重震联合反演方法及其应用进展

地球物理反演是探索地下结构的最佳途径之一.地震波可以穿透到地球深部进行直接采样,是探测地球深部的主要方法.重力是结构体密度分布与地表观测点之间距离的体积积分效应,重力异常随着源深度的增加衰减很快,其对浅部结构的灵敏度明显优于地震数据.地震和重力联合反演能够相互补充和约束,提高空间分辨率,使反演结果更加稳定可靠.本文首先介绍了联系地震和重力数据的速度-密度经验关系,随后分别介绍了重震联合反演的3种常用方法—顺序反演、同步反演和交叉梯度反演,简要阐述了各种方法在国内外的应用情况.分析认为顺序反演将两类数据分开独立进行计算,原理简单,易于操作实现.但是该方法依赖于先验模型和速度-密度经验关系,可能存在分辨率较低区域(如模型边界)的误差放大效应.同步反演采用将地震和重力数据放在同一方程组中同时反演的策略,减弱了单一数据先验模型对结果的影响,但两种数据的同时运用势必引入数据权重分配问题.交叉梯度寻求不同物理参数模型在结构上的相似性,对潜在的岩石物性关系做了最少的假设,一定程度上降低了反演的非唯一性,但强制性地匹配模型的结构不一定完全符合地下介质的物性分布.因此使用交叉梯度方法反演时应注意模型的推导需要遵循客观标准,以控制模型的结构相似性和数据拟合度.最后指出重震联合反演中的速度-密度经验关系和数据的权重分配仍是值得探究的问题.     

电磁-重力联合建模约束反演圈定GS凹陷深层目标（英文）

GS凹陷深层上古生界煤系地层具有生烃能力,圈定出该套地层分布对凹陷油气评价意义重大。在缺少地震资料的情况下,依靠少量的钻井、地质资料,尝试利用电磁-重力联合建模约束反演圈定深层目标。首先根据三维大地电磁反演结果和已知钻井地质资料建立初始地质模型;再结合地层密度和重力异常特征,利用重力交互反演修正优化初始地质模型;然后对该模型进行大地电磁资料的电性约束反演,并进行拟合差评估,获得最优地质模型;最后将该地质解释方案与位于凹陷中部的一条地震剖面进行综合分析,确定地震剖面深层反射就是上古生界。该套烃源层主要分布于凹陷深部位,最大厚度达800m。实测资料处理结果表明,电磁-重力联合建模约束反演可以逐步降低单一地球物理方法的多解性,提高对深部地层的识别能力。非地震与地震结果相互印证,展示了电磁-重力联合建模约束反演技术在研究类似盆地深层目标中具有较好的应用潜力。     

中国东部及其邻域岩石圈底界面特征及地震活动性

对布格异常采用小波变换场分离技术得到深部重力异常，利用其他地球物理方法获得较可靠的先验信息作为约束，并采用球谐函数的级数解形式对中国东部及其邻域的深部重力异常进行联合反演，获得了该区岩石圈底界面的展布图像；同时对岩石圈底界面特征和强地震分布特性进行了讨论，指出中国东部及其邻域在地貌分布、各种地球物理场和岩石圈结构等方面都明显地具有分区性，很可能与深部岩石圈底界面的变化有关，而岩石圈底界面的形态的差异将对岩石圈层的运动和一系列地质过程产生重要作用，强地震活动的分布也与深部岩石圈界面形态和构造环境密切相关.     

大地电磁与地震联合反演研究现状与展望

由于大地电磁探测和地震勘探各自存在优势和局限,因此联合反演比单独一种地球物理资料反演更优越.本文剖析了联合反演的两类分类方法,指出大地电磁与地震方法具备联合反演的基础-理论上相似,物性上有联系,并重点分析国内外大地电磁与地震数据联合反演的研究现状与存在问题,总结层状均匀和非均匀两种介质结构的电震联合反演算法.对于如何耦合不同类型的物性参数这一联合反演的核心问题,指出目前广泛使用的岩石物理法和结构法两类方法的适用范围.最后提出大地电磁与地震联合反演的发展方向:层状均匀介质结构要优化线性迭代技术;非均匀的复杂地质结构,需加紧非线性反演理论向非线性反演发展,其中结构法反演前景广阔,要加强实际资料的运用;此外,电震联合反演也需与岩石物性等先验地质信息相结合.     

三维多层介质重力-地震同步联合反演

联合反演是地球物理勘探的重要解释手段,能够提高模型参数的反演精度.本文在归纳和分析重力与地震资料联合反演的研究和应用现状的基础上,利用三维多层介质模型的地震走时和重力正演公式,推导了地震走时和重力异常对界面深度的雅可比矩阵,实现了三维重力-地震同步联合反演界面成像.最后进行了数值理论模型模拟和实例计算,结果表明地震走时和重力同步联合反演很好的重建了三维多层介质界面.     

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...     

基于局部相关性约束的三维大地电磁数据和重力数据的联合反演

为解决地球物理反演中多解性的问题,综合多种地球物理信息的联合反演受到了广泛的关注.本文依据不同地球物理响应可能由相同异常体引起,而不同地球物理分布参数之间存在相关性等特点,提出了一种基于局部Pearson相关系数约束的联合反演方法.该方法假设每个局部区域模型参数的分布具有线性相关特性,在拟合不同类型观测数据时,对局部模型参数施加相关性约束,进行联合反演以减少多解性.本文采用交替迭代联合反演流程,改善了同一目标函数下联合反演收敛性和速度问题.基于新的联合反演方法和流程,我们测试了三维大地电磁和重力仿真数据的联合反演.结果表明,本文提出的基于局部相关性约束的联合反演方法,能充分利用大地电磁和重力观测数据信息,有效改善单一地球物理反演收敛性和多解性的问题,反演效果得到明显提升.     

约束变密度界面反演法在渤海深部结构研究中的应用

在分析研究约束变密度界面反演基础理论及其方法应用的基础上,本文以我国渤海深部结构为研究对象,利用变密度反演法,对渤海海域主要坳陷进行沉积厚度的反演及其与断层等的综合解释工作,而后对地壳与地幔之间存在的重要分界面-莫霍面,基于已有的对莫霍面信息有较为系统、整体性反应的研究区重力数据,对其进行变密度反演计算,获得了研究区莫霍面的深度分布情况.通过与已知的地质地球物理资料,主要地震OBS测深等前人研究成果相互对比验证,取得了较为良好的效果.在此基础上,进一步证明约束变密度界面反演法在沉积界面反演、深部构造研究等方面,可以为其他勘探区域的研究提供较为准确可靠的方法参考,从而丰富发展地球物理反演工作.     

利用海底电缆探测太平洋地区地幔结构的研究进展

介绍了地幔电性结构、地幔温度、地幔含水量等参数对地球动力学和地幔动力学过程的重要科学意义,综述了近年来利用海底电缆在该领域的主要研究进展.本文首先介绍了日本利用海底电缆探测地幔深部结构的方法原理与发展历程,然后阐述了该方法的观测方式、观测系统与仪器,综述了国际上近年来利用海底电缆在环太平洋地区海底的观测资料进行地幔一维电导率结构、三维电导率分布的研究进展.基于海底电缆的观测数据进行反演的结果表明,太平洋海域地区地球深部存在410 km,660 km的电导率不连续面,此不连续面与地震资料的波速不连续面基本一致,为地幔不连续面提供了新的地球物理证据.在根据由海底电缆观测数据反演得到的太平洋地区地球内部电导率分布基础上,综述了综合深部地震波速、岩石高温高压实验等,将电导率的分布转换为地球内部的温度场分布、推导地幔过渡带水的浓度进而转换为地幔过渡带的含水百分比(含水量)的方法技术与研究进展.研究结果表明,夏威夷和北日本海地幔过渡带电导率异常主要受温度控制,菲律宾海域地幔过渡带的电导率异常除了和温度有关外,还受含水量影响,该处地幔过渡带的含水量大约在1％左右.这些研究表明,海底电缆探测方法,在地球深部探测尤其是地幔不连续面的探测、地幔温度场分布与特征、地幔含水量等方面有重要的作用.最后,展望了海底电缆探测方法的研究与发展,这些研究方法及成果对认识中国海域地球内部机构提供一定的参考.     

苏北大陆科学钻探靶区重磁异常反演解释

对江苏东海县毛北地区重、磁观测异常进行了处理和特征分析,并根据科学钻探主要目标体榴辉岩与其围岩有达0.9×103kg/m3的明显密度差,进行了等效密度反演成像与综合地震约束反演计算.给出了该地区重力异常模型,可作为综合地质与地球物理研究的一个基础.     

四川盆地东西陆块中下地壳结构存在差异

四川盆地是中上扬子克拉通的主要组成部分.作为我国三大稳定克拉通之一,扬子克拉通经历了自太古代以来的长期演化,直到新元古代晚期与华夏板块发生碰撞拼合前,一直被认为是一个稳定的统一陆块.基底包括了新太古宙-新元古代岩层,其上广泛被新元古代晚期至显生宙地层覆盖,仅有~2.9—2.95Ga基底岩石零星出露于四川盆地的西缘、西南缘和三峡地区,使得对于沉积盖层之下的中下地壳的性质和分布规模的认识十分有限.重力异常则能够宏观揭示区域结构特征.本文通过刨除沉积盖层和莫霍面起伏引起的重力异常而获得了中下地壳的重力异常,反映了四川盆地东西陆块中下地壳存在结构差异,结合深地震反射资料、航磁异常和地球化学资料,证实了该分界线位于重庆—华蓥一线,故而推测中上扬子克拉通在太古宙-古元古代可能存在东西两个陆核.     

Mapping deep targets based on integrated 3D MT-gravity interpretation: a case study

Mapping deep geological hydrocarbon targets is of significant importance in basin exploration. In areas lacking reliable seismic data, magnetotelluric (MT) and gravity explorations are helpful to delineate the distribution of potential deep geological hydrocarbon targets. Here we investigate the effectiveness of the integrated 3D MT and gravity explorations for mapping the potential deep hydrocarbon source rocks. The result based on the data from the W Basin (part of the Ordes Basin) of China demonstrates that the method is efficient and economical for basin exploration. The method is particularly useful in target areas which are of great interest for oil and gas exploration but lack high quality seismic data. In our method, we first use the high-precision 3D small-bin MT data acquisition to improve the data accuracy. Then we perform datum static correction method and apply 3D inversion to obtain the3D resistivity distribution. We also develop a layered resistivity model based on resistivity logging to assist the interpretation of the inverted 3D resistivity data so as to derive an initial 3D geological model. Starting from the initial model, we use 2D gravity data to update the model via 2D inversion line by line, and then pass the updated model for the next round of the 3D MT inversion. The integrated inversion is implemented iteratively so the model converges to satisfy the need of final geological analysis. The application to the W Basin shows that we could successfully delineate the geological distribution of the potential deep hydrocarbon source rocks within the basin and map the thickness of the upper Paleozoic.     

基于背景噪声的川滇地区勒夫波层析成像

本文选取了川滇地区98个固定台站记录到的三分量地震背景噪声数据,采用互相关方法提取了勒夫波互相关函数,并利用自适应时频分析方法获取了勒夫波群速度频散曲线,经反演得到周期为8—30 s的勒夫波群速度分布图像.层析成像结果显示:短周期的勒夫波群速度分布图像呈明显的横向不均匀性,且与地表地质和构造特征基本一致,其中四川盆地呈不均匀的低速异常,盆地内成都平原地区的群速度相对低于盆地中部的丘陵地区,速度分界线为遂宁与峨眉山之间的连线,四川盆地内的群速度变化反映出沉积层厚度的变化情况;攀枝花地区呈高速异常,可能与古地幔活动有关,幔源物质以侵入岩和底侵岩浆的形式停留在地壳的不同深度,从而形成高速异常的特征.本文结果为了解川滇地区的构造运动提供了地震学线索,并为下一步研究地壳径向各向异性奠定了基础.      

The distribution of deep source rocks in the GS Sag: joint MT–gravity modeling and constrained inversion

The coal-bearing strata of the deep Upper Paleozoic in the GS Sag have high hydrocarbon potential. Because of the absence of seismic data, we use electromagnetic (MT) and gravity data jointly to delineate the distribution of deep targets based on well logging and geological data. First, a preliminary geological model is established by using three-dimensional (3D) MT inversion results. Second, using the formation density and gravity anomalies, the preliminary geological model is modified by interactive inversion of the gravity data. Then, we conduct MT-constrained inversion based on the modified model to obtain an optimal geological model until the deviations at all stations are minimized. Finally, the geological model and a seismic profile in the middle of the sag is analysed. We determine that the deep reflections of the seismic profile correspond to the Upper Paleozoic that reaches thickness up to 800 m. The processing of field data suggests that the joint MT–gravity modeling and constrained inversion can reduce the multiple solutions for single geophysical data and thus improve the recognition of deep formations. The MT-constrained inversion is consistent with the geological features in the seismic section. This suggests that the joint MT and gravity modeling and constrained inversion can be used to delineate deep targets in similar basins.     

The application of combined gravity and seismic data formation separation for revealing deep structure

In some oilfields with 3D seismic data, the deeper structure cannot be observed due to poor quality deep seismic data. Layer stripping using both seismic and gravity data is a solution for this problem but it cannot get satisfactory results because the horizontal variations in formation density are ignored. We present a variable-density formation separation technique to address this problem. Based on 3D seismic depth data and laterallyvariable density derived from 3D seismic velocity data, the upper formation gravity effect is calculated by forward modeling and removed from the Bouguer gravity. The formation-separated gravity anomaly with variable density is obtained, which mainly reflects the deeper geological structure. In block XX of North Africa, the shallow formations seismic data is excellent but the data at the top of basement is poor. The formation-separated gravity anomaly processed under the control of 3D seismic data fits well with the known seismic interpretation and wells. It makes the geological interpretation more reliable.     

重震反演中国东北地壳上地幔三维密度结构

本文利用重力和地震P波到时数据反演得到了中国东北地区地壳上地幔三维密度结构.与单一的重力或地震反演相比,重震反演一方面有效地克服了重力反演结果垂向分辨率低的问题,另一方面也提高了地震反演结果的可靠性.结果显示:中国东北地区的地壳及上地幔剩余密度异常分布与构造单元具有明显的相关性,造山带对应低密度异常,盆地对应高密度异常;区域内火山下方有明显的低密度体存在,可能是由于太平洋板块俯冲进入上地幔并部分滞留,在滞留板块深部脱水和软流圈热物质共同作用下产生了上涌岩浆,喷发后形成了火山.     

APPLICATION OF 3D HIGH PRECISION GRAVITY METHOD TO THE EXPLORATION OF DEEP BURIED HILL

Due to the influence of volcanic rock or weathering crust coverage, the quality of deep seismic data is often not reliable and it is difficult to identify small deep buried hill structure beneath the cover. However, the gravity exploration technology can use the remarkable density differences between the object and the overlying strata to identify this special geological reservoir. Although recently several rounds of seismic exploration have been carried out in Raoyang depression, Huabei Oilfield, North China to determine the existence of Hu 8 north deep buried hill, whether the buried hill really exists or not as well as its scale is still in controversial. In this paper, based on the information of seismic data and formation density, deep processing of 3D high precision ground gravity data has been carried out for 3D forward and inversion computation. The dimensional gravity forward calculation results show that the density of the deep anomaly body forms a relatively low gravity anomaly in the earth's surface. By using the potential processing method of vertical second derivative, and sliding filtering, the residual anomaly is separated from regional or background field, which illustrates the existence of a local high gravity anomaly at Hu 8 north area. According to the amplitude of residual gravity anomaly and formation density difference modeling, through a number of 3D forward calculations and 3D inversion of gravity data, the existence of Hu 8 north buried hill and its possible scale are basically determined. The results prove that the 3D high precision gravity method is effective in determining the deep buried hill structure in case that seismic data is not reliable.     

太行山重力梯级带的密度结构及其地质解释

斜贯中国东部地区的大兴安岭 -太行山 -武陵山重力梯级带是一条地壳深部构造变异带。选择与其中段———太行山重力梯级带相垂直的阜平 -定州剖面 ,利用人工地震测深与布格重力异常资料 ,进行了地壳 -上地幔密度反演分析。结果表明 ,该剖面的地壳 -上地幔密度分布具有明显的不均匀性。总体特征是剖面西部密度较低 ,东部密度较高 ,地壳厚度的横向变化基本上决定了布格重力异常梯级带的形成。结合华北地区的中新生代构造演化 ,认为太行山重力梯级带是燕山期以后形成的 ,它与板块之间的相互作用及上地幔热物质的运动相关     

渤海湾地区壳幔结构重磁综合研究

渤海湾盆地是华北克拉通破坏的中心,其东部渤海海域深部结构研究对认识华北克拉通破坏范围及动力学过程具有重要意义.为此,本文选取自河北新城经天津静海沿东南方向进入渤海海域的剖面进行重磁反演,研究其地壳结构特征.通过对该地区文献调研及2010年渤海海陆联测初步结果建立初始模型,结合本地区密度、磁化率特征进行二度半体重磁异常反...     

重力-地震联合变密度剥层技术研究深层构造

在某些已经完成三维地震勘探工作的油气田区,因深层地震资料不好,深层构造难以得到解决。虽然结合地震资料与重力资料的重力剥皮技术得到开发和使用,但由于它没有考虑地层密度的横向变化,因此未能获得满意的处理效果。为了改善该类地区的重力勘探效果,本文提出了变密度剥层方法,它利用各地层的三维地震深度资料和三维地震层速度转换的具横向变化的密度资料,通过正演其重力效应,并从布格重力异常中去除,从而得到主要反映深部地质构造信息的变密度剥层重力异常。在北非某区块,除基底顶面外,各层地震资料良好,通过重力-地震联合变密度剥层处理得到的剥层重力异常,与已知地震和钻井资料吻合良好,为深部基底研究奠定了良好的基础。