目前,已在全国范围内开展了1:5万的矿产资源大调查,在矿产资源大调查中除矿产调查外还要完成1:5万的地面和航空磁法测量工作。1:5万磁法测量属于中、大比例尺,其受地形起伏和航空飞行起伏的影响较大。在地球物理重、磁测量中,不论是陆地测量或航空测量,其观测面总是一个起伏的曲面,有时还可能是一个间断曲面(比如航磁测量中不同时期飞行资料的衔接处),在这些测点上的重、磁数据经过各项校正之后所得到的重、磁力异常数据仍位于原观测点位(曲面)上。这给重、磁力异常的解释带来了两个方面的困难:第一是成图的困难,这在航磁异常解释中尤为明显。目前的航磁测量飞行是尽量靠近地表面飞行,在山区和平原的交界处就有可能采用两个以上的飞行高度,造成飞行资料出现“断阶”;或不同时期飞行的航磁资料进行拼接,在拼接处也会出现“断阶”现象。其实航空重力数据也存在同样的问题。为了能统一成图,只好采用“调平”的办法强行使其“统一”,这会造成“假异常”出现。第二个困难是因为我们的定性解释是基于平面上的重、磁力异常的特点进行的,而重、磁力异常是位于曲面上的,表现出的有关特征比较复杂,而且与平面上的重、磁力异常特征具有一定的差异,这时如若还继续当成平面上的重、磁力异常来进行定性解释的话,就有可能使得定性解释结果出现偏差。故适应性强、精度高、计算速度快的曲面位场数据处理和转换系统的建立对实际资料的处理和转换是不可或缺的。本文研究依托国土资源部“高精度航空物探调查”计划项目下的“新疆东昆仑祁漫塔格地区1:5万航磁调查”工作项目(1212010913037)之课题“航磁数据曲面处理示范”,以及中央高校基本科研业务费专项资金(2014G3262010)和长安大学基础研究支持计划专项基金联合资助之下。以适应性强、精度高、计算速度快的曲面位场数据处理和转换方法为研究目标,以“基本原理—技术措施—软件设计—模型测试—实际资料处理”为主线,开展了频率域等效源曲面位场数据处理和转换方法的理论研究和实际应用研究。提出了频率域单层位法,并将该方法与已有的频率域偶层位方法统一形成了频率域等效源曲面位场数据处理和转换方法。推导了频率域等效源法在各种不同计算面情况下的等效面密度求解方法以及处理和转换方法。研究了频率域等效源法曲面位场数据处理和转换方法相关的技术措施。采用结构化程序设计思想进行了软件设计,利用Fortran90高级程序设计语言进行了软件开发。通过理论模型从观测面起伏、场源位置、等效源布置、数据量大小四个方面对频率域等效源法的计算精度、适应性和计算速度进行模型测试。利用山西某地的一小部分实测重力数据和新疆某地的一小部分实测航磁数据对等效源曲面位场数据处理和转换方法的稳定性进行了检验,取得的较好的效果。本文的主要研究成果如下:(1)提出了频率域单层位法曲面位场数据处理和转换方法,该方法适合于重力异常及其各阶混合方向导数的处理和转换;而已有的频率域偶层位曲面位场数据处理和转换方法适合于磁力异常及其各阶混合方向导数的处理和转换。将频率域单层位和偶层位合并形成了频率域等效源曲面位场数据处理和转换方法。本论文系统的研究了频率域等效源曲面位场数据处理和转换方法的基本原理。通过研究认为,频率域等效源曲面位场数据处理和转换方法具有适应性较强和计算速度快的优点,唯一的缺点是不能适用于“强地形”。(2)完善了频率域等效源曲面位场数据处理和转换的有关技术措施,如正演时级数稳定、快速收敛技术,等效源参数反演时稳定、快速收敛技术,单点快速fourier变换技术。重点研究了最小曲率差分迭代格式的滤波特性,通过研究认为非原位迭代格式不收敛,只有原位迭代格式收敛;完善了最小曲率网格数据扩边、补空技术及网格化技术。提出了频率域等效源布置措施和频率域等效源分块处理措施,提高了计算精度和计算速度。这些方法技术措施,不但提高了频率域等效源曲面位场数据处理和转换的稳定性、适应性和精度,而且提高了效率。(3)采用结构化程序设计思想进行了频率域等效源曲面位场数据处理和转换方法的软件设计,利用fortran90高级程序设计语言进行了软件开发。该方法软件可以直接利用位场值(重、磁力异常及其各阶混合方向导数)进行曲面位场数据处理和转换,不但可以实现曲面位场数据的延拓、分量转换、导数换算、磁化方向转换、磁源重力异常计算,还可以同时进行延拓及各种转换。计算结果精度高,计算速度快且具有很好的稳定性。(4)理论模型测试结果表明,频率域等效源法受垂向不连续观测面的起伏影响最大、其次是点距和线距大小的影响,而受场源分布的影响最小,并且受随机干扰的影响也较小。(5)实测资料处理试验显示,频率域等效源法可以应用于实测重力和磁力(航磁)数据的曲面位场数据处理和转换,计算结果稳定。通过本论文的研究,其主要的创新点为:(1)提出了频率域单层位曲面位场数据处理和转换方法,系统的研究了该方法的基本原理、技术措施、软件设计和开发、模型测试以及实际资料处理和转换。(2)利用Fourier频谱分析理论研究了最小曲率差分迭代格式的收敛性问题,通过研究认为非原位迭代格式不收敛,只有原位迭代格式收敛;迭代格式的收敛性不受迭代方向选择的影响。从而完善了最小曲率网格数据扩边、补空以及随机数据网格化方法。(3)提出了频率域分层布置等效源面和分块求解等效面密度的方法技术措施,解决了大数据量的曲面位场数据处理和转换问题。