闽西南多金属成矿带地质地球物理特征综合研究——以永定大排多金属矿区为例

闽西南地区位于福建武夷山成矿带西南部,自远古宙以来经历了多期次的构造演化.该区地处东南沿海构造-岩浆-成矿带上,为环太平洋大陆边缘多金属成矿带与南岭多金属成矿带复合部位,是我国重要的多金属矿产地.永定大排多金属矿区作为近年来武夷山成矿带新发现的大型多金属矿,区内叠加作用和控矿作用相对复杂,现有的地质地球物理工作程度不足以满足对该区域成矿规律的深入认识,一些基础地质问题亟待解决.因此,本文在深入收集永定大排矿区地质地球物理资料基础上,综合分析区域成矿背景与成矿构造,在重点区域布设综合地球物理勘探工作,包括1：1万高精度磁测、可控源音频大地电磁剖面及反射地震剖面.基于上述工作：1）开展了研究区航磁数据三维磁化率反演与分布特征分析与大地电磁二维电阻率反演与分布特征分析,开展了地震资料真地表深度偏移成像,获得了更加准确的地震剖面成像结果.2）结合推覆体控矿特征,地震剖面和电阻率剖面、航磁反演结果相互验证和约束,勾画了地下构造形态.地表地质剖面延伸和标定了构造形态的地质内涵,获得了从地表到3000 m深度的构造解释结果.解释结果清晰地显示了与推覆相关的构造、控矿层位以及岩体信息,为三位一体的找矿思路提供了地球物理依据.     

闽西南大排多金属矿区地球物理响应特征与找矿启示

大排多金属矿区位于闽西南坳陷大田—龙岩次级坳陷带南部,政和—大埔深大断裂西侧,是福建省较大的多金属矿产地之一.随着找矿勘查的不断深入,对在该矿区外围和深部寻找隐伏矿床提出了迫切需求,但研究区地表地形崎岖、植被茂密,以往很少进行高精度大比例尺的综合地球物理调查,因此对隐伏的控矿构造、赋矿层位和火成岩体分布的认识远不能满足深部找矿的需求.本文实施了反射地震、可控源音频大地电磁剖面测量和大比例尺航磁面积性测量,在成矿理论和找矿模型的指导下采用反射地震真地表偏移成像技术、可控源音频大地电磁二维带地形反演技术和航磁数据精细处理与三维反演技术,提取识别了剖面浅层逆冲推覆控矿构造和赋矿层位的反射地震特征,与成矿关系密切的燕山期火成岩体的地震、电磁特征,以及控矿构造和隐伏岩体平面分布的航磁异常特征.在地表地质和已知钻孔岩心及物性的约束下,构建了剖面的综合地球物理的地质解释模型,包括浅层推覆构造和控矿地层分布,推断解释大断裂6条,次级断裂16条和3处较大的隐伏岩体分布,为深入认识研究区的矿床成因和分布规律,指导在外围和深部找矿提供了地球物理有效响应特征.     

3D electrical structure of porphyry copper deposit: A case study of Shaxi copper deposit

Located in Lu-Zong ore concentration area, middle-lower Yangtze metallogenic belt, ShaXi porphyry copper deposit is a typical hydrothermal deposit. To investigate the distribution of deep ore bodies and spatial characteristics of host structures, an AMT survey was conducted in mining area. Eighteen pseudo-2D resistivity sections were constructed through careful processing and inversion. These sections clearly show resistivity difference between the Silurian sandstones formation and quartz diorite porphyry and this porphyry copper formation was controlled by the highly resistive anticlines. Using 3D block Kriging interpolation method and 3D visualization techniques, we constructed a detailed 3D resistivity model of quartz diorite porphyry which shows the shape and spatial distribution of deep ore bodies. This case study can serve as a good example for future ore prospecting in and around this mining area.     

宁芜火山岩盆地及邻区上地壳电性结构研究

为了较全面、客观地认识宁芜矿集区上地壳电性结构,研究"玢岩铁矿"成矿规律与深部地球物理、地质结构的对应关系,为探索深部"第二找矿空间"提供物性参数,我们完成了6条宽频大地电磁测深剖面.通过分析各剖面电性成像结果,讨论了"长江断裂带"与矿集区成矿的关系,并且认为围岩、岩浆及其上侵通道是区内矿床的控矿因素.此外,结合姑山铁矿床的位置以及铁矿床成矿规律判断宁芜火山岩盆地南部低阻条带为矿集区姑山火山-岩浆旋回的岩浆(导矿)通道,而盆地东部邻区的倾斜"叠瓦状"电性特征说明该区在经历了印支期褶皱构造运动后发育了逆冲推覆构造.     

海底大地电磁数据采集器

进行海底大地电磁数据采集，需借助于专用的水下探测设备 . 虽然大地电磁测深法无论是仪器或是测量手段在陆地上的应用已较为成熟，但把该方法移 植到海洋中，还需解决一些与海洋探测有关的工程技术问题. 主要包括：水下电场信号的提 取，海底环境的监测，仪器在非实时监控运行中的纠错对策以及测量部件的密封承压等等 . 在研制海底大地电磁数据采集器的过程中，采用先进的材料工艺，高精度的电子线路，可 靠的软件编程以及牢固的器件安装结构，有效地解决了上述技术问题. 用所研制的仪器首次 在我国海域进行了探测试验.     

实数编码遗传算法在大地电磁测深二维反演中的应用

作为全局非线性优化的新方法之一的遗传算法,近年来已从生物工程流行到大地电磁测深资料解释中.然而,大地电磁反演问题具有不适定性,解的非唯一性.通过结合求解不适定问题的Tikhonov正则化方法,本文采用实数编码遗传算法求解大地电磁二维反演问题.此算法在构建目标函数时引入正则化的思想,利用遗传算法求解最优化问题.常规的基于局部线性化的最优化反演方法易使解陷入局部极小值,而且严重的依赖初始模型的选择.与传统线性化的迭代反演方法相比,实数编码遗传算法能够克服传统方法的不足且能获得更好的反演结果.通过对大地电磁测深理论模型进行计算,结果表明:该算法具有收敛速度快、解的精度高和避免出现早熟等优点,可用于大地电磁资料解释.     

基于印模法的地面磁电阻率数据三维非线性共轭梯度反演

本文提出了能提高异常体分辨能力,同时得到绝对电导率的地面磁电阻率数据三维反演方法.磁电阻率响应用准直流的低频磁场代替;数值模拟由频率域电场满足的Helmholtz方程出发,采用三维交错网格有限差分法;长直导线源作为发射源,其中源的计算包含在背景场中;结合地面磁电阻率数据各分量的特点,选择y分量进行反演研究;反演采用三维非线性共轭梯度反演技术,为了提高异常体的深度分辨能力,进行迭代重构反演;用印模法对初始模型进行重构,采用的是辅模型在浅部,元模型在深部的组合方式.从合成数据和实际数据的反演结果可以得到以下的认识:(1)由频率域麦克斯韦方程组出发,低频磁场数据反演可以直接得到电导率,而不是相对电导率之比;(2)采用印模法组合初始模型,进行迭代重构反演,可以提高地面磁电阻率数据反演对异常体的分辨能力,确定埋深位置,同时不会丧失对于浅部异常体的分辨能力;(3)在结合印模法的地面磁电阻率数据三维反演中,深部异常体的分辨能力受地表不均匀导电体影响较小;(4)确定印模深度可以采用上一次重构反演结束时的模型变化量,通过相邻两次重构反演结束时的模型变化量之差来确定迭代重构是否终止.因为静磁场与重力场在数学上的相似性,本文的反演方法可以被运用到重力场等位场的地面数据的反演中.     

基于子空间的二维大地电磁量子遗传反演法研究

量子遗传算法作为一种高效的优化算法,仍存在容易陷入局部极值的缺点.为提高算法的高效性,并探讨将算法应用于大地电磁二维反演的可行性和有效性,本文对算法进行了改进,并通过一维两层D型和四层HK型模型数值试验验证了改进的有效性.然后将改进后的算法引入二维大地电磁反演,在引入滑动子空间思想,同时只考虑最简化反演条件的前提下,对...     

巷道CSAMT法的目标体分辨能力研究

目前地表矿、浅部矿越来越少,寻找深部盲矿体变得尤为重要.可控源音频大地电磁法（CSAMT）具有抗干扰能力强、分辨率高等特点,在探测矿产资源中已经取得了较好效果,但是通常CSAMT在矿区找深部矿时,由于在巷道上方的地表接收电磁信号会受到地面不同类型的强电磁干扰,同时由于该方法对深部矿体分辨率较低的缘故,大大影响了CSAMT的应用效果.本文尝试将CSAMT的接收系统置于巷道中,使得接收系统更加接近地下目标体,期望提高对于目标体识别的准确性,保证资源勘查的工作效率和成功率.基于积分方程法对不同类型地质模型进行了CSAMT正演模拟,并对不同模型不同深度接收的CSAMT响应特征进行了分析,同时以MARE2DEM软件模拟的二维模型响应加以验证积分方程结果的正确性.结果表明在无电磁干扰条件下,在巷道接收到的电磁场信号虽弱于地面,但其对于深部盲矿或目标体具有较强的识别度.     

一种新的三维大地电磁积分方程正演方法

采用规则六面体单元和并矢Green函数奇异积分等效积分技术,已有的大地电磁积分正演方法具有不能有效模拟地下复杂地质体和计算精度偏低的缺点.本文提出了一种新的三维大地电磁积分方程正演技术,即采用四面体单元、解析的并矢Green函数奇异积分表达式,达到既能模拟地下复杂异常体,又能有效提高已有积分方程法计算精度的目的.首先,采用四面体网格技术离散地下复杂异常体,获得四面体单元上的大地电磁积分方程.然后,利用针对四面体单元开发的新的奇异值积分的解析表达式,准确计算线性方程中的并矢Green函数的奇异积分,从而获得精确的线性方程.借助于PARDISO高性能并行直接求解器,实现了三维大地电磁问题的高精度求解.最后,基于国际标准3D-1模型和六棱柱模型,通过与其他方法结果的对比分析,验证了本文方法的正确性、处理高电导率对比度的能力(1000:1)和处理复杂模型的能力.     

基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制

为了避免形态滤波方法在大地电磁强干扰分离中的"过处理"、进一步保留大地电磁低频段的有用信息,提出基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制方法.首先,从信号处理的角度剖析矿集区典型强干扰与天然大地电磁微弱信号之间的定量辨识关系,利用形态分形维数和形态膨胀谱熵对大地电磁信号与强干扰进行信噪辨识.然后,结合形态滤波技术和阈值法,仅对辨识出明显不是天然大地电磁信号的异常波形进行噪声压制.最后,重构大地电磁有用信号,并对算法进行性能评价.仿真结果表明,形态分形维数和形态膨胀谱熵能较好地定量辨识大地电磁信号与强干扰,大地电磁信号中一些缓变化的低频信息得到了更为精细的保留;与形态滤波整体处理相比,本文所提方法获得的卡尼亚电阻率曲线更为光滑、连续,视电阻率值相对稳定,其结果更为真实地反映了测点本身所固有的大地电磁深部构造信息.     

大地电磁法三维快速松弛反演

实现大地电磁法快速三维反演的关键在于找到快速计算灵敏度矩阵的方案. 本文在对大地电磁三维张量阻抗表达式进行深入分析的基础上，获得了三维快速松弛反演算法的灵敏度函数表达式，解决了三维快速松弛反演的核心问题；为了减小反演解的多解性，针对三维问题定义了最小构造函数，实现了求最小构造的三维快速松弛反演算法. 对二维棱柱体、三维棱柱体理论模型的大地电磁合成数据进行了反演试算，反演结果与理论模型相吻合. 对日本Kayabe地区实测资料进行了XY模式反演，反演得到的地电模型较好地反映了地热资源的分布. 反演试算结果表明大地电磁三维快速松弛反演具有计算速度快、结果稳定可靠等特点；使三维快速松弛反演在普通微机上得以实现.     

东北地区地壳上地幔结构的探测与研究

本文简要综述了近30余年来在中国东北地区开展的重力资料反演、大地电磁测深、深地震测深、地震层析成像等深部地球物理探测与研究及其在该区取得的地壳上地幔结构研究成果。     

基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演

各向异性介质对大地电磁观测数据的影响往往不可忽略,因此需要提高大地电磁各向异性三维反演的可靠性和有效性.为了满足大地电磁各向异性三维反演的需求,本文研究了一种基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演算法.根据大地电磁平面波理论假设,正演方程采用背景场与二次场分离的计算方式,二次场利用交错网格有限差分法求解.由于各向异性反演的多解性,本文将各向异性介质简化为主轴各向异性,并在此基础上进一步采用有限内存拟牛顿LBFGS法实现三维各向异性反演.为了提高各向异性反演的分辨率,反演目标函数中引入交叉梯度项,利用先验的结构信息,对三个方向的电阻率参数进行结构约束,最终的反演进一步利用MPI(Message Passing Interface,消息传递接口)技术实现分频并行计算,测试结果显示并行接近线性加速比.     

基于有限差分正演的带地形三维大地电磁反演方法

本研究实现了一套基于有限差分（FD）方法的大地电磁测深数据带地形三维反演算法及代码.其中,在大地电磁场正演数值模拟方面,开发了起伏地形条件下基于交错网格剖分、有限差分方法的大地电磁测深三维正演代码;在满足平面波场假设的前提下,使用长方体网格剖分模拟三维起伏地形,实现了带地形三维正演计算;并设计理论模型进行试算,经试算结果与前人的有限元法计算结果对比,验证了所研发的带地形三维正演计算的正确性与可靠性.在反演方面,本研究基于非线性共轭梯度方法编写了大地电磁测深带地形三维反演代码,试验了不同的共轭梯度搜索因子β,避免了目标函数对海森矩阵（参数二次导数矩阵）的显式计算和存储,初步实现了大地电磁资料的带地形三维反演.最后,对一系列理论模型进行正演计算,利用其生成的合成数据模拟实测数据进行反演,并与现有的不带地形大地电磁测深三维反演结果比较,检验了所研发的带地形三维反演计算的可靠性与稳定性.     

利用大地电磁三维反演方法获得二维剖面附近三维电阻率结构的可行性

大地电磁野外实测数据月前大多为二维剖面数据.如何反演这些二维剖面数据获得较为接近实际地电情况的结果,是多数大地电磁工作者关心的问题.我们通过对理论模型的三维响应进行分析和对合成数据及实测资料的反演结果进行对比研究,讨论了利用三维反演的方法来获得大地电磁二维剖面附近三维电阻率结构的可行性.结果表明:可用三维反演的方法来解...     

庐枞矿集区矾山-将军庙地区AMT三维反演及地质结构解释

庐江-枞阳矿集区是长江中下游成矿带内的一个重要的多矿种成矿区.为揭示矾山-将军庙地区的地质结构以指导找矿,首先,在庐枞矿集区北部的矾山-将军庙地区开展了三维音频大地电磁数据采集工作,采用Rhoplus方法进行AMT数据死频带校正保证数据质量,利用相位张量分析地下介质的维性特征;其次,利用模块化三维反演并行代码ModEM开展了实测数据的三维反演,获得了一个典型的具有双层结构特征的火山岩盆地三维地下电性模型;最后通过电性模型及其他地质资料的综合解释,依据反演模型中近地表的低阻层和深部的高阻隆起区,分别勾画出了火山岩地层的厚度和深部侵入岩的分布范围,并在小岭地区发现地表浅部下方存在一个含矿次级火山机构的高导体.     

云南东川区播卡金矿地球化学分带模式及深部隐伏矿体预测

为了探索播卡深部的找矿空间及找矿方向,本文在播卡矿区钻孔样品分析数据的基础上,研究了播卡金矿床的元素富集规律、元素组合、元素异常在地表及空间的分布特征,建立了播卡金矿的原生晕分带模型、地球化学勘查模式,提出了不同深度的原生晕判别指标,在此基础上对播卡金矿的深部隐伏矿体进行了预测。结果显示播卡金矿的深部及邻区具有寻找隐伏矿体的良好前景。     

稀疏测线大地电磁资料三维反演研究:合成算例(英文)

受勘探成本和工区环境等因素的影响,当前大多数大地电磁实际工作采取布置稀疏测线采集数据和使用二维反演方法解释这些稀疏测线数据的方式。然而,二维反演方法在解释三维地电构造数据时存在局限性,有时甚至做出错误的地质解释。本文尝试了使用三维反演方法对大地电磁稀疏测线数据进行反演解释。使用大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演程序对理论模型合成稀疏测线数据进行了三维反演。结果表明:这种反演方案是可行与有效的。同时,我们发现在不同数据的三维反演结果中,四个张量阻抗元素和两个倾子数据同时反演的结果相对更为准确,更接近理论模型。     

Interactive 3D forward modeling of total field surface and three-component borehole magnetic data for the Daye iron-ore deposit (Central China)

The ground magnetic response of deep ore bodies in the Daye iron-ore deposit is relatively weak, and sometimes concealed by the strong magnetic background of shallower sources. Apart from the low-quality ground magnetic data, another critical problem for reconstructing the deep skarn-type ore bodies is developing a versatile inversion scheme that can simultaneously resolve 3D sources with arbitrary shapes. In this case, we resort to interactive 3D forward modeling solution with the joint use of two data sets-total field surface and three-component borehole magnetic data. Joint inversion of the two data sets is expected to help resolve the ambiguity associated with either data set and greatly reduces the nonuniqueness of the magnetic inversion. Such nonuniqueness is especially severe when a 3-D distribution of magnetic susceptibility, instead of a simple body, is sought from the inversion.In this paper, we calculate the magnetic field on the surface and in the borehole caused by 3D arbitrarily-shaped bodies with the triple integral method. The complex 3D magnetic sources having arbitrary shapes are constructed with cross-sections, termination points and facets in our visualization technology. We specify, interactively and in a user-friendly environment, the outline of the sources in terms of geometric elements and their magnetic parameters. The method automatically fits the observations within a prescribed precision. If dissatisfied, the user can redefine the model parameters and proceed to a new inversion. The method's ability to interpret a complicated 3D geologic environment is demonstrated on synthetic models and real data profiles in the Daye iron-ore deposit in central China. The interactive forward modeling results in all tests demonstrate a good correlation of estimated magnetic sources with corresponding known geologic features.