数据空间磁异常模量三维反演

强剩磁的存在通常导致了总磁化强度方向未知,进而影响了磁异常的反演和解释.磁异常模量是一种受磁化方向影响小的转换量,可以在强剩磁条件下通过反演三维磁化强度大小分布来推测场源分布状态.我们提出了一种数据空间磁异常模量反演算法来减少剩磁的影响.与标准的模型空间L2范数正则化反演方法相比,我们的方法有两个优点:一是无需搜索正则化参数(需要反复求解非线性反演问题),因而可以减少计算时间;二是反演结果更加聚焦,深度分辨率更高,我们对此进行了原因分析.通过模型和实测数据测试证明了该算法的有效性和更好的反演效果.     

强剩磁强退磁条件下的二维井中磁测反演

强剩磁、强退磁改变了总磁化强度的大小和方向,给磁测资料解释带来困难.为此,本文利用二维井中磁测数据反演磁化强度矢量的二维分布.首先利用井中磁测的磁异常模量反演磁化强度大小的分布.然后,在已知磁化强度大小分布的前提下,拟合磁场分量,反演磁化强度方向的分布.其中,磁化强度大小和方向均用共轭梯度法求解,并通过预优矩阵改善磁化强度大小的反演效果.理论模拟说明,该方法能准确获得磁化强度矢量分布.磁化强度矢量反演结果包括感磁、剩磁及退磁的影响,这为研究强剩磁、高磁化率矿床提供了一种有效方法.     

2D磁异常分步反演方法分析研究

2D磁异常分步反演方法是利用二维(剖面)磁测数据确定场源几何参数以及物性参数的一种反演方法,该方法的优点是构造的形态函数S不受场源磁化特征的影响,因此可以在未知场源物性参数的前提下,通过拟合依次反演得到磁性源形体横截面几何参数、磁化强度以及磁化方向.本文阐述了2D磁异常分步反演方法的原理及步骤,对形态函数S的特征及求取方法进行了讨论,分析了区域背景干扰(正常场)对反演结果的影响并提出了初步解决方案.在方法研究的基础上,进行了单一理论模型及组合理论模型的试算,得到了较好的反演结果.为了验证该方法的效果,对实测剖面进行了试算,得到了场源的边界及场源埋深信息,为进一步反演提供了有用的参考.     

磁化强度矢量反演新方法及其在卡拉塔格铜多金属矿床找矿中的应用

磁异常的反演是地球物理勘探的重要手段,三维磁化率反演是磁异常定量解释中的一种重要方法.由于剩磁的存在使得磁化方向与地磁场方向产生偏差,从而影响了磁异常反演与解释的精度.本文基于磁异常模量反演和磁化强度矢量反演方法得到了一种新的磁化强度矢量反演方法.与以往的磁化强度矢量反演方法相比,该方法以磁异常模量反演得到的磁化率模型为约束,采用Lp范数正则化方法求解,提高了磁化强度矢量反演的精度和效率.本文通过模拟试验的反演计算,验证了这种磁化强度矢量反演方法的有效性.最后,将本文方法应用于新疆东天山卡拉塔格地区航磁数据的解释,获得了地下空间不同磁性差异的磁性体的空间分布特征,为进一步分析研究区隐伏矿床提供了重要信息.     

基于概率成像技术的低纬度磁异常化极方法

化极转换是磁异常解释的重要基础,为了克服在地磁纬度较低的地区尤其是磁赤道附近化极不稳定的问题,出现了多种化极方法．本文基于概率成像技术提出了一种等效物性的反演方法,实现对地下等效场源的反演成像,取得了对低纬度磁异常稳定化极的效果．化极反演中逐次对剩余异常进行反演成像,实现由概率模型到物性模型的复杂映射,避免了类似反演中需要大型方程组求解等问题,并将概率模型的构制、物性参数的反演和反演评价有机地集成到一起,加速了反演成像的进程,使反演成像速度与目前概率成像的计算速度达到可相比拟的程度．对理论模型和实际资料的计算表明,该方法对低纬度磁异常化极处理是稳定有效的,而且可以较好地压制噪声干扰,能够在噪声干扰条件下进行反演化极．     

基于航磁矢量数据的磁源总磁化方向估算

在地质体具有较强剩磁或自退磁效应的情况下,获得地质体总磁化方向对磁法勘探的数据处理、反演及解释具有重要意义.与传统航磁总场测量相比,航磁矢量(三分量)测量能够获得地磁场的矢量信息.基于三分量磁异常一阶矩与磁源磁矩的积分关系,我们实现了基于航磁矢量数据的磁源总磁化方向估算.针对该方法易受相邻异常影响,从而使多异常的估算难以确定磁源中心位置的问题,分析了在不同磁化倾角下,估算的磁化偏角、倾角与实际磁源中心位置的关系,并根据该关系采取了限定估算区域的方法,获得了多异常的估算结果.将该方法应用于东天山启鑫地区实测航磁三分量数据,估算了具有强剩磁的启鑫岩体总磁化方向,并将估算的方向应用于化极计算.化极结果显示,减少了启鑫岩体磁异常受斜磁化的影响,且与磁异常模量计算结果类似.该方法假设磁源均匀磁化,估算结果可视为地质体总磁化方向的整体体现,对强剩磁地质体磁异常的数据处理、反演及解释具有实际意义.     

对廖家湾地球物理异常的新认识

为查明黄沙坪-廖家湾矿集区深部地球物理异常与成矿的关系,以及地下精细结构,本文采用人工地震、AMT、高精度磁测、综合物性研究等探测技术,结合该区的地质资料和前人的物性成果,通过磁、电、震联合反演,探讨了廖家湾成矿地球物理异常的深部地质成因;采用深、浅不同深度的地震反演速度剖面所提供的相对精细、精确的地下介质几何结构与速度变化特征,约束磁性与电性异常的解释,获得了较好的磁-震、电-震的一致性.研究表明:高磁性的矽卡岩与地面和航空磁异常密切相关,成矿地球物理异常与区内多金属矿(化)关系密切,是由深部隐伏钨锡矿(化)矽卡岩体引起.     

南海东北部陆缘三维磁性结构研究(英文)

南海东北部陆缘是研究南海深部结构、构造演化与动力学机制的关键区域。鉴于该区磁测数据受低磁纬度斜磁化和剩磁影响,本文采用等效源技术与磁异常模量反演相结合的策略,基于实测磁异常进行三维磁性结构反演。反演结果显示,区内具有显著的南北分块,东西分带的构造分区特点,磁性体的延展方向表现为东西向、北东向和北西向三组,与区内的主要构造方向一致。陆缘区高值磁异常带与其南侧的磁静区磁性反演特征存在明显差异,前者表现为沿北东向延伸的强磁性体,其平面展布范围约500km*60km,深度超过25km,结合最新的地球物理研究成果,认为可能与板块俯冲有关的地壳深部岩浆底侵活动密切相关。后者表现为浅部呈东西条带状展布的弱磁性体,而其深部下地壳及上地幔顶部为宽缓的磁性层,显示出类似于洋壳的磁性结构,推测可能与古洋壳有关。     

高精度磁测在多金属矿整装勘查区成矿规律研究中的应用

以最新成矿理论为指导,在多金属矿整装勘查区开展1:5万地面高精度磁法测量,为进一步地层、构造划分及矿产勘查工作提供有力地球物理依据.在充分收集并研究前人成果资料的基础上,对磁测数据进行化极、延拓等处理,并对采集的物性标本磁化率及剩磁进行分类统计,查明工作区磁场分布特征,圈定局部磁异常,研究磁异常与中酸性岩体、地质构造、成矿条件等之间的关系,从而圈定隐伏-半隐伏中酸岩体13处,划分构造26条,划定成矿有利靶区2处.对部分重点高磁异常布置1:1万的综合剖面测量,利用二度半人机交互反演,拟出了异常体埋深和形态.后经地质矿产检查证实推测结果与实际情况相吻合,因此证明高精度磁测在该区对构造相关的多金属矿成矿规律的研究有良好的效果.     

磁异常揭示的峨眉山大火成岩省的深部结构

峨眉山大火成岩省位于中国西南部,在晚二叠纪约260 Ma喷发出巨量的大陆溢流型玄武岩.对于大火成岩省的岩浆喷发,在地下必定有一个相应的大规模岩浆聚集和运移系统.地球物理方法是探测岩石圈内部的有效方式.峨眉山大火成岩省为镁铁质岩浆喷发,由于镁铁质-超镁铁质岩石一般具有强磁性,因此,在喷发结束之后,地下岩浆系统如果被镁铁质岩浆填充,冷却固化成为岩石圈的一部分,很有可能会引起磁异常.本文使用区域磁异常数据来对峨眉山大火成岩省的深部构造进行研究.该区域的磁异常由一系列离散的异常组成,通过3D磁化率反演可以得到磁性体的空间分布.由于磁异常中具有明显的剩磁,直接使用经典的反演方法会有较大误差,我们首先将磁异常转换为弱敏感于磁化方向的磁异常模量,再使用模量数据进行3D反演,得到地下空间内磁异常源的分布.经过分析认为这些离散分布的磁异常源反映了岩石圈内部的镁铁质-超镁铁质侵入体.侵入体的位置可能反映了底侵和内侵的镁铁质岩浆固化形成的侵入体,代表镁铁质岩浆房位置或者岩浆运移的主要通道.     

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.     

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.     

磁张量梯度数据方向解析信号比值的边界识别和空间位置反演方法

磁张量梯度测量具有高分辨率、多参量的优点,能更准确地描述磁源体的分布特征,在矿产资源勘探中具有广阔的用途.磁异常解析信号具有受倾斜磁化干扰小的特点,且为了增强深部地质体的分辨能力,本文提出磁张量梯度数据的解析信号比值的均衡边界识别及空间位置反演技术.磁张量梯度数据的均衡边界识别方法为不同方向解析信号比值的反正切函数,在降低倾斜磁化干扰的同时能有效地均衡不同深度地质体的响应,提高了对较深地质体的分辨率;空间位置反演技术是建立解析信号比值与地质体位置参数的对应方程,利用解析信号比值与地质体的对应关系作为约束条件来反演获得地质体的水平位置和深度信息,具有无需已知任何先验信息的优势.通过磁性体张量异常试验表明解析信号比值的边界识别方法能清晰和准确地获得不同深度地质体的边界,所建立的反演方程能准确地计算出地质体的范围和深度,具有较高的水平分辨率和精度.将本文方法应用于实测磁张量梯度数据的解释,获得了地下铁矿的分布特征,为区域矿产资源潜力评价提供了翔实的基础资料.     

基于交叉梯度约束的地震初至纵波与瑞雷面波联合反演

本文提出了一种初至纵波(P波)与瑞雷面波的交叉梯度联合反演策略.通过对初至P波进行全波形反演可以获得近地表P波速度结构;通过对仅含瑞雷面波信息的地震数据转换到频率-波数域进行加窗振幅波形反演(Windowed-Amplitude Waveform Inversion,w-AWI)可获得近地表横波(S波)速度结构.在二者反演的目标函数中均加入P波速度和S波速度的交叉梯度作为正则化约束项,使得在反演过程中P波速度和S波速度相互制约,相互约束,从而实现对地震初至P波与瑞雷面波的联合反演.数值模拟结果表明交叉梯度联合反演可以提高S波速度反演分辨率,而P波速度反演结果并没有得到提高.实际资料的反演结果表明,交叉梯度联合反演能够获得更加可信的近地表速度结构.     

2D joint inversion of CSAMT and magnetic data based on cross-gradient theory

A two-dimensional forward and backward algorithm for the controlled-source audio-frequency magnetotelluric (CSAMT) method is developed to invert data in the entire region (near, transition, and far) and deal with the effects of artificial sources. First, a regularization factor is introduced in the 2D magnetic inversion, and the magnetic susceptibility is updated in logarithmic form so that the inversion magnetic susceptibility is always positive. Second, the joint inversion of the CSAMT and magnetic methods is completed with the introduction of the cross gradient. By searching for the weight of the cross-gradient term in the objective function, the mutual influence between two different physical properties at different locations are avoided. Model tests show that the joint inversion based on cross-gradient theory offers better results than the single-method inversion. The 2D forward and inverse algorithm for CSAMT with source can effectively deal with artificial sources and ensures the reliability of the final joint inversion algorithm.     

基于交叉梯度约束的重力、磁法和大地电磁三维联合反演

为了降低单一地球物理方法反演的多解性及受噪声的影响程度,本文围绕重力、磁法和大地电磁法开展了三维联合反演的研究.重、磁采用基于对数障碍法的正则化反演算法,大地电磁使用limited-memory BroydenFletcher-Goldfarb-Shanno(L-BFGS)反演算法,引入交叉梯度函数实现了三种物性结构的相互耦合,最终开发出一套重磁电三维联合反演算法,并实现MPI并行加速计算.通过理论模型算例验证了算法的准确性,结果表明:不论是单棱柱体模型还是组合棱柱体模型,联合反演结果相较单独反演对于异常体的空间形态刻画以及物性数值恢复具有较好的提升;单棱柱体模型算例使得异常体的物性参数(密度、磁化率和电阻率)更加接近于真实的物性参数;组合棱柱体模型的联合反演结果不仅仅消除了围岩物性参数的假异常,而且还增强了异常体边界结构的恢复程度.