裂陷盆地基底双界面模式二维重力反演

裂陷盆地基底的起伏表现为非光滑的几何形态,传统的重力反演结果并不能很好地反映这种特点.此外,大多数情况下,重力观测面并不位于盆地上界面,应为单独的起伏观测面,盆地应为上界面和基底组成的双界面模式.基于此,本文研究了起伏观测面上裂陷盆地基底双界面模式二维重力反演方法.研究中假设沉积盆地的沉积层与基底的密度差随深度按双曲线规律变化.将沉积盆地的沉积层剖分成相邻的垂直柱体,其水平尺寸是已知的,顶面与沉积层上界面重合,底面深度代表基底的深度,即为要反演的参数.反演中引入全变差函数作为盆地模型的约束,使得反演结果呈现非光滑形态,符合裂陷盆地基底特征.为减小反演多解性,引入已知深度点作为约束.建立由重力数据拟合、已知深度约束及全变差函数组成的目标函数,采用非线性共轭梯度算法使目标函数最小化.模型试算结果表明该方法可反演裂陷盆地基底起伏,并通过调整正则化参数的值可反演坳陷盆地基底起伏.将该反演方法用于珠江口盆地惠州凹陷和运城-临汾裂陷盆地实际资料处理,其结果较好地反映了裂陷盆地基底起伏特征,为研究盆地构造、油气勘探等提供重要参考.     

宜川—泰安重力剖面布格重力异常及归一化总梯度的构造意义

利用宜川—泰安剖面高精度重力观测及GPS测量结果,计算得到该剖面较为精细的垂向一阶导数梯度和布格重力异常归一化总梯度图像.结合前人相关研究结果,本文认为垂向一阶导数梯度主要反映浅部异常场源的位置和低密度地质体的特性.利用该梯度图像,对宜川—泰安剖面经过的7条主要断裂及其空间分布特征进行分析解释,并推测各断裂的可能埋深和性质.      

基于总水平导数改进的密度界面快速反演方法

直接迭代法是利用重力异常反演密度界面的一种重要方法,对迭代公式分析的结果表明,可在反演公式中添加加速收敛因子以减少反演的迭代次数从而提高效率.对于平缓的密度界面采用较小的加速收敛因子、而对起伏较大的界面采用较大的加速收敛因子可有效减少反演迭代次数.为此,本文利用重力异常总水平导数判断待反演界面起伏平缓和起伏较大的区域,并以此为基础,将总水平导数计算结果归一化至1.4～2.2之间而形成全区变化的加速收敛因子.假设待反演密度界面上下的密度差沿横向变化,将加速收敛因子加入迭代公式中形成最终的反演迭代公式.模型试算结果证实了本文方法可有效减少直接迭代法的迭代次数,并且也适用于含噪重力数据反演.最后将该方法用于渭河盆地西安凹陷的实际资料处理之中,反演结果证实了该方法的实用性.     

基于粒子群算法的四川长宁地区印支构造界面反演

为减少密度界面重力反演的非唯一性,文中对经典粒子群算法的初值模型和参数设定进行优化,并通过理论模型验证其有效性。基于该改进算法,采用长宁科考的多条实测重力剖面数据反演计算了长宁地区印支密度界面的深度,并结合界面起伏形态分析该地区的构造特征及其与地震的关系。研究结果表明,经优化的粒子群算法全局搜寻最优解的性能稳定,深度误差更小。对长宁地区印支密度界面的反演显示,该界面总体呈现中间隆起、四周凹陷的特征,深度介于0.3～3.3km,与前人的结果基本一致,文中所得结果的细节更精细。研究区东侧界面的凹陷程度显著大于西侧,界面隆起部分对应长宁-双河复式大背斜,深度介于0.3～1.9km,背斜核部受到构造运动的抬升侵蚀作用导致古老地层出露地表。大背斜北翼处的界面较南翼陡峻,呈条带状分布的北翼浅层地震发震位置与界面起伏具有高相关性,地震多发生在印支界面剧烈起伏处;呈团状分布的南翼浅层地震发震位置处的印支界面存在明显凹陷。文中的反演结果为该地区地震构造环境研究提供了基础信息,也是后续多层密度界面模型的重要参考。     

鄂尔多斯盆地上地壳速度分布与沉积建造和结晶基底起伏的构造研究

基于在鄂尔多斯盆地与其北部造山带地域,即沿延川—包头—满都拉地带进行的地震宽角反射和折射波场探测,取得了高分辨率的Pg波震相.通过走时差分层析成像方法进行Pg波波场走时反演,给出了沿剖面辖区的上地壳速度分布,求得了沉积建造和结晶基底折射界面的起伏变化,并给予了解释.研究结果表明,鄂尔多斯盆地上地壳为双层结构,上下层之间存在明显的折射界面,上层速度低,纵向变化梯度大;下层速度高,变化较为均匀.基于沿剖面辖区上地壳的速度分布特征提出自南向北应分为：榆林南凹陷、榆林—刀兔隆起、刀兔北至鄂尔多斯北缘断裂为箕形凹陷及其内部的次级构造、呼包凹陷以及伴随的断裂等沉积建造和结晶基底的起伏变化.阴山造山带上地壳速度明显比两侧地区高,速度呈纵向条带状展布,故呈现出结晶基底结构的分布特征和乌拉山、色尔腾山、和教岩体及白云鄂博群陆壳拼合及增生现象.内蒙造山带上地壳亦为双层结构,但基底折射界面不如鄂尔多斯块体明显.本文基于对该区沉积建造和结晶基底的起伏,讨论了沿剖面各有关凹陷的沉积特征与油气前景.     

东海及邻区重力异常多尺度分解

海洋深部地壳结构研究 ,主要研究沉积基底面与莫霍面的形态与埋深 .这两个界面 ,上、下地质体的密度差异分别约为 0 .1g/cm3和 0 .4g/cm3,采用重力测量成果来研究这两个界面 ,具有充分的物性前提 .但是 ,重力测量成果是整个岩石圈甚至包括上地幔物质的综合反映 ,如果能从测量成果中分离得到上述两个界面的重力效应 ,再据此来研究它们的形态 ,就会简单、准确一些 .我们采用二维小波多尺度分解技术 ,首次对东海及邻区自由空间重力异常进行分解 ,目的在于获取沉积基底面、莫霍面所产生的重力异常 .对分解结果进行了分析研究后认为 ,四阶变换异常细节主要由沉积基底面的起伏引起 ,四阶变换异常逼近则主要由莫霍面的起伏所引起 .本文介绍了二维小波多尺度分解方法与算法 ,展示了分解结果 ,论述了对分解结果的初步认识 .     

基于Lp范数正则化的V字型密度界面重力反演

V字型密度界面是一类常见的密度界面,如海沟、半地堑以及俯冲带之下的莫霍面,利用重力数据刻画此类密度界面形态对于区域构造研究、油气勘探以及物理海洋学等都具有重要意义.本文首先建立了L_p-范数形式的模型约束函数,并利用正则化原理将其与重力数据误差函数和已知深度约束函数结合形成V字型密度界面反演的目标函数,推导了目标函数的梯度表达式,并以非线性共轭梯度法为核心给出了反演流程.二维简单模型试算结果表明p=5时该方法能准确地刻画V字型密度界面起伏特征,且亦能准确地应用于二维复杂密度界面和三维界面的反演.最后将反演方法应用于挑战者深渊及邻区的实际资料处理之中,利用研究区海底地形数据和沉积层厚度数据对自由空间重力异常逐层剥离而得到莫霍面引起的重力异常,用本文方法对此重力异常进行反演,结果呈现了板块俯冲作用引起的V字型莫霍面起伏特征.     

满都拉—卡楚加的长剖面地壳介质密度分布及深部结构特征探榷

通过对南起中国内蒙古满都拉、向北经蒙古国、直抵北端俄罗斯贝加尔湖北卡楚加全长1320 km长重力剖面的布格重力异常数据进行处理和解析,依其构建了沿剖面的二维地壳密度结构模型,并详细分析了沿剖面的地壳底界面(Moho界面)展布的深部构造特征,及剖面辖域内的5个次级局部构造单元的重力异常场、地壳密度结构、界面起伏及断裂构造分布的特征.期望此研究结果能为该剖面跨越的中亚造山带东部地区的地壳结构、各次级构造单元的界域与关联方面的进一步研究提供相关的重力场依据.     

南海北部白云凹陷深水油气区的重-震数据处理与分析

白云凹陷位于南海北部陆缘深水地带,是我国深水油气资源勘探的重要地区。开展重-震成像研究,是分析该区烃源岩分布特征、大型构造圈闭、成藏层系与储层条件的重要方法。本文通过重力异常、地震Vs波速结构模型及地震勘探剖面分析,获得研究区自由空间重力异常、布格重力异常、水平和垂向梯度、密度反演图像、Vs波速度结构图像以及高分辨率地震勘探剖面图像。重力图像揭示:白云凹陷中心的强负值异常图像与较厚沉积和基底起伏有关;凹陷东侧相对高正值局部重力圈闭与中生代残余地层有关;凹陷北侧条带状正异常则与陆坡向洋盆过渡时基底下凹有关。白云凹陷的主凹陷和南凹陷存在明显的层状负剩余密度或相对低密度区,是有利的含油气层位。地震图像揭示:白云凹陷由北向南存在明显的细颈化带、外缘隆起带、洋陆过渡带等结构。在陆缘地壳强烈伸展薄化期间,白云凹陷形成大型三角洲-湖相烃源岩沉积环境的凹陷结构,沉积物源主体来自北侧。随着地壳强烈减薄的细颈化,凹陷出现明显的台阶式沉陷,导致陆架坡折带由南向北迁移,形成陆架边缘三角洲、深水重力流水道和深水扇等有利的储层。高分辨率地震资料获取的地震勘探剖面图像上,可以识别出许多浅层气运移通道,表明白云凹陷丰富的中、浅层气大多来源于深部地层。      

青藏高原三维地壳结构的重力正演模拟

青藏高原地壳结构的重力学研究主要集中于莫霍面深度反演及单个剖面的重力正演,但是,在亚东-格尔木与下察隅-共和之间没有地震测线的区域,地壳结构的研究受到限制.为了探讨从青藏高原中部到东部的地壳结构特征,本文采用三维重力正演的方法,对青藏高原三维地壳结构进行了重力正演模拟.研究结果显示,地壳各层界面起伏较大,表明高原地壳变形强烈.研究区域中,藏南喜马拉雅地体界面相对较浅,处于界面陡变带,往北进入拉萨地体,界面相对变深.正演剖面中,大的界面起伏与大的断裂构造有关,莫霍面的陡变也暗示着莫霍面存在错断现象.东构造结莫霍面有抬升现象,在玛多附近莫霍面有下凹现象.地壳分层正演显示,32 km以下地壳产生的重力异常占总异常的80%以上,低速层及高速体产生的重力异常最大可占到总异常的10%左右.     

基于重磁震资料的南海新生代盆地分布综合研究

作为西太平洋最大的边缘海,南海分布有30多个新生代沉积盆地,其蕴含着丰富的油气资源.但由于资料的限制,南海存在不同区域盆地研究程度不同,不同区域盆地面积差别较大,部分盆地只是坳陷而没有达到盆地的级别以及盆地外围可能存在凹陷等问题.南海新生代盆地分布问题制约了其油气分布规律、储量等基础地质问题的研究.本文以地震剖面数据为约束,以重力资料为主、辅以磁力资料,研究了南海新生代盆地分布及构造区划.通过提取新生代盆地及其构造单元引起的重力异常,结合地震剖面等资料反演了新生界底界面深度及新生界厚度.在充分调研已有盆地和构造单元划分方案的基础上,根据南海的地质及地球物理特征,确定了盆地及构造单元划分标准.以新生界厚度为基础并结合重、磁、震、地质等资料,进行地质-重磁震联合解释,将南海原有的36个盆地重新划分为24个盆地,盆地总面积扩大了约15万km².研究表明,南海新生代盆地沉积层厚度在1.5~16 km之间,有6个北东东/北东向沉积坳陷带、2个近南北向沉积坳陷带以及1个三角沉积坳陷区;盆地展布方向主要为北东和北东东向,其次为北西和近南北向,呈现"南三北三"的分布特征.     

中国东北地区剩余重磁异常特征与地质构造及成矿带的关系

在分析中国大陆宏观格架、全国布格重力异常和东北地区1:50万剩余重、磁力异常的基础上，结合东北地质及构造演化史，分析了东北剩余重磁异常特征，并探讨了剩余重磁异常特征与地质构造的关系.总结了与成矿有关的剩余重磁场特征，说明了剩余重磁异常可在刻画地质构造、断裂分布、地层分布及成矿带方面提供重要的参考信息.     

基于布格重力异常研究运城盆地的构造特征

利用运城及周边地区的布格重力资料,对布格重力数据进行小波分解得到不同阶次的重力异常信息。依据各个阶次的小波变换结果并结合该区域的地质构造环境,对小波变换细节图中存在的特征较为明显的布格重力异常带进行深入分析,对异常所揭示的构造现象在地壳不同深度的分布特性等进行分析研究。结果表明:小波变换细节与区内地壳内部的隆起、凹陷及断裂构造具有很好的对应关系,可以对运城盆地的构造特征及地壳结构做更加深入的研究。     

华北克拉通中东部基底构造单元的重磁特征

系统收集并重新处理了华北克拉通中东部的重磁资料,利用处理结果,结合近年来华北克拉通前寒武纪结晶基底构造研究的进展,重新将华北克拉通中东部划分为2个一级重磁异常单元和7个二级重磁异常单元;重点描述了7条分划性断裂的重磁特征,特别指出中国东部重力梯度带正是华北克拉通中部带的集中表现,而郯庐断裂带和兰考～聊城～盐山～台安-大洼断裂带是燕山期陆内不同刚性块体调整的重要边界,所以也是重磁特征的变异带．据此,对华北克拉通断裂与构造单元的重磁异常特征赋予了新的地质意义．研究表明,华北克拉通现今的地球物理特征能够反映结晶基底构造,其原因是华北克拉通现今构造格局是中新生代构造继承结晶基底构造的结果．     

南海重力异常的沉积层密度改正及其对区域构造特征分析的意义

南海位于太平洋板块、印澳板块和欧亚板块交汇处,自晚中生代以来历经张裂作用、海底扩张以及印藏碰撞、菲律宾海板块西向运动等构造事件的叠加改造,不仅形成了复杂多样的构造格局,而且堆积了厚薄不均的沉积层.为了考察沉积层密度改正对利用重力资料分析南海不同尺度构造特征的影响,本文利用南海各区域不同深度沉积层的地震波速度及钻孔密度等数据,建立了沉积层与沉积基底密度差随深度变化的二次函数关系式,并基于该关系式,计算了南海沉积层相对基底密度低而产生的重力异常值.结果显示,南海沉积层的重力异常值在海盆区介于-40~-60 mGal,而在堆积巨厚沉积物的莺歌海盆地可达到-135 mGal;相对于空间重力异常、布格重力异常,经沉积层重力异常改正后的地壳布格重力异常更能突出深部不同尺度的密度结构和莫霍面的起伏特征,其总水平导数模更突显了南海西北部红河断裂带的海上延伸;利用谱分析技术估算岩石圈强度时,经沉积层重力异常改正的地壳布格重力异常数据获得的岩石圈有效弹性厚度值更为符合地质实际,特别是在长条形的巨厚沉积区如莺歌海盆地和马来盆地.分析表明,重力异常的沉积层密度改正对揭示南海构造特征具有重要的意义.     

盆地基底岩性的综合地球物理预测方法——以松辽盆地滨北地区基底岩性预测为例

预测盆地基岩岩性不仅对于研究盆地的深部地质结构及盆地的形成演化具有重要的意义,而且也对基岩风化壳油气藏的勘探具有一定的指导作用.本文通过对盆地重、磁异常成因的综合分析,提出了一系列盆地基底岩性综合预测研究的综合地球物理资料处理解释方法技术.指出在地震构造界面的约束下采用重力剥皮技术可以较为可靠地获取基底岩性重力异常并分...     

Mean Free-Air Gravity Anomalies in the Mountains

Mean free-air gravity anomalies are often needed in geodesy for gravity field modelling. Two possible ways of compiling the mean free-air gravity anomalies are discussed. One way is via simple Bouguer gravity anomalies and the second and more time consuming way is via refined Bouguer gravity anomalies. In flat areas the differences between using any of the two ways should not be significant. In the mountains however, every effect introducing a high dependency, such as e.g. terrain effect, can negatively affect the interpolation process. In fact, a numerical experiment conducted in one part of Rocky Mountains revealed large and systematic differences. The effect of these differences on the geoid model is more then two meters in the test area. Our investigation shows that this bias is caused by the location of gravity measurement points, chosen mostly on hill-tops. At such points, the terrain correction to gravity is systematically larger than the mean value of the correction. Therefore, it is not possible to prevent the mean free-air gravity anomalies obtained from simple Bouguer gravity anomalies from having a systematic bias. One can see this bias as a result of the aliasing effect because the simple Bouguer gravity anomalies in the mountains contain a higher frequency signal (terrain effect) that is, according to sampling theorem, impossible to reconstruct by sparse measured gravity data, see e.g. (Goos et al., 2003). Therefore, the more rigorous way of computing the mean free-air gravity anomalies is via refined Bouguer gravity anomalies.     

黄骅坳陷横向构造转换带与基底三分结构的重磁证据

黄骅坳陷盆地结构及构造单元展布受深断裂及盆地基底的控制与影响,利用重磁异常可以较大范围地揭示出控制盆地构造格局的深断裂及基底结构特征.本文综合考虑研究区盆地基底的宏观磁性差异以及存在的剩磁影响,采用对磁化方向依赖性小的磁异常模量数据,研究了黄骅盆地区域横向构造转换带的展布与磁性基底结构.识别出五条NW向与优势构造走向高角度相交的区域横向构造转换带和两条呈“T” 型展布的隐伏深断裂;研究区基底具有三分性结构特征,隐伏深断裂可能为三分基底的拼合线;基底结构差异及区域横向构造转换带共同控制了黄骅盆地“南北分区,东西分带”的宏观构造格局及沉积构造单元的展布.     

利用海洋重力场变化分析洋底板块运动

洋底板块运动是地球动力学和全球变化研究的重要内容.本文根据质量迁移与地球外部重力场变化的对应关系,利用不同时期测高资料推算的1995—2019全球海洋重力场变化结果,反演分析全球洋底板块运动特征.研究表明,板块汇聚边界、板块内无震海岭、海山群、断裂带等区域重力异常变化显著,而在板块离散边界无明显变化趋势;西南印度洋中脊、大西洋中脊、中印度洋中脊等地区重力异常垂直梯度变化显著,且在西太平洋俯冲带、部分海岭区域也存在明显变化,其空间分布与地形基本吻合.海洋重力场变化整体上准确反映了全球洋底板块构造运动.相较于重力异常变化反演结果,重力垂直梯度的变化能够更为准确地反映洋底板块运动特征,特别是在洋中脊区域,扩张速率越小,垂直重力梯度变化越显著.此外,详细讨论了测高海洋重力场不确定因素对洋底板块运动分析结果的影响,海面坡度改正是主要因素之一.