基于深度神经网络的重力异常反演

为解决传统线性反演方法容易陷入局部极小,计算效率低等问题,本文提出了一种基于深度学习的重力异常反演方法.该方法首先构造不同形状的二维密度模型,正演得到重力异常,组成数据集;然后用该数据集训练深度神经网络;最后将重力异常数据输入到训练好的深度神经网络,直接得到反演结果.实验结果表明,该方法能快速、准确地反演出地下异常体的...     

密度差随深度呈双曲线递降的界面重力模拟

为了确定沉积层的界面深度，本文研制出了密度差随深度呈双曲线递降的解释程序。运用双曲线密度差无限平板重力公式计算每个重力点上界面的近似深度，根据求出的深度值，用ｎ边形代替沉积基岩界面，采用Ｖｉｓｗｅｓｗａｒａ Ｒａｏ等１９９４年所提出的公式计算重力异常，再用Ｂｏｔｔ１９６０年提出的方法程序修定界面的深度。     

重力归一化总梯度计算法在苏州西部地区的应用

通过在苏州西部地区地质剖面重力资料计算,笔者认为归一化总梯度法可以定性地提供场源的深度及分布状态,为了解深部构造、寻找隐伏岩体提供重力场的判断依据。     

从简单源体产生的重力异常估算形状因子和深度

通过一种混合型算法，利用在一些简单几何源体上产生的重力异常，来反演计算形状因子和埋深，这种算法包括模拟退火过程和非线性曲线拟合。点源，无限水平线源，半无限垂直线源的形状因子分别为1．5，1．0，0．5。已开发出确定线源的埋深，水平或垂直延伸的方法。带状的有限垂直体的形状因子变化范围是0．1－1．0。向斜的形状因子大于1，而背斜的形状因子小于1，通过形状因子，能够区分对称的向斜和背斜。文中列出解释方法用来计算水平层的深度，二维穹隆和二维洼地模型的半径。通过把推荐的方法应用到3个已知实例（古巴铬铁矿异常，Moburn矿体和Louga异常），评估了该技术的有效性和潜力。     

利用比值DEXP进行重力梯度数据深度成像

针对传统DEXP快速成像结果依赖于地质体构造指数的缺点,笔者提出了利用重力异常不同阶垂向导数比值DEXP的方法。该方法使得成像结果独立于地质体构造指数。地质体的深度估计完全自动化,仅需要寻找比值DEXP成像结果的极大值点位置。通过该方法估计出的深度结果,可以进行地质体构造指数的估计。通过模型试验,证明该方法能准确地估计出地质体的深度位置以及地质体的类型。将该方法应用到Bell Geospace公司在Vinton Dome测得的Air--FTG全张量重力梯度数据中取得了很好的结果。     

利用重力资料研究黑龙江省孙吴-嘉荫地区基底构造特征及油气远景

在波数域中处理孙吴—嘉荫剖面重力资料，使用常密度单界面位场异常反演法计算出结晶基底起伏界面深度，并利用Hilbert变换计算重力归一化总梯度及其相位，得到归一化总梯度等值线和相位图。根据孙吴—嘉荫剖面布格异常特征及归一化总梯度相位曲线特征，划分了16条断裂，反演了该剖面结晶基底起伏界面，并对结晶基底构造特征进行了分析，将孙吴—嘉荫盆地划分为4个凹陷区和4个隆起区，确定逊克凹陷带、结列河凹陷带和乌拉嘎凹陷带为油气远景区。     

利用重力归一化总梯度及相位法研究断裂构造

用波数域的位场转换和快速傅立叶变换理论研究重力归一化总梯度和归一化相位;在波数域向下延拓和导数计算的滤波算子中,分别引入圆滑滤波因子,抑制了向下延拓计算中对噪声干扰的放大作用,增加了计算的稳定性;利用改进的方法,计算并阐述了4种断裂构造GH场等值线和相位曲线的变化特征;别列兹金重力归一化总梯度法中极大值理论在研究断裂构造中具有局限性,对于无限延伸断裂构造,应根据GH场等值线的走向、形状的特点,结合归一化相位曲线的转折点确定断裂空间位置.     

月球雨海盆地多环结构的厘定及其深部构造研究

雨海盆地是月球正面最大、月球上研究程度最高的多环结构撞击盆地,已有很多学者对其多环结构的边界进行恢复研究,但在多环结构最初始形状、多环位置/数量、盆地大小等方面,至今未能达成共识。本文利用GRAIL自由空气重力异常数据、LOLA激光测高数据进行了多源数据的融合,结果表明,雨海盆地是具有偏心圆的三环结构特点,其直径从外到内分别为1 500 km、1 100 km、665 km。基于欧拉反演结果研究表明,在雨海撞击盆地中部存在两种不同深度、构造运动性质及方向的断裂构造,即：(1)深度大于40 km,向下逐渐向内倾斜、延伸的深部断裂构造;(2)深度在40 km以内,由月表向下逐渐向外倾斜、延伸的浅部断裂构造。结合物质成分及地球物理特征的研究,雨海地区的地质构造演化过程可分为两个阶段：(1)在月球早期阶段(45~38.5亿年),主要以内动力地质作用即岩浆洋冷凝过程为主,形成了雨海盆地深度在40 km以下逐渐向内倾斜、延伸的构造断裂,其为本区在月球早期深部岩浆洋产生、分异及运移提供了通道,该构造断裂代表了雨海盆地撞击前的月球早期深部岩浆洋的构造地质演化阶段;(2)在月球晚期阶段(≤38.5亿年),主要以内、外动力地质作用并重,形成了雨海盆地深度在40 km以内逐渐向外倾斜、延伸的构造断裂,其应为本区不同期次的玄武质岩浆喷出或溢流到月表提供了运移通道,该构造断裂代表了雨海盆地撞击后的月球晚期不同期次玄武质岩浆喷发、充填溢流的月海岩浆活动作用的构造地质演化阶段。     

二维连续复小波变换识别重力场源

利用旋转反投影法由位场一维连续母小波构造出二维连续母小波,同时也给出了位场中适应性非常强的矢量分析母小波和张量分析母小波。在理论模型上(直方棱柱体和球体)进行了二维连续小波变换,估计了场源的尺度指数,通过尺度指数与欧拉结构指数关系式得到场源的欧拉结构指数,由此可以识别出重力场源的类型,成功地实现了重力场源的快速反演。此法实用于重磁资料快速自动化处理、反演与解释。     

等效密度的概念—用重力确定沉积盆地深度的关键

在多层沉积盆地上观测得到的重力异常与对具有相同形状和深度的盆地计算所得到的结果密切相关。后者盆地由同一类沉积物充填!且其密度与前者的等效(加权平均)密度相等。因此,盆地至少有一个已知深度点的话,根据剩余重力异常就可算出其相对等效密度。假定密度是深度的函数,用无限大平板(布格)公式可推出重力与深度的关系式,该关系式结合重力数据可算出盆地深度或绘出其等厚线图。本文将分析密度与深度、重力与深度的指数及新型双曲线函数关系,并结合重力数据用来确定加利福尼亚州San Jacinto地堑、南部的亚利桑那州Tucson盆地的深度。双曲线函数比指数函数更可靠、更接近实际。根据Tucson盆地中最深的一个钻孔上的剩余重力异常,用无限大平板公式算出该盆地沉积物的相对等效密度以及密度与深度的关系。上述钻孔打到了深度为3.66km的前始新世基岩。Tucson盆地中密度与深度的双曲线关系,假定它对于南部的亚利桑那州和西南部的新墨西哥州的其它所有盆地和山脉地区也适用。用无限大平板公式很容易将密度与深度的函数关系转换成重力与深度的函数关系。利用重力与深度的双曲线函数关系,可将该地区的每个盆地的剩余重力异常图转换成盆地深度等值线图。用重力数据算出的盆地深度与搜集到的钻孔资料(19口井)比较可以看出,本文提出的这种简单快速方法,其计算结果与真实深度的误差范围大约为13％。     

基于车载重力测量平台的城市地下空洞快速探测

为了解决现有静态重力测量在城市地下空洞探测时存在工作难度大、效率低等问题,本文提出了基于车载重力测量平台的城市地下空洞快速探测方法。采用国产高精度捷联式重力仪SAG搭建车载移动重力测量平台,在长春卫星广场附近进行动态重力测量试验。首先对测得数据进行楼房干扰校正;之后采用基于传统极值点深度估计(depth from extreme points,DEXP)方法改进的比值DEXP方法进行重力异常数据深度成像;最后采用Tilt梯度法对位场数据进行边界识别。选取轻轨站附近两条测线进行研究,得出测线在700～1 300m区域附近存在负值异常,在800和1 000m附近最佳深度分别是24和28m,构造指数分别为0.18和0.06;经分析符合实际地下轻轨站空洞类型和所在范围,验证了车载移动平台重力测量在城市地下空洞探测中展开的可能性和有效性。     

地下岩石构造力复合重力的压力状态分析

针对大别一带超高压变质作用的形成深度存在两种观点:其一是形成深度可用静流体公式h=p/(ρg)算出,并得出变质作用形成于90km或更深处;其二是超高压是重力、构造力和其他力合成的,并不只是重力的作用,从而该变质作用可以在地壳内形成。地下的岩石处于固态,而静止流体公式不适用于固体。事实上,围压不仅来自重力,而且也来自构造力和其他力,所以合理的求深度算法应该是从总压力中减去构造力获得纯重力才可用来计算深度。还简要解释了诸如剪应力、差应力、构造力等概念。     

基于射线参数估计的快速 2D Kirchhoff叠前深度偏移

叠前深度偏移是油气勘探领域解决复杂地震构造成像问题的主要手段.这里介绍一种基于射线参数估计的快速2D Kirchhoff叠前深度偏移方法.该方法根据炮点和接收点的相对位置,对入射波的射线参数进行先验约束,辅以设定振幅阈值,仅对主要反射事件进行偏移等,显著减小了射线追踪计算,较传统Kirchhoff叠前深度偏移显著提高了偏移成像效率.数值模拟计算结果表明,该算法能正确对复杂构造进行快速成像.这里介绍的快速Kirchhoff叠前深度偏移方法,可用于野外现场质量监控与精确偏移成像前的速度分析与建模.     

松潘—甘孜和西秦岭造山带地球物理特征及基底构造研究

本文对松潘-甘孜和西秦岭造山带地球物理特征以及基底构造进行了研究。研究表明：松潘-甘孜地块与西秦岭造山带的基底性质相似，均具有扬子块体的构造属性。褶皱基底的分布范围为：西南部以二道沟-玉树-理塘为界；东至青川-都江堰，即龙门山断裂带；北部边界由西到东，沿昆仑南缘至花石峡，然后转向北东，沿兴海-夏河-西和展布。在深地震测深和高温、高压岩石密度研究结果的约束下对重力资料进行反演，得到该地区的基底起伏。反演结果表明：松潘-甘孜-西秦岭地区的基底深度为1．3～8．6km（以海平面起算）。阿坝-甘孜-道孚以及夏河-泽库-兰州一带为基底隆起区；若尔盖-唐克-红原、花石峡达日和-达日东南一带为基底凹陷区，其中红原附近基底深度达8．6km，为全区基底深度最大的地方。     

新疆岩石圈三明治结构与油气资源

重力勘探是普查油气盆地常用的方法。利用重力研究岩石圈构造时，卫星重力具有独特的作用。它不但与自由空气重力异常相似。能直接反应岩石圈物质的积聚或亏损。可以获得较深处物质产生的重力场，还可以利用对重力场的分解处理，突出分层深度的异常特征，用以分析研究不同深度物质对重力场的贡献。根据对卫星重力异常的解释，可以将新疆地区岩石圈分成3层。最上层是中新生代陆相断陷盆地巨层。它的特点主要是四盆（伊宁盆地、准噶尔盆地、吐哈盆地和塔里木盆地）三山（阿尔泰山、天山和阿尔金山）的特殊景观。中间层是海相古生代盆山构造巨层。它是在印支-燕山期．强烈的挤压褶皱使地壳发生规律的平行线状排列盆山构造。最下层是低密度块体基底层。新疆地区岩石圈三明治构造的形成是因为在喜马拉雅期．印度板块自西南向东北的俯冲作用下．对古生代末已拼合成大陆的新疆地区进行改造，西天山的婆罗科努山、察布查尔山、阿拉沟山、额尔宾山、霍拉山等山系横向隆升。它们和南天山山脉一起。将新疆地区分割而成。从这项研究中得到启示，西部寻找油气资源不应局限于新生代盆地，而要考虑深部构造对地表出露盆山构造的控制。     

物探资料在安徽淮北地区煤田预测中的应用

在新生界地层巨厚覆盖区没有钻孔控制的情况下,可利用以往重力、电法等物探资料进行煤田预测。首先根据邻区资料分析区域构造和成矿条件,还原岩相古地理、聚煤期构造及聚煤后构造变动,对预测区的含煤地层进行评价;然后根据已有的电法资料分析曲线类型,与相邻区比较后确定含煤地层电法曲线类型,作定量、半定量分析,并根据重力资料,反演计算出新地层底界与灰岩(寒武—奥陶系)顶界的深度,再结合其它物探资料和邻区相关地质资料,对煤田前景进行预测。     

Tilt-Euler方法在位场数据处理及解释中的应用

通过探讨斜梯度欧拉反褶积(Tilt-Euler)方法及性质,对理论模型和实测重力资料进行分析,结果表明Tilt-Euler在无场源构造指数的条件下能快速推断出场源边界和深度分布,并能自动估算出构造指数,计算简便,实用性强,这对于大面积航空磁测和航空重力资料处理解释具有重要意义。     

不同伸展构造的形成深度和水平伸展量的估算

本文根据断陷盆地规模，盆内盖层厚度，地层产状等要素以及控盆地断裂的几何学和运动学特征，推导了不同类型伸展构造的形成深度和水平伸展计算模式，并以信江裂陷伸展构造，衡山，南雄，会昌热隆伸展构造和新一资重力伸展构造作为实例进行计算，结果表明，三种伸展构造的形成深度明显地分三个层次，反映了不同伸展构造形成的动力学机制特征和热隆隆伸展构造较大的水平伸展，合理地解释了小型断裂盆地内形成盖层厚盖沉积的原因。     

龙门山均衡重力异常及其对青藏高原东缘山脉地壳隆升的约束

青藏高原东缘处于不均衡状态，自西而东可分为青藏高原弱负均衡重力异常区、龙门山正均衡重力异常区和四川盆地负均衡重力异常区，表明该区的不均衡状态并未导致Airy均衡运动的产生，即龙门山没有均衡下降，而处于不断的隆升状态，显示该地区反均衡运动的构造抬升是导致龙门山隆升的主因。本次采用似三度体重力异常计算方法对该区的正均衡重力异常进行模拟和反演，研究了大尺度地貌分异与均衡重力异常分区之间的相互关系，结果表明，龙门山的下地壳顶面抬升了11．2～12．6km，造成了龙门山的正均衡异常，揭示了构造抬升和剥蚀作用在相似的时间尺度上和空间尺度上控制着龙门山地貌的形成，龙门山的表面隆升是构造隆升和剥蚀作用相叠加的产物。     

塔里木盆地西南部的三维密度扰动成像

塔里木盆地西南部位于昆仑造山带东北方,地壳构造特殊,是中国天然气勘探的重要区域。在地面重力调查的基础上,笔者等对2~15 km的盆地西南部的密度扰动结构进行成像计算,并结合电阻率三维结构对地壳构造进行分析。本文根据重力场小波变换的尺度—源深度转换律,进行地面重力异常场多尺度分解,取得了反映中国地壳不同埋藏深度的小波细节,揭示了研究区地壳的密度结构。结果表明,网度足够密的区域高精度重力场测量可以获得关于沉积盆地深部构造的丰富信息,应用小波多尺度分析和三维反演方法可以把与深层构造有关的地质信息提取出来,客观地为沉积盆地内部构造演化和油气勘探提供依据。塔里木盆地西南部上地壳三维密度扰动成像揭示了昆仑山脉向北仰冲推覆构造楔和山前坳陷带的立体结构,为盆山耦合动力学研究和深层油气勘探提供了新的认识。大地电磁数据三维反演取得的盆地三维电阻率模型,从电性结构角度得到了盆地的三维构造,和盆地西南部的密度结构有很好的相关性,支持了密度扰动成像的有关结论。