基于改进双曲正切滤波器的位场数据边缘识别方法潜力研究——以马达加斯加岛为例

为解决传统边缘识别方法难以平衡不同埋深地质体异常信号的问题，研究人员提出基于调控因子双曲正切函数与水平梯度正则化导数(RHG)的新型边缘识别方法IHRHG。通过合成模型与马达加斯加岛实例验证，该方法能同步刻画多深度边界且分辨率显著提升，为复杂构造区断裂识别提供新工具。

　　

在地球物理勘探领域，重力与磁法数据因其对地下构造的灵敏响应，成为识别断层和岩体边界的重要工具。然而传统边缘识别方法如总水平导数(THDR)、垂向导数(VDR)和解析信号振幅(ASA)存在明显局限——当面对不同埋深的地质体时，这些方法难以平衡深浅部异常信号的强度差异，导致识别结果分辨率降低。更棘手的是，高阶导数方法虽能增强深部信号，却易产生虚假边界。这种"顾此失彼"的困境，严重制约了复杂构造区的精细解释。

针对这一挑战，国家工程实验室海上油气勘探国家工程研究中心开放基金项目支持的研究团队，创新性地将调控因子引入双曲正切函数，结合水平梯度正则化导数(RHG)，开发出IHRHG边缘识别滤波器。这项发表于《Journal of African Earth Sciences》的研究，通过理论模型和实际案例双重验证，证实该方法能突破传统技术的瓶颈。

研究团队采用三个关键技术路线：首先建立包含不同埋深棱柱体和地垒-地堑模型的3D合成重力-磁力模型，添加5%高斯噪声模拟真实数据；其次基于双曲正切函数构建调控因子λ，通过λ与正则化因子ε的协同作用平衡异常幅值；最后将改进算法应用于马达加斯加岛航磁数据，结合区域构造背景验证地质合理性。

在"合成模型测试"部分，对比THDR、TAHG等7种传统方法，IHRHG对浅部薄棱柱体(A/B)的边界识别误差小于0.5%，对深部地垒-地堑模型(C/D/E)的垂向分辨率提升2倍以上，且能有效抑制噪声干扰。"马达加斯加应用"章节显示，该方法清晰揭示了岛屿东部缝合带与西部沉积盆地的断裂系统，特别是识别出两条前人未报道的隐伏断裂F₁和F₂，其走向与泛非造山运动的构造应力场高度吻合。

研究结论指出，IHRHG的核心优势在于：通过λ因子动态调节双曲正切函数的饱和区间，使深浅部异常信号同步进入非线性增强区；RHG分母中的正则化项ε则有效压制了分母趋零导致的数值不稳定。这种"双因子调控"机制，使得该方法在保持90%以上边界定位精度的同时，将虚假边界发生率控制在5%以下。

这项研究的科学价值不仅在于方法学创新——首次实现双曲正切函数在位场边缘识别中的自适应调节，更为马达加斯加岛构造演化研究提供了新证据。揭示的隐伏断裂系统暗示该岛可能经历过多期次构造叠加改造，这对理解东非造山带与冈瓦纳大陆裂解过程具有重要启示。未来该方法可推广至油气勘探、矿产勘查等领域，为复杂构造区资源评价提供技术支撑。