArcGIS制成图件的方法，制作时要注意投影方式的匹配问题，GMT制作彩色阴影图时应选择合适的投影，导入前应该把PS文件转换成BMP或JPG图片，且要根据打印图件的大小选择合适的输出像素。图5为西太平洋地形图，是由GMT软件制作彩色阴影图导入MapGIS进行中文标注等。正式图件的等深线可直接由MapGIS生成并编辑或由GMT生成导入等。
4 结 语
地形地貌研究常用的工具软件种类多、功能很强大。本文针对常用工具软件的特点和实际应用情况，总结了这套工具软件应用方法的主要特点：把各软件的优势应用到实际工作，扬长避短，最大限度服务地形地貌研究工作，提高工作效率和质量；根据实际应用制定相应操作流程，综合应用，简化操作，提高效率；挖掘新工具软件，把GM软件应用于地形地貌研究工作，起到非常好的应用效果。这套方法为地形地貌研究工作的开展创造有利条件，大大提高了工作效率和质量。
图5 西太平洋三维立体图
参考文献
［1］陈欢欢等.Surfer 等值线绘制中的十二种插值方法.工程地球物理学报，2007，2.
［2］刘方兰等.Global Mapper系统在海洋调查中的应用.海洋技术，2011，01.
The application method study of the general-used software for studying the topographic and geomorphic features
Luo Weidong Li Gang
（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：The paper introduces the basic function of the general-used software for studying thetopographic and geomorphic on the characteristic features and the comprehen-sive application in practical experience，talking about the usages of the general-used software forstudying the topographic and geomorphic features on scanning，editing，collecting and conversionof the geographic data，data gridding，edit for the bathymetric contour and the color shader basemaps，palette make and abtain，topographic map and Creates the advantages for studying the top-ographic and geomorphic features，and also increases the efficiency and the quality of the study.
Key words：Topographic and geomorphic features Software Application method
《地球物理学报》是地学领域中具有代表性的期刊之一，被列入中国自然科学核心期刊，有关地球物理科学的综合性学术刊物。本刊主要刊登固体地球物理、应用地球物理、空间地球物理和大气、海洋地球物理以及与地球物理密切相关的交叉学科的研究论文，重点报道创新性研究成果。本刊连续获全国优秀科技期刊一等奖，获首届国家期刊奖（科技）等。
通过初审发表前交。。地球物理学报版面费通过初审发表前交。
张玉君
（地质矿产部航空物探遥感中心，北京100083）
摘要：用图像处理技术对下述与油气田异常有关的问题进行了研究：快速提取高频弱磁异常，估算高频磁异常源的埋深，放射性异常性质的归一化处理，典型异常剖面的分析，以及油气远景评价，提出了4个有希望含油气的异常。经验证，这4个异常中有3个见到油气显示，其中1个为工业气流。
关键词：油气田，烟囱效应，图像处理，航放Th归一化处理，油气远景评价。
一、前言
近10年，非地震物探方法寻找油气田的工作越来越受到人们的重视[1-8]，原因之一是地震勘探生产费用日益昂贵；另一方面，近10年航磁、航放测量技术发生了重大变化，航空光泵磁力仪的灵敏度从1nT提高到～，大体积方柱形NaI（Tl）晶体和数字电路被引入航空放射性测量仪，不仅使其灵敏度提高了10多倍，而且使强度测量被4道（K、Th、U及总道）或多道（256或512道）能谱测量所取代。这一切促使物探工作者在油气勘查中更加注意应用具有大面积低消耗特性的航空物探技术。
柴达木中部地区的高灵敏度航磁、航空伽马能谱测量飞行线距1km，飞行高度约90m；安装在双水獭型飞机上的航放、航磁综合站包括GAD-6型4道能谱仪、MAP-4型质子旋进磁力仪、磁带收录机及多普勒雷达、航空摄影两种导航定位设备。能谱仪使用了3箱NaI（T1）晶体，总体积为48L，磁力仪的灵敏度为。
放射性伽马测量普查油气已有50多年的历史，实践表明，在油气田上方有偏低的放射性异常，并在油气构造边缘存在比本低高的异常峰值。1979年美国Donovan .等人在Cement油田发现了高频磁异常[13],10多年来人们公认了这种与油气田相关的高频磁异常[9]的存在。尽管对产生这些异常的机制存在不少争议，但最被接受的假说是烟囱效应，通常认为几乎所有的储油构造都从深部排出水份，烟囱效应将碳氢化合物和其他有机衍生物通过喷溢、溶液散逸、气体扩散等三种渗漏作用带到地表；地层中的液体和气体在从油、气层向上运移过程中，由于后成作用形成磁铁矿并沉淀放射性元素，从而形成可被航测发现的航磁航放异常，并作为判断地下赋存有碳氢化合物的标志。
提出用图像处理技术来研究这一问题，基于两点考虑：航空物探的大面积宏观数据通过图像处理可以快速获得直观结果；图像系统具备既适合位场数据（航磁）又适合统计学性质数据（航放）的处理功能。本文所做基础图像网度为×。除航磁、航放外还利用了陆地卫星影像 MSS（7、5、4波段）数据。
二、异常特征研究
1.高频弱磁异常的快速提取
柴达木盆地是我国重要的含油气盆地之一，在测区内已有多处井下油气显示，测区内人烟罕见，人文干扰较少，为研究油气田后成磁铁矿引起的高频弱磁异常特征的理想试验场地。
测区磁场动态范围为0～533 nT，在0～127 nT的低端仅有12个像素，占全图面的5/100000，并集中在东北部的局部负异常内，故采取限幅拉伸的方法：
张玉君地质勘查新方法研究论文集
式中 z（x,y）为磁场异常，单位nT,l（x,y）为图像灰度级或称灰阶。
每一灰阶代表 nT，可见经限幅拉伸处理，使磁原始图像保留了更多的弱异常信息，再按（2）式[10]制作立体阴影图（彩版附图9（A））。
张玉君地质勘查新方法研究论文集
式中 θ为光源方位角；φ为光源高度角；λ为磁面法线矢量与光源矢量的夹角。
测区磁场彩色立体阴影图显示出沿着从西北角到东南角对角线两侧成群地存在着高频弱磁异常，其宽度为1～2km，幅度为2～15 nT，在黑白图像上有3～20灰阶的变化。
文献[2]认为，钻井套管和井盖可能引起幅度为2～5 nT的异常，但其波长更短（＜300m），也就是说在×网度的图像上，套管和井盖所引起的异常仅表现为孤立点。为了突出有用弱磁异常，用图1中的模板通过褶积功能制作了水平二次导数图像，通过邻域滤波消除孤立异常点。
彩版附图9（B）为航磁二次导数、经归一化处理U及油气异常分布叠加图像。青色点群为航磁水平二次导数异常；红色为经归一化处理 U；绿色和蓝色椭圆为已知异常位置；红色椭圆为新发现的有希望异常。10个已知油气显示全部都具有高频弱磁异常，这有力地表明这种仅用数分钟即可完成的磁场二次水平导数图对于提取与油气田有关的高频异常具有重要意义。
图1求导褶积模板
2.高频弱磁异常的磁源埋深
对磁场（经镜像对称扩边）进行快速富氏变换，然后对变换结果计算功率谱，从功率谱图像上取径向剖面值，最后做径向功率谱图（图2），为了做图方便直接用图像上的点数作为横坐标。
该谱图表明全图由低频功率谱Pl和高频功率谱Ph组成，低频部分在该区主要由前泥盆系变质岩的磁性引起，高频部分主要由浅部后成作用局部矿化引起，用参数法求磁源埋深[14]
张玉君地质勘查新方法研究论文集
取对数
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图2径向功率谱
如果用半对数坐标成图，式（4）为线性方程，－2H与－2h分别为低频段（1～8点）与高频段（12～50点）的直线斜率，lna与lnb分别为二直线的截距，△r为径向频率间隔。
r=2π/（点数×点距）（5）
本测区点数为512，点距为 m，∆r=×10-6m，用最小二乘法求得二直线的截距和斜率分别为
a=, b=，
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式中S被导入是因为图像处理所显示的对数功率谱值仅有相对意义，S的单位为m，其值可通过某已知异常源埋深求得。已知低频磁异常系由埋深为－5000至－15000m的前泥盆系变质岩引起，则
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将H代入，S为～。
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即高频弱磁源埋深在～1km之间。
3.航放图像对油气藏的反映
航放三元素合成图像[11-12]示于彩版附图9（C），叠加于其上的还有航磁二次水平导数异常。红为K，其含量变化为0～；绿为Th，其含量变化为—39×10-6；蓝为U，其含量变化为0～×10-6，彩版附图9（D）的上图为其色标；黄色点群为航磁水平二次导数异常。航放图像较之航磁水平二次导数对于油气显示的相关性要复杂得多，虽然并非所有已知油气显示都有清楚的航放异常，但还是有一些含油气构造反映较清楚，如彩版附图9（C）上的5号异常为已知鸭湖含油气穹隆。在双元素图像（彩版附图10（A），彩版附图9（D）的下图为其色标）上鸭湖构造也十分明显；在该图上部为R—Th,G—K,B—K合成图像，箭头所指为已知东台吉乃尔含油气构造；下部为R—Th,G—U,B—U合成图像，箭头所指为已知涩北1、2号含油气构造，它们都表现为周边高中间低的放射性异常。
如何增强或突出航放数据中与油气有关的信息，关键在于减少或压制岩性影响，为此，我们采用了主分量分析（在图像处理中称之为KL变换）和Th归一化处理[15]。
彩版附图10（B）为航放三元素主分量分析（即KL变换）图像，彩版附图9（D）的上色标亦为其图例；图中a、b、c分别为第1、第2、第3主分量，以KL（1）、KL（2）、KL（3）表示，d为其合成图像。各主分量的组成为：
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式中，Xk、XTh、X。分别代表某像素K、Th、U之含量值。
在第1主分量ξ1中以K为主，减少了Th的作用；由于在大部分沙岩、砾岩中K和Th有正相关性，故经此处理的KL（1）大大压制了岩性的影响，突出了K与Th不相关的地质过程的反映，如钾盐的沉积及烟囱效应等。
ξ2综合了K、Th、U的变化，反映全区地质环境，对研究油气局部异常作用不明显。
ξ3中以U为主，又减弱了Th和K的作用，大大压制了岩性影响，对研究油气局部异常很重要。
为减少岩性影响，根据文献[15]，在整理地面或航空放射性测量数据时，常常除以Th含量值，称之为Th归一化处理。在做这种处理时，认为Th能较多地代表砂砾沉积物中岩性的变化，K、U与Th在这些沉积物中有一定正相关关系，除以Th值便减少了或压制了岩性的影响。我们的改进在于在归一化处理之前，先做相关分析，求出相关系数，再按相关系数做Th归一化处理。彩版附图10（C）即为K和U经归一化处理前后的对比图像，左边为原始图像，彩版附图9（D）的上图为其色标；右边为归一化处理结果。
表1为已知及新发现异常统计表，共8项特征：K原始图像、K经KL变换、K经Th归一化处理、U原始图像、U经KL变换、U经Th归一化处理、U晕圈及MSS（7、5、4波段）图像上的晕圈反映。已知10处油气显示中有8个（占80%）有明显或较明显的航放异常；其典型特征是：在Th归一化图上中心部位K低、U低和U高值的外围晕圈。
Th归一化处理的作用对下述含油气构造的异常十分明显：使V1、V2、V5的K高变为K低，使V1、V5的U高显著降低。故Th归一化处理对于统一异常性质有明显效果。
4.典型异常的剖面图像
以鸭湖（V2）和红三旱四号（V1）做为典型的已知异常进行剖面研究。
鸭湖异常有以下典型特征（彩版附图10（D））:
（1）U在归一化处理前后（彩版附图10（D）右图中之蓝色曲线）异常中心部位都是低值；
（2）K在异常中心部位原为高值，经归一化处理后也获低值（彩版附图10（D）右图中之红色曲线）；
（3）在异常周围U有明显的高峰和晕圈现象；
（4）有明显的高频弱磁异常，且中心处更强（彩版附图10（D）右图中之绿色曲线）。
表1已知及新发现异常统计表
红三旱四号的异常特征为：
（1）U在归一化处理前异常中心部位为强高值，经归一化处理后显著降低；
（2）K在归一化处理前为高值，经归一化处理后为低值；
（3）经归一化处理后在异常周围U有明显的高峰，反映出晕圈现象；
图3红三旱四号地面能谱测量剖面
（4）也有明显的高频弱磁异常。
综合典型异常分析，与油气藏有关的航磁航放异常识别标志为：航磁局部高频弱变化；Th归一化处理后局部低钾、低铀（也有达不到低值）；以及铀在异常周边的高值晕圈现象。
我们对红三旱四号异常进行了地面检查，用4道能谱仪进行了剖面测量，总长10km，点距100～200m。所获剖面（图3）与空中测量结果一致，在异常中心部位为K高、U高和Th高，从中心向两侧先降低后又升高。
三、对含油气远景评价的讨论
本测区内已知含油气构造或点共10处，如表1所列：红三旱四号（V1，气），鸭湖（V2，气），马新高点（V4，油），东台吉乃尔（V5，见工业油气流），南陵丘（V6，油气），驼峰山（V7，油气），涩北1号（V8，油气），涩北2号（V9，油气），涩聂北（V12，气），涩聂东（V3，气）。这10个已知油气显示无一例外都有明显的航磁水平二次导数异常。前8个有明显或较明显的航放异常显示，表现为在经Th归一化处理的K元素图像和U元素图像上为中心部位的低值及U的周边升高的晕圈现象。后两个已知区航放异常不够明显，主要原因是，这两个已知油气显示点处于钾盐类沉积丰富地段，钾引起的放射性变化强于与碳氢化合物有关的弱放射性异常，后者未能明显表现出来。故本测区已知油气显示构造或点与航磁水平二次导数异常的吻合率为100%，与航放K、U异常的吻合率为80%。
李芦玲等李芦玲等.柴达木盆地中部地区航空磁测详查结果报告.地质矿产部航空物探遥感中心，1985。曾用传统的方法对本测区含油气远景进行了评价，圈出8个最有希望的含油气区，图像处理也完全证实了这一评价。经图像处理，我们认为还应补充提出以下4个有希望的含油气异常区：
（1）依克雅乌汝背斜构造（V3），位于鸭湖含油气背斜构造东30km，台吉乃尔含油气背斜北15km。其航磁航放、卫片异常均很典型，且与鸭湖异常极为相似，异常特征依据充分，可做为新发现的最有希望的含油气异常点。
（2）南陵丘西异常（V10），位于南陵丘已知含油气构造西约5km。有局部高频低幅磁异常、低钾、低铀及较明显可辨之周边闭合的高值U晕圈。可做为新发现有希望的含油气异常。
（3）洪上异常（V11），位于台吉乃尔洪积扇上部。除有局部高频弱磁异常外，有低U及隐约可见的周边U高值晕圈，可做为新发现较有希望的含油气异常。
（4）南八仙异常（V14），位于仙西南高点北缘。有局部高频弱磁、低钾和低铀异常。也可做为新发现之较有希望的含油气异常。
如前所述彩版附图9（B）上展示了l0处已知（蓝、绿、黄色椭圆）和4处新发现油气异常（红色椭圆）。并与归一化处理后之U（红）以及航磁水平二次导数异常（青点）叠加在一起。
上述远景评价于1990年完成，根据能源部1991年在柴达木中部地区进行的勘探成果，对比如下，上述4个含油气远景区中的3个见到了油气显示：即依克雅乌汝背斜构造（V3）于“伊中1”井见油气显示，洪上异常于“台中1”井见工业气流，南八仙异常于“仙3”井见油气显示。
本工作所预测的4个含油气远景区中有3个见到了油气显示，说明航磁、航放等综合参数通过图像处理所做油气田异常特征的研究是有效的。常规方法没有发现的异常，却由本方法预测，并已得到验证，说明该方法的价值。
参加野外验证的还有水恩海、史殿林、郭毅，屏幕图像均由杨星虹拍摄，能源部石油勘探开发科学研究院遥感地质所叶和飞给予了支持。在此表示诚挚的谢意。
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A STUDY OF AERO-MAGNETIC AND ANOMALIES IN SOME OIL-GAS FIELDS BY IMAGE PROCESSING TECHNIQUES
Zhang Yu jun
（Center of Aero-Geophysics and Remote Sensing, Ministry of Geology and Mineral Resources , Beijing 100083）
Abstract
This work represents the results of study of the following problemsby image processing techniques: the quick extraction of weak magnetic anomalies with high frequency, the evaluation of depth for highfrequence magnetic anomalies,the normalization of radiometric anomalies, the analysis of typical anomalous profiles and the prediction of perspective anomalies to find oil and new perspective anomalies for oil gas were study had been finished at the beginning of with the results of exploration in 1991, we have been encouraged by the fact that not only on 3 out of the 4 anomalieas the oil and gas werefound, but also on one of them the gas was found.
Key words Oil-gas filed,The chimney effect,Image processing, The second holizontal gradient of magneticfield, The power spectrum, The Th normalization for aeroradiometrics, The perspective evaluation for oil-gas.
原载《地球物理学报》，1994,。
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如果仅美欧日三个发达地区，地球物理学领域的代表性期刊应该是美国的《Journal of Geophysical Research》和《Geophysical Research Letters》，欧洲（德国）的《Annales Geophysicae》和日本的《Earth, Planets and Space》等。
地球物理学报、地球物理学进展、地震学报、中国地震、地震地质、地震、地震研究、石油地球物理勘探、物探与化探、石油物探、测井技术、石油勘探与开发、地震工程与工程振动、空间科学学报
地球物理方面：1.地球物理学报 2.地震学报 3.地震地质4.地震工程与工程振动 5.地震 6.中国地震 7.地震研究 8.地球物理学进展9.西北地震学报10.水文石油、天燃气方面：1.石油勘探与开发 2.石油学报 5.天然气工业 3.石油与天然气地质 6.石油化工 4.石油实验地质7.石油物探 8.中国石油大学学报.自然科学版 9.天然气地球科学 10.西南石油大学学报.自然科学版 11.石油钻采工艺 12.新疆石油地质 13.测井技术14. 油气地质与采收率 15.大庆石油地质与开发 16.钻采工艺 17.油田化学 18.石油钻探技术19.石油炼制与化工 20.石油地球物理勘探 21.特种油气藏 22.石油机械 23.西安石油大学学报.自然科学版 24.钻井液与完井液 25.石油学报.石油加工 26.大庆石油学院学报 27.油气田地面工程 28.海相油气地质 29.中国海上油气
中文核心，和CSSCI期刊都是重要期刊。
1908年（清光绪三十四年）6月25日，顾功叙出生于浙江省嘉善县。父亲是农村小学教员，幼年家境清寒，得到亲戚的资助，才有机会进中学和大学学习。1929年（民国十八年），在上海大同大学毕业后，到杭州浙江大学物理系任助教。1933年（民国二十二年），清华大学向全国招收公费留学生，顾功叙通过考试被录取，指定去美国学习地球物理勘探。从1933年底到1934年7月，顾功叙在北平清华大学为出国留学做准备，学习了与地球物理有关的基础课程，导师是翁文灏、袁复礼和叶企孙三位教授。1934年（民国二十三年）8月，顾功叙从上海乘海轮远涉重洋前去美国，进了科罗拉多州矿业学院，读地球物理勘探研究生。1936年（民国二十五年），通过论文答辩，取得硕士学位。他是中国第一位系统地掌握地球物理勘探学理论、方法和技术的学者。毕业后去加利福尼亚加州理工学院，在著名的地球物理和地震学家古登堡教授指导下做研究工作。1938年（民国二十七年），顾功叙中断在美国的研究工作回国，到抗战后方的云南省昆明，任当时已搬迁到昆明的北平研究院物理研究所研究员。那时科学研究和生活条件都很差，没有必要的仪器设备，他仅凭几台简陋的仪器在云南、贵州两省的10 余个地区，开展了中国较早的地球物理勘探工作。1947年（民国三十六年）2月，北平研究院物理研究所迁回北平，他与翁文波、傅承义、陈宗器、赵九章、王之卓等地球科学家们一起，发起和创建了中国地球物理学会，创刊编辑出版《地球物理学报》。顾功叙历任该学会常务理事、理事长、名誉理事长和《地球物理学报》主任委员、主编、名誉主编。中华人民共和国成立后，顾功叙任中国科学院地球物理研究所研究员兼副所长，主持地球物理勘探的研究工作。1949年下半年，他接受当时中央重工业部的委托，在北京举办了新中国最早的地球物理勘探训练班，从无到有培养了第一批地球物理勘探人员。1950年加入九三学社。1951年，国家地质工作计划指导委员会成立，顾功叙被任命为委员和地质矿产勘探局地球物理勘探处处长。1952年，中华人民共和国地质部成立后，顾功叙先后任该部地质矿产司副司长、地球物理勘探局副局长、总工程师。具体组织和指导地质部系统的地球物理勘探工作。1953年，顾功叙参加北京地质学院地球物理勘探系的建立，并在该系开办了全国各部门物探技术人员大规模的冬训班，不但进一步提高了中国物探人员的技术水平，而且为全国各部门物探队伍之间的沟通，为生产、科研和教学部门之间的横向联系打下了基础。地球物理勘探在中国是一门新兴的科学技术，还处于发展阶段，在进行实际勘探工作的同时，科学研究十分必要，顾功叙不仅在中国科学院地球物理研究所组织并指导这方面的科学研究，还把地质部地球物理勘探局的一个试验室发展组建成地球物理勘探研究所，1959年起任该所所长。1966年，河北省邢台大地震之后，遵从周恩来总理要求地质和地球物理工作者加强地震预测预防研究的指示，顾功叙就把主要精力转移到地震预报研究方面；主管中国科学院地球物理研究所的地震科学研究工作。1977年，被选为国际大地测量和地球物理联合会（IUGG）中国委员会主席。国家地震局成立后，1978年顾功叙任该局地球物理研究所副所长、研究员，继续指导深入开展地震预报及有关问题的研究工作。1979年顾功叙与傅承义、翁文波、马杏垣、张文佑、李善邦、秦馨菱、谢毓寿、曾融生等地球科学家们发起和创建了中国地震学会，创办编辑出版《地震学报》。顾功叙历任该学会理事长、名誉理事长和《地震学报》主编、名誉主编。1985年，顾功叙退出领导工作的第一线，任名誉所长，继续进行研究工作和培养指导研究生。 1992年1月14日，逝世于北京，享年84岁。
傅承义是一位爱国的、正直的科学家、教育家。不但具有卓越的才能，而且更有为人们所敬重的高尚品德。为人光明磊落，从不迎合潮流，随声附和，人云亦云。在是非问题上，直言不讳，刚正无私，傅承义认为是正确的，就敢于坚持。这曾使他吃了不少苦头，蒙受了不少冤屈。1958年大跃进时，有些人只从良好的愿望出发，不顾事物发展的客观规律，在地震预测工作中提出一些不切实际的口号，并形成一种声势，使得这一工作偏离了正确方向。傅承义以其科学家的责任感，反对这种做法，结果被扣上“反对搞地震预报”的帽子，直到“文化大革命”中还屡遭批判。1975年，海城地震之后，有人过高估计海城地震“预测成功”的经验，认为在中国解决地震预测问题已近在眼前。针对这种倾向，傅承义一针见血地指出，海城地震的预测是“歪打正着”，提醒人们不能头脑发热。20世纪60年代初，傅承义担任七室主任期间，亦曾因在工作中坚持正确的学术观点而被指责为“反对搞国防任务”，受到不公正的待遇。对于诸如此类的事情，傅承义都泰然处之。作为一个科学家，他把按照科学规律办事看成是自己的天职，坚持真理是他人生追求的最崇高目标，至于个人的荣辱得失，看得淡如清水，从不计较。傅承义在学术界有很高声望，但傅承义对别人的恭维却极为反感，也从不以自己的声望谋取私利。傅承义非常注重科学道德。在研究工作中，受过他的指导帮助的人很多，但是，不管傅承义对别人的研究工作出过多大力，傅承义从不在研究成果上署名，包括他指导完成的研究生论文。傅承义思路敏捷，在学术讨论中，直言快语，不讲情面，但从不以势压人。傅承义治学态度十分严谨。傅承义的论著，字字句句都经过仔细推敲，不仅内容深刻、丰富，而且文章结构严谨，条理分明，逻辑性强，文笔生动、流畅。傅承义的严谨学风也反映在他长期担任《地球物理学报》主编的工作中。凡是投到学报的稿件，一视同仁，傅承义都亲自审定，录用、退稿一定要有他的签字。对于有争议的稿件，处理更为慎重。英文版的每篇文章，他都要亲自把关。在傅承义的指导和带动下，《地球物理学报》在国内外赢得了广泛赞誉，成为中国被世界四大检索系统同时选用的九种刊物之一，连续被评为中国科学院优秀期刊。傅承义以其高尚的品德和卓越的科研、教学实践，为树立了一代人民科学家、教育家的风范。2000年1月8日，傅承仪与世长辞。刘光鼎院士挽之：“三篇文章开世界震波研究先河创新典范，一生耕耘育中华找矿精英大成风节长存”。
傅承义祖籍福建闽侯。1909年10月7日生于福建闽侯。祖父在清朝做过道台，伯父在北洋军阀时期的海军部供职。父亲傅仰贤长期在北洋军阀政府外交部及驻外使馆工作，曾任驻前苏联列宁格勒总领事。父亲虽然是旧官吏，但有强烈的爱国思想，亦比较开明。傅承义兄弟姊妹4人从小就受到良好的家庭教育，对其后来的长产生重要影响。哥哥傅鹰是著名化学家，担任过北京大学副校长。傅承义自幼记忆力极好，家里专门请了私塾先生教他和姐姐读《四书》、《五经》，聘请家庭教师教授数学和英语。但他用更多的时间博览群书，他童年虽然没有进过小学，但知识和能力远远超出了同龄小学生。1923年14岁时，在母亲提议下，傅承义跨入北京育英中学校门。一年之后，他感到功课太容易，便背着家里跳两级报考了汇文高级中学，结果考取了，但没有去读。初中三年，学习成绩年年名列全校第一，数学和英语成绩尤为突出。他多次参加学校组织的国语和英语讲演比赛，总是名列前茅。《福尔摩斯探案全集》是他最喜欢阅读的英文原著之一。他更喜欢逻辑推理，并勤于演算。傅承义不但学习成绩出类拔萃，还曾赢得全校三跳（跳高、跳远、三级跳远）及百米跑第一名。1926年，傅承义考入汇文高级中学。1929年，傅承义以获得理化、数学两项银杯奖的优异成绩结束中学时代的生活。傅承义原已考上燕京大学，但更喜欢清华大学的校风，选择了清华大学物理系。在这里，他的旺盛求知欲亦无法得到满足，更不满意当时教师队伍中的某些不正风气，痛切感受到教书育人者为人师表之重要性。傅承义和同窗好友王竹溪暗下决心，有朝一日教书育人，一定要立德、立言、立身。大学四年，傅承义以自学为主，从教师之讲解获益不多。虽考试成绩仍能保持在中、上之间，却因不重视教师的启发，多走了许多弯路，事倍功半，浪费了许多时间，事后检查，追悔不已。1933年，大学毕业后留校，傅承义先做一年研究生，后因教学工作需要，当上助教，从事核物理教学实验和研究工作。在此期间，他分别与黄子卿、赵忠尧合作，完成有关热力学研究和核物理实验方面的论文共4篇。1937年，抗日战争爆发，清华大学举校南迁，在昆明与北京大学、南开大学合并成立西南联合大学。1938年，傅承义应邀到西南联合大学继续任教。1939年，傅承义考取英“庚款”公费留学，在当时是全国少数优异学生才享有的殊荣，而地球物理专业仅此一个名额。由于第二次世界大战爆发，直到1940年，傅承义与林家翘、郭永怀、钱伟长等一行24人才转赴加拿大。傅承义进入麦吉尔大学物理系，师从当时最有声望的地球物理探矿学权威D·A·基斯（Keys）教授，进修地球物理勘探。1941年傅承义获得硕士学位。基斯教授对傅承义的成绩极为赞许，推荐傅承义到地球物理勘探领域里颇负盛名的美国科罗拉多矿冶学院继续攻读博士学位。可是傅承义对这里的专业方向不甚满意。此时，又赶上腰病发作，医生建议傅承义不要做野外工作，傅承义放弃了地球物理探矿专业。1942年，基斯教授又把傅承义推荐到加利福尼亚理工学院研究生院，师从近代地球物理学泰斗B·古登堡（Gutenberg）教授，攻读地球物理学及地震学。古登堡对傅承义在学习中和在学术论坛上表现出来的才能极为赞赏，将自己没能解决的一个理论问题——从理论上证明沿分界面传播的所谓“折射”地震波的存在，让傅承义去解决。傅承义凭借着深厚的物理学和数学基础，从数学上严密地论证了首波的存在，并从物理学上解释了首波与折射地震波之间的区别。此项研究成果得到古登堡高度评价，他也因此受到广大师生的推崇。1944年获该校地球物理学博士学位。随后受聘于几家石油、地球物理勘探公司，做技术咨询工作。傅承义以对地球物理学发展所作的贡献，赢得地球物理学界的普遍承认，1946年被聘为加利福尼亚理工学院地球物理学助理教授。在此期间，傅承义在地震波传播的研究领域里，发表了一系列具有创造性和开拓性的研究成果，成为地震波研究的先驱。傅承义发表在美国《地球物理》杂志上一组论文，系统地研究了地震体波、面波及首波的传播等问题。这些论著无论是在中国还是在美国、前苏联等国家都引起极大的重视。在1960年纪念该杂志创刊25周年之际，这组论文被评为地球物理学经典著作。1947年春天，傅承义收到大学时同窗好友、中央研究院气象研究所所长赵九章的来信，希望傅承义能回国主持气象研究所的地球物理研究工作。傅承义毫不犹豫，两周之后便启程回国，到气象研究所任高级研究员，并兼任中央大学物理系教授。1948年，国民党当局责令中央研究院气象研究所和历史语言研究所迁往台湾，傅承义与赵九章、陈宗器一起予以抵制，为新中国地球物理事业的发展保存了力量。1950年4月，中国科学院地球物理研究所成立，傅承义任研究员。1952年，国家决定从大学物理系抽调一批优秀毕业生，从事地球物理探矿工作，由傅承义主持对他们进行培训。1953年，中国科学院接受北京地质学院的请求，委托傅承义去该院任地球物理探矿教研室主任。当时物探教研室初建，傅承义面临的任务十分繁重，傅承义不仅要向大学生讲授“地球物理勘探”课，而且还要给教师（全部是物理系毕业生）系统讲课。为了使教师能尽早走上讲台，傅承义夜以继日地工作，为每一位教师修改、审定讲稿；为了使教师在讲台上能站得住、讲得好，傅承义还亲自去听课并作讲授示范。一次，一位实验员在准备磁法实验时，失手将刃口式磁秤掉到了地上，刃口出现了一个缺口，傅承义在得知这件事后，立即将教研室全体人员召集到实验室。傅承义首先指出，这不是件小事，而是个错误，特别是发生在教学实验室里。学校要培养学生爱护仪器，杜绝任何操作中的失误，否则就不能保证野外观测的质量。现在实验室里发生了这种事，对学生会有什么影响呢？接着，傅承义又作了自我检查，说自己对实验室工作抓得不严，没有像过去在清华大学工作时那样认真对待实验。最后傅承义表示，希望大家都以此为鉴，上下一心搞好教学工作，不再犯类似错误。傅承义处理这件事，实际上是对教研室全体人员的一次极其生动而又非常深刻的思想教育。傅承义在北京地质学院创建中国第一个地球物理教研室的3年（1953—1956）时间里，和教研室的同事们朝夕相处，言传身教，使每个人都深受其益。傅承义常告诫年轻的同事们，作为一个地球物理学家，既要有理论修养，又要能够动手实践，在实践中积累经验，再上升到理论高度上去把握这些源于实践的经验。而在实践中则必须学会根据地质条件去部署工作，正确地进行观测，并对所得资料作出符合客观地质情况的解释，等等。这些方法的传授同知识的传授一样给人以教益。然而比知识和方法的传授更重要的是，傅承义那严谨的治学态度、认真的学术作风和对己、对人的严格要求使大家懂得了作为一名科学家所应该具有的最根本的品质，这使得年轻的教师们在前进道路上少走了弯路。此后，傅承义教授于1956—1961年间在北京大学创建地球物理教研室，于1964—1966年间在中国科学技术大学创建地球物理教研室，分别主持领导这些教研室的工作，并担任第1任教研室主任。1973年兼任中国科学技术大学地球及空间科学系主任。在他的教学生涯中，他始终把高尚的科学道德、严谨的治学态度和献身科学事业的精神贯彻到教学工作中，深受广大师生的推崇和爱戴。傅承义在地球物理教育战线上辛勤耕耘30余载，在中国地球物理学界真可谓桃李满天下。傅承义在为发展中国地球物理教育事业的同时，潜心学习，使自己的学识水平处于地球物理学科的发展前沿。1956年，傅承义回国后的部分论著《地震面波的能量束》、《关于瑞雷波方程的无关根》、《平行介质中的弹性波之传播》、《地下薄地层自由振动》、《折射探矿法的研究》和《地表层的本质对于地震勘测的几种影响》等6篇文章，以“关于弹性波的传播理论和地震探矿的一些问题”项目，荣获国家自然科学三等奖。同年，傅承义参加中国12年科学技术发展远景规划制订工作，是第33项任务“中国地震活动性及其灾害防御研究”的两执笔人之一。傅承义率先提出在中国开展地震预报研究的长远规划，并指出解决这一问题的科学途径及实施方法。这项工作领先其他先进国家约5—10年时间。为了开展核爆炸地震侦察研究，并藉此全面提高地震学发展水平。1961年，地球物理研究所成立第七研究室，由傅承义担任室主任。该室在核爆炸地震观测和地震侦察工作中，为国家作出重要贡献，并对中国地震学与测震学的发展起了推动作用。1971年，傅承义提出地震成因的“红肿假说”。1972年，傅承义创建震源物理研究室，并领导震源物理研究工作。从此，中国的震源物理研究工作上升到有组织、有计划发展的新阶段。这一年傅承义发表专著《大陆漂移，海底扩张和板块构造》，把20世纪地球科学的最新理论成就——板块大地构造假说介绍到中国，为中国地球科学的发展指明了方向。1976年十年动乱结束之后，中国迎来了科学的春天，傅承义把主要精力投入到科学著述和研究生培养工作中。编著了《地球十讲》、《地球物理学基础》；主编了《中国大百科全书·固体地球物理学》，并亲自撰写其中的部分条目。傅承义是中国固体地球物理科学的主要奠基人和开拓者之一。1957年，傅承义当选为中国科学院学部委员（院士）。傅承义曾任中国科学院地学部常务委员，中国科学院地球物理研究所一级研究员、室主任、所负责人、所学术委员会主任、名誉所长。傅承义是中国地球物理学会（1947）的发起人之一，长期担任《地球物理学报》主编。曾任中国地球物理学会副理事长兼秘书长和中国地震学会副理事长，中国地质学会和中国声学学会理事，中国地球物理学会和中国石油物探学会名誉理事长，中国地震学会名誉理事，《中国大百科全书》总编辑委员会委员、固体地球物理编辑委员会主任，全国自然科学名词审定委员会委员、地球物理学名词审定委员会主任。曾被选为第三届全国人大代表，担任过第二、五、六届全国政协委员。1981年加入中国共产党。2000年1月逝世于北京。