全张量磁梯度数据解释的均衡边界识别及深度成像技术

全张量磁梯度数据具有高精度、高分辨率、多参量的优点,能更加清晰地刻画地质体的分布特征,综合利用磁张量梯度数据准确地获得地质体水平位置和深度信息是解释的主要目的.磁张量数据的方向解析信号具有减小倾斜磁化干扰的优点,常被用来圈定磁源体的水平位置,但解析信号强度随着地质体埋深的增加急剧衰减,难以有效识别较深的地质体.张量数据均衡边界识别技术,利用不同方向解析信号的比值函数,能有效地均衡不同深度地质体的响应,同时显示不同深度地质体的边界,提高了对较深地质体的分辨率.磁张量数据深度成像技术根据实测张量数据与假定模型张量数据的相关系数来给定地质体的深度,综合利用多参量数据联合反演提高了反演结果的准确性,且无需进行复杂的反演运算,是大数据量张量数据解释的有效方法.理论模型试验证明：磁张量数据均衡边界识别技术可清晰和准确地识别地质体的水平范围,受倾斜磁化干扰小;磁张量数据深度成像技术可准确地获得地质体的深度信息,具有较强的抗噪性.将上述方法应用于铁矿区实测航磁张量梯度数据解释,获得了铁矿体水平分布与埋深,深度结果与张量欧拉反褶积法计算结果一致.     

基于欧拉反褶积方法的航磁三分量应用研究

在中国北部某地区首次开展了航磁三分量矢量飞行测量.本次测量是国内第一次直接测量航磁异常三分量Z_a、H_(ax)、H_(ay)数据,即文中提到的垂直分量V、北分量N、东分量E.由于三分量磁测数据具有矢量空间性,因而凭借其全空间矢量,在反演过程中可以更直接地发挥指向性作用.更为丰富的测量资料参与反演,所得到的最终结果为构造解释提供了更有力的约束,从而有助于减少地质解释过程中的多解性,提升解释结果的可靠性.本文以模型试验为切入点,首先进行三个分量各自的欧拉反褶积处理模型试验,以模型试验结果总结了不同的分量经反演后各自对理论模型边界刻画的特点.而后依据以上特点,将三个分量各自的反演结果进行叠加.与总场的反演结果相比,三个分量反演的叠加结果改善了模型体边界的识别效果,获得了更为准确的模型体位置信息.在总结了模型试验相关规律的基础之上,按照类似步骤分别对实测航磁三分量数据进行了欧拉反褶积处理,再将三个分量实测数据各自的反演结果进行叠加,以叠加后的结果进行构造解释.利用不同分量各自的反演特点,综合发挥多分量的资料优势,最终以三分量反演的叠加结果为依据,有效地识别了区内断裂,更加准确地刻画出断裂的形迹位置,揭示了不同性质断裂的世代关系,显示了良好的应用效果.     

基于重力梯度张量数据的欧拉反演在梅山铁矿的应用

随着在石油勘查、矿产勘查、构造研究等地质工作中提出的应用位场异常研究规模相对较小的地质体及其细节的要求不断提高,传统重力方法在精度和分辨率方面已不能满足要求.重力梯度张量作为重力位二次导数,较之重力异常,能够更直观地反映地下密度体的赋存状态,基于重力梯度张量数据的反演能够提高地质体的定量模拟质量.但是由于受国内仪器的发展水平限制,直接获取实测的重力张量数据难度较大,目前对于重力张量数据的获取主要是通过数值计算的方法,把重力异常测量值变换成张量信息.本文是在样条理论的基础上,提出新的重力梯度张量计算方法,利用三次样条插值方法拟合重力异常,进一步地通过积分导数关系求取样条函数系数,实现了由重力异常求取重力梯度张量的数据计算.在此基础上,利用张量数据进行欧拉反演计算,对比常规欧拉反演结果,进一步分析张量欧拉反演精度.球体及水平板状体模型试验结果显示,张量欧拉反演更能有效地完成目标体的反演,其结果更加准确.最后,将张量欧拉反演应用到梅山铁矿区重力实测数据解释中,准确地反演出梅山主矿体的水平投影范围及矿体中心埋深.同时,相比常规欧拉反演,张量欧拉反演在刘家村附近、梅山村南部及黄林库—吴家洼地段显示出有更加收敛的欧拉解,这为梅山地区进一步找矿工作提供了重要的理论支撑.     

全张量磁梯度数据的斜导数特征值边界识别方法研究

本文提出了一种全张量磁梯度数据的斜导数边界识别方法,该方法利用全张量磁梯度数据定义了北向斜导数、东向斜导数和垂向斜导数.模型试验表明,北向和东向斜导数无法有效识别磁性异常体边界,异常形态复杂虚假异常较多,而垂向斜导数在高纬度斜磁化或者垂直磁化条件下可以清晰而准确得识别地质体的边界,具有一定的深度识别能力.与现有磁张量梯度的边界识别方法相比,识别效果好,可以有效均衡不同深度地质体的响应.将上述方法应用于大兴安岭地区实测航磁三分量数据转换得到的全张量数据,获得了研究区浅部磁性体的分布,并与三分量数据进行联合解释,取得良好的地质效果.     

基于方向tilt-Euler的三维磁数据快速反演

三维磁异常快速反演是磁法勘探进行地质解释的一项重要内容.本文在方向tilt梯度基础上进行导数处理,并进行合理改进,得到了6个改进的方向tilt梯度导数,丰富了不同方向上的磁异常信息.对常规欧拉反褶积方程进行三个方向求导,所构成的方程组与6个改进的方向tilt梯度导数进行结合,从而构建出了两个基于方向tilt梯度导数的快速反演方程组(方向tilt-Euler法),用于反演场源的位置参数.另外,将三个方向导数下的欧拉反褶积进行平方和及均方根处理,得到了场源构造指数的求解公式.单一模型试验表明,6个改进的方向tilt梯度导数异常基本不受磁化方向影响,可从不同方向上反映磁异常信息,方向tilt-Euler能够准确地反演出场源的位置及构造指数.叠加模型试验证实了方向tilt-Euler法相对于tilt-Euler法,具有反演解聚集度更强、连续性更好、反演准确度更高、受噪声影响更小及无虚假反演解等优点.将本文方法应用于内蒙古塔木素航磁资料处理中,获得了丰富的地下磁源分布信息,为了解该地区隐伏断裂构造及岩体分布等提供了有效依据.     

解释位场全张量数据的张量局部波数法及其与常规局部波数法的比较

全张量探测技术以其信息量大、精度高、干扰小等优点在地球物理领域中得到广泛应用.本文提出采用张量局部波数法来进行位场全张量数据的解释,首先给出了张量局部波数的定义,然后推导出利用张量局部波数法进行反演的基本公式.本文方法在进行张量数据反演时无需事先知道场源体的类型(构造指数)即可获得场源体的位置信息,且可根据位置参数对场源体的类型进行估计.通过理论模型证明张量局部波数法可以很好地完成位场全张量数据的反演工作,并将其与常规局部波数法进行对比,证明全张量局部波数法的反演结果更加准确,即使在测点分布不合理的情况下,张量局部波数法仍可以获得准确的结果.最后应用张量局部波数法对美国得克萨斯州实测重力数据进行了反演,其反演结果与已有的研究成果相一致.     

归一化总水平导数法在位场数据解释中的应用

本文提出归一化总水平导数法,通过对总水平导数进行空间归一化计算实现了异常体水平位置和深度的估计,此外还推导出基于归一化总水平导数的欧拉反褶积法来估算地下地质体的空间位置,两种方法反演结果的相互验证可有效地提高反演结果的可信度.理论模型试验证明空间归一化总水平导数法和归一化总水平导数欧拉反褶积法均能有效地完成异常体的水平位置和深度的估计,所获得的位置参数与理论值相一致.在利用归一化总水平导数法进行磁异常解释时,对数据进行化磁极计算可得到更加准确的结果.将其应用于实际航磁数据的解释,获得了岩脉的大致分布特征.     

不同高度数据联合欧拉反褶积法研究

基于不同测量高度重力场及其梯度数据可同时对应同一场源并用于反演场源位置的分析原理,拓展不同高度场数据在欧拉反褶积法中的应用范围.首先,立足于对欧拉反褶积方法的理论研究基础,提出不同高度数据融合联合欧拉反演公式.其次,在理论模型上对多种高度数据联合反演做了测试分析计算,验证了不同高度场数据融合联合欧拉反褶积法能够改善位场解释中单一观测面数据计算带来的解的发散问题,收敛过程由此改善.最后,将本文方法应用于龙门山地区实际重力数据的解释,获得了研究区断裂分布特征.     

不同数据用于欧拉方程的模型计算

在欧拉反褶积方法的研究中,过去常直接用原始位场异常值及其导数进行反演,由于数据的局限性,有时导致反演结果的发散.为改善反演结果的收敛性,本文中采用了垂直导数、水平导数及解析信号作为源数据进行欧拉反演.(1)推导了重、磁异常不同数据类型的欧拉方程;(2)找出了重、磁异常不同数据类型的欧拉方程之间的联系和差异;(3)通过模型计算比较,证明用导数或解析信号进行欧拉反演计算,可改善反演效果,提高反演结果的收敛性.     

磁梯度张量解析信号分析法及其在场源位置识别中的应用

相对于传统磁异常数据,磁梯度张量数据可以提供有关异常体更多的信息,分辨率更高,具有广阔的应用前景.本文给出了基于磁梯度张量解析信号进行边界增强的新方法,该方法是通过对异常垂向一阶导数与z方向解析信号的比值做归一化得到的,其零值线位置可以很准确的反映出地质体边界位置,而且可以有效降低噪声的干扰.文中还证明了异常垂向一阶导数与x、y、z三个方向解析信号的比值同样满足欧拉齐次方程,且在计算过程中不需考虑构造指数N的影响,避免了因构造指数不当而引起的反演误差.通过对单一地质体及组合地质体模型的实验证明:与常规欧拉反褶积法相比,该反演方法能够更好的得到地质体界面及深度信息,所得的解更集中.将其应用到保定实测数据中,获得了更精确的场源信息.     

融合多源数据构建区域航空重力梯度扰动全张量

通过联合全球重力位模型(EGM2008)、航空重力扰动数据和剩余地形模型(RTM)数据,基于频谱域(二维FFT变换)和空间域(Stokes数值积分)算法对毛乌素测区GT-2A航空重力测量系统采集的空中测线后处理重力扰动数据进行解算,构建了该地区的航空重力梯度扰动全张量.(1)残余航空重力扰动延拓结果表明:残余航空重力扰动经向下延拓至大地水准面,再向上延拓至航空高度后与原数据差值的标准差为1.0078 mGal,考虑边缘效应后,内缩计算范围得到的差值标准差减小至0.1269 mGal.(2)基于残余重力扰动数据(原航空高度数据及向下延拓数据),通过不同方案解算得到的梯度扰动结果表明:两种方案得到的研究区域重力梯度扰动各分量之差的最大标准差为6.4798E(Γ_(yz)分量),最小标准差为2.6968E(Γ_(xy)分量),内缩计算范围后得到的差值标准差最大值为1.8307E(Γ_(zz)分量),最小值为0.7223E(Γ_(yz)分量).本文的思路和方法可为未来我国自主构建航空重力梯度标定场提供参考.     

利用GRACE重力和重力梯度变化估计2012年苏门答腊地震断层参数

2012年4月11日苏门答腊北部附近海域发生M_W=8.6地震,国际上采用不同数据获得了该地震的断层滑动模型,但断层走滑性质存在较大差异.卫星重力GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）观测覆盖震中区域,可以提供很好的断层参数估计约束.本文采用GRACE月重力场模型数据提取了此次地震同震重力和重力梯度变化,表明了北向分量的优越性.并与断层模型理论计算结果进行了比较,分析了T_xx（北-北向重力梯度）分量对断层参数的敏感性,以及基于粒子群算法以及Okubo位错模型反演了该地震断层参数.结果表明GRACE观测到的同震重力梯度变化在空间形态分布上与断层模型模拟结果符合较好,但振幅差异较大.重力和重力梯度的北向分量可以很好地压制条带误差,其中g_N（北向重力变化）和T_xx的误差最小,其次是T_xz（北-上向重力梯度）,误差最大和对条带误差抑制效果最差的是T_xy（北-东向重力梯度）.T_xx对断层的深度不敏感,对其余断层参数较敏感.基于GRACE反演得到的断层的走向角为113.63°,倾角为89.99°,滑移角为175.26°,平均滑移量为28.18 m,相应的矩震为8.71级,且此次地震的走滑性质为右旋走滑.     

Multiridge Euler deconvolution

Potential field interpretation can be carried out using multiscale methods. This class of methods analyses a multiscale data set, which is built by upward continuation of the original data to a number of altitudes conveniently chosen. Euler deconvolution can be cast into this multiscale environment by analysing data along ridges of potential fields, e.g., at those points along lines across scales where the field or its horizontal or vertical derivative respectively is zero. Previous work has shown that Euler equations are notably simplified along any of these ridges. Since a given anomaly may generate one or more ridges we describe in this paper how Euler deconvolution may be used to jointly invert data along all of them, so performing a multiridge Euler deconvolution. The method enjoys the stable and high‐resolution properties of multiscale methods, due to the composite upward continuation/vertical differentiation filter used. Such a physically‐based field transformation can have a positive effect on reducing both high‐wavenumber noise and interference or regional field effects. Multiridge Euler deconvolution can also be applied to the modulus of an analytic signal, gravity/magnetic gradient tensor components or Hilbert transform components. The advantages of using multiridge Euler deconvolution compared to single ridge Euler deconvolution include improved solution clustering, increased number of solutions, improvement of accuracy of the results obtainable from some types of ridges and greater ease in the selection of ridges to invert. The multiscale approach is particularly well suited to deal with non‐ideal sources. In these cases, our strategy is to find the optimal combination of upward continuation altitude range and data differentiation order, such that the field could be sensed as approximately homogeneous and then characterized by a structural index close to an integer value. This allows us to estimate depths related to the top or the centre of the structure.     

三维井地磁测联合约束反演

井中磁测在铁矿等磁性金属矿床勘查中具有举足轻重的作用.针对磁性金属矿床深部资源勘查中存在的有效信号弱、矿体形态复杂等技术难题,本文利用井中三分量磁测资料和地面磁测资料直接反演地下空间磁化率的分布情况,充分发挥纵、横向分辨率高的优势,通过磁化率的变化来确定矿（化）体的范围.分析了磁化率和磁场H_ax、H_ay、Z_a、ΔT各参量之间的关系,导出了磁化率反演方程;将钻孔编录、磁化率测井等结果作为约束条件构建了目标函数.以组合倾斜板状体模型为例,验证了方法的有效性,并在青海野马泉铁多金属矿区开展应用试验,试验结果与已有地质资料基本一致.该方法有效抑制了因反演数据源单一、缺乏约束条件而造成反演结果的多解性,实现了磁测资料的精细反演解释,为查明地下矿体空间位置、形态及规模,提高找矿效果,提供了一种新的解决方案.     

基于垂向一阶导数与解析信号比值的欧拉反演方法

常规欧拉反褶积法中构造指数的选取以及分散解存在较多的问题,提出了基于联立垂向一阶导数与解析信号的欧拉齐次方程的RDAS-Euler反演方法。该方法可以更为精确的估计场源的范围及埋深,且不需考虑构造指数N的影响,避免了因构造指数不当而引起的反演误差。通过对单一地质体及组合地质体模型的实验证明本文方法能有效地完成目标体的反演工作,反演结果与理论值之间的误差小于10%,且相对于常规欧拉反褶积法更加稳定准确,能够更好的得到地质体边界及深度信息。将RDAS-Euler法应用于黑龙江省虎林盆地实测布格重力异常数据,获得了丰富的断裂信息,说明RDASEuler法增强了对断裂平面位置的识别能力。     

The use of potential field data in revealing the basement structure in sub-basaltic settings: an example from the Møre margin, offshore Norway

This study investigates the utility of the potential fields (gravity and magnetics) in volcanic settings as observed on the Møre margin. Synthetic models are used to investigate the effect of volcanics on the gravity and magnetic fields. The focus is on detecting sub-basaltic basement structures. The methods applied to the models are Euler deconvolution on magnetic data, gravity gradients and integrated 3D gravity and magnetic forward modelling. The same methods are used on the Møre margin and the results compared to the synthetic models. The Euler deconvolution on the magnetic signal does provide limited depth solutions in the volcanic environment and the use of different observation levels does not enhance the results. Forward gravity and magnetic models provide a valuable tool to estimate both the basalt and sub-basaltic sedimentary thickness but are limited by the ambiguity inherent in potential field methods. The use of gravity gradients significantly decreases the available model solutions and provides boundary detection even in sub-basaltic settings.     

Can Euler deconvolution outline three-dimensional magnetic sources?

Severe limitations of the standard Euler deconvolution to outline source shapes have been pointed out. However, Euler deconvolution has been widely employed on field data to outline interfaces, as faults and thrust zones. We investigate the limitations of the 3D Euler deconvolution–derived estimates of source dip and volume with the use of reduced-to-the-pole synthetic and field anomalies. The synthetic anomalies are generated by two types of source bodies: (1) uniformly magnetized prisms, presenting either smooth or rough interfaces, and (2) bodies presenting smooth delimiting interfaces but strong internal variation of magnetization intensity. The dip of the first type of body might be estimated from the Euler deconvolution solution cluster if the ratio between the depth to the top and vertical extent is relatively high (>1/4). For the second type of body, besides dip, the source volume can be approximately delimited from the solution cluster envelope, regardless of the referred ratio. We apply Euler deconvolution to two field anomalies which are caused by a curved-shape thrust zone and by a banded iron formation. These anomalies are chosen because they share characteristics with the two types of synthetic bodies. For the thrust zone, the obtained Euler deconvolution solutions show spatial distribution allowing to estimate a source dip that is consistent with the surface geology data, even if the above-mentioned ratio is much less than 1/4. Thus, there are other factors, such as a heterogeneous magnetization, which might be controlling the vertical spreading of the Euler deconvolution solutions in the thrust zone. On the other hand, for the iron-ore formation, the solution cluster spreads out occupying a volume, in accordance with the results obtained with the synthetic sources having internal variation of magnetization intensity. As conclusion, although Euler deconvolution–derived solutions cannot offer accurate estimates of source shapes, they might provide a sufficient degree of reliability in the initial estimates of the source dip and volume, which may be useful in a later phase of more accurate modelling.     

非对称地震矩张量时间域反演:理论与方法

本文在对称地震矩张量反演的基础上,进一步研究了非对称地震矩张量时间域反演的理论与方法,结果表明:非对称地震矩张量反演与对称地震矩张量反演类似,只需将对称地震矩张量反演方法略加改动,即增加3个待解参数,便可实现非对称地震矩张量反演.为了判断非对称地震矩张量反演相对于对称地震矩张量反演是否存在过度拟合,运用了AIC准则 (赤池信息准则).为了定量地描述地震矩张量之间的差异,引入了地震矩张量的矢量表示法.通过分析格林函数与地震矩张量各分量之间的关系,得出:在非对称地震矩张量反演时,若仅用垂直向地动位移数据,将无法区分M_xy与M_yx这两个分量, 需要同时运用垂直向与水平向地动位移数据进行联合反演才能区分M_xy与M_yx; 若采用不同的速度结构模型或不同的格林函数计算方法,则需重新评估地震矩张量各分量的分辨度问题.为检验非对称地震矩张量反演方法的可行性, 利用合成地震图进行了一系列数值试验.数值试验结果表明,在非对称地震矩张量反演中,有必要引入S波进行P波与S波联合反演以提高反演的准确性和判定断层面的能力.      

preliminary discussion on horizontal gravity gradient and its application to seismic gravity precursor research

In this paper, according to the synthetic gravity anomaly of a horizontally infinite cylindrical geologic body, gravity gradient in horizontal direction was calculated by potential field discrete cosine transformation in frequency domain. In the calculation, the minimum curvature method was used to extend edge lines. We found that the gravity gradient field from the potential field transformation was dependable by comparison with synthetic gravity gradient, except the data in the edges. Then, the accumulative horizontal gravity gradients before Lushan M_S7.0 earthquake were calculated for the accumulative gravity anomaly from September 2010 to October 2012. In the north-south direction, gravity gradient in Daofu-Kangding-Shimian and Markang-Lixian-Lushan exhibited a positive high value, and the strike of the high value zone was in line with the strike of Xianshuihe Faults and Markang Faults. In the east-west direction, high value zone was not as obvious as that in the north-south direction. Gravity gradients in the direction along and vertical to the strike of Longmenshan Faults were calculated by the definition of directional derivative. In the along-strike direction, high gravity gradient values appeared in Markang-Lixian areas along Markang Faults and Daofu-Kangding-Shimian areas along Xianshuihe Faults, and extremum appeared in Kangding-Shimian and the area nearby Lixian. In the direction vertical to the strike of Longmenshan fault zone, high gravity gradient values appeared in Lixian-Lushan-Kangding-Shimian areas, and the extremum appeared in the area nearby Kangding. The results indicate that gravity gradient in the direction along and vertical to the strike of faults can better show the relative gravity change on the two sides of faults. Lushan M_S7.0 earthquake is located at the transition zone between the two high value zones of gravity gradient. The total horizontal gravity gradient shows that the location and strike of the high value zone are basically consistent with regional faults, and the extremums of total horizontal gravity gradient appeared nearby Lixian, Kangding and Shimian.