三度体球冠模型重力异常计算方法及其重力归一化总梯度场特征

提出利用铅垂柱体薄片作为面元的面元积分法,计算三度体球冠重力异常的计算公式,用三度体球冠模型模拟三度背斜体,计算了均匀密度球冠模型、非均匀密度储油球冠模型的重力异常。最后通过误差分析,验证了该方法的可行性。采用波数域重力归一化总梯度计算方法,计算了均匀密度球冠模型、非均匀密度储油气球冠模型G^H场,发现似三度背斜体与二度背斜体有相似的G^H场等值线特征,似三度贮油气藏背斜构造的G^H场亦表现出明显的“两高夹一低”的储油典型标志。所以,可以用非均匀密度三度体储油球冠模型模拟三度贮油气藏背斜构造。     

用边界元法进行二维重力异常反演

重力异常正演计算的边界元方法是利用格林公式将通常的沿整个密度体的体积分转变为沿密度体边界的积分,这样使问题的维数降低了一维,从而加快了计算速度、提高了计算精度。本文利用边界积分公式解反问题,这样减少了求解参数,提高了稳定性。理论模型计算表明,该法适用于形状复杂均匀密度体的反演,特别是它能用于地下起伏密度界面的确定。     

球坐标系密度界面反演方法及在华南大陆的应用

密度界面反演方法在油气勘探、推断区域构造、获取地壳结晶基底面、莫霍面起伏形态等方面具有重要意义。现有的密度界面反演方法大多基于笛卡尔坐标系统,当涉及到大区域乃至全球尺度的密度界面反演时,地球曲率的影响将不可忽视,需考虑基于球坐标系Tesseroid模型的密度界面反演方法。然而,受计算精度和效率制约,已有的基于Tesseroid模型的密度界面反演方法并不能很好地适用于地表重力观测数据的反演计算。笔者基于前人研究,给出了一种适用于地表观测数据的球坐标系密度界面反演方法。该方法首先将常规的球坐标系高斯—勒让德重力积分公式进行简化,提高了重力正演计算效率。随后,引入并改进了前人的自适应剖分方案,提高了重力正演计算精度。在此基础上,采用Cordell迭代优化算法,得到了适用于地表观测数据的球坐标系密度界面反演方法。通过模型数据试验,对本文球坐标系密度界面反演方法进行了验证。结果表明,笔者对高斯—勒让德积分公式加以改进和引入改进的自适应剖分方案后,很好地克服了计算精度和效率对地表观测重力计算的掣肘,并且,基于球坐标系的密度界面反演结果优于基于笛卡尔坐标系的密度界面反演结果。在华南大陆实际数据试验中,利用文中方法得到的华南大陆的莫霍面深度与前人得到的莫霍面深度具有较高的吻合度,莫霍面自西向东逐渐抬升,西部抬升剧烈,东部抬升平缓,沿武陵山—贵桂交界一带呈现明显的NNE向莫霍面梯级带,验证了文中方法的科学有效性。     

三维任意形体电法数值模拟的积分方程法

本文采用三角形单元对地质体表面进行划分,采用不均匀分割和LU分解解线性方程组求取地质体表面电荷密度,使得对任意形状三维地质体视电阻率异常的正演计算获得了满意的结果。     

基于OpenMP的重力张量并行正演CSCD

重力张量是重力位的二阶空间导数,对密度体的变化和细节部份反映更为灵敏。对于复杂的重力密度模型来说,张量的解析公式是很难推导的。为了模拟这种情况,将复杂模型进行有限元剖分,计算每个单元的重力异常对测点张量的影响,最后叠加得到整个复杂模型在测点处的重力张量。采用Delaunay四面体非结构化网格对密度体进行剖分,经分析表明,这种剖分方式具有较高的精度。有限元剖分的方式拟合复杂形体缺点之一是计算量比较大,而并行化能有效解决这个问题。这里基于OpenMP并行模型编写了重力张量并行正演程序,分析了不同情况下并行的执行性能,为大规模复杂模型的重力张量正演提供了一种并行策略和思路。     

基于OpenMP的重力张量并行正演

重力张量是重力位的二阶空间导数,对密度体的变化和细节部份反映更为灵敏.对于复杂的重力密度模型来说,张量的解析公式是很难推导的.为了模拟这种情况,将复杂模型进行有限元剖分,计算每个单元的重力异常对测点张量的影响,最后叠加得到整个复杂模型在测点处的重力张量.采用Delaunay四面体非结构化网格对密度体进行剖分,经分析表明,这种剖分方式具有较高的精度.有限元剖分的方式拟合复杂形体缺点之一是计算量比较大,而并行化能有效解决这个问题.这里基于OpenMP并行模型编写了重力张量并行正演程序,分析了不同情况下并行的执行性能,为大规模复杂模型的重力张量正演提供了一种并行策略和思路.     

利用DCT法计算重力归一化总梯度

利用重力归一化总梯度方法可以寻找场源位置,通过“两高夹一低”的典型场特征可以检测油气构造,传统的方法主要采用的是别列兹金法（即傅立叶级数法）和傅立叶变换法。利用DCT法计算重力归一化总梯度是最新研究方法。从理论上给出了基于DCT的重力异常转换公式,进而研究了无限长水平圆柱体、三度体非含油气球冠以及储油球冠模型G_H场特征。模型实验证实：随着地质体埋深的增大,谐波数会逐渐减小,G_H场奇点极大值向下移动,且呈现线性衰减的特征;储油球冠G_H场等值线表现出明显的“两高夹一低”的储油气藏典型标志;用DCT法计算的G_H场具有优良的稳定性,而且能够增加向下延拓的计算深度。     

任意密度分布复杂地质体重力异常快速三维正演方法

解决任意密度分布复杂地质体重力异常三维正演快速、高精度计算问题,是实现重力三维反演、人机交互解释建模的关键。针对该问题,从积分方程出发,提出一种波数域重力异常三维正演方法,其关键环节包括三个方面:(1)将研究区域剖分成许多规则小棱柱体,每个小棱柱体密度值可以任意给定,以此刻画任意密度分布和起伏地形条件下的复杂地质体;(2)给出一种新的高精度均匀棱柱体重力异常二维波数域的计算公式,用于计算组合棱柱体模型的重力异常;(3)采用Gauss-FFT法将重力异常从波数域转换到空间域,保证计算效率的同时,有效克服了传统FFT法引起的边界效应问题。模型算例检验结果表明,该算法计算速度快、精度高,对于剖分为百万个棱柱体的模型,耗时只需几秒。     

鱼群算法的重力密度异常反演方法

解的优化问题是重磁反演中比较重要的一个方面,近些年来出现了很多的优化算法,如遗传算法、粒子群算法等。这里将采用一种新型仿生优化算法,即人工鱼群算法(Artificial FishSchool Algorithm,AFSA)来进行密度反演。将研究区域划分成若干规则且密度均匀的长方体,由引力位推导出长方体外任意一点的重力异常公式,利用重力的可叠加性,计算出观测点的重力异常。并在给定长方体参数后,根据已知重力异常确定密度参数,利用人工鱼群算法寻求最优解。通过理论模型得出:当所反演的密度参数为"2"时,该算法效果十分明显;当所反演的密度参数较多时,该算法在使用方面有一定限制。     

Stokes积分中重力异常系统差对大地水准面影响的仿真研究

基于Stokes公式,推导了重力异常系统误差与Stokes大地水准面间的误差关系式;设计了基于EGM2008重力场模型的仿真试验,进行了重力异常系统误差传播的量化计算,验证了误差关系式的可靠性;采用误差关系式估计重力异常系统差对Stokes大地水准面的影响时会受到"误差边缘效应"的影响,经仿真试验给出了积分半径的选取与误差关系式估计精度间的关系。     

基于GPU的任意三维复杂形体重磁异常快速计算

提出了基于图形处理单元的任意三维复杂形体的重磁异常快速正演计算方法。将地下半空间剖分为大小相等规则排列的一组长方体单元,任意三维复杂形体可以表示成很多不同体积和密度(磁性)的长方体的近似组合。用解析方法计算出所有这些长方体在计算点的重力(磁力)异常,并累加求和,就可以得到整个模型体在计算点引起的重(磁)异常值。为了提高近似程度,需将地下半空间剖分得很细,用传统的CPU串行程序计算相当耗时。GPU在处理能力和存储器带宽上相对CPU有明显优势,采用GPU并行算法,可大大提高计算速度。相关试验结果表明,用GPU实现的正演快速算法计算结果正确,效率明显提高,为重磁异常三维物性反演提供了基础。     

利用正则化方法计算重力归一化总梯度

针对重力归一化总梯度计算过程中向下延拓的不稳定性,将正则化因子引入到向下延拓中,提出了利用正则化方法计算重力归一化总梯度的方法。在模型试验中,对非均匀球冠模型中不同厚度油气藏进行试验分析,结果表明:选取合适的谐波数和正则化因子,可以较好识别出"两高夹一低"的储油特征,且识别能力强于常规的Fourier变换法,这说明本文方法能够提高重力归一化总梯度计算结果的稳定性和分辨率。在实例应用中,利用此方法不但清晰地显示了已有油气藏的位置,还推测了5个油气构造区。     

布格重力异常地形校正方法在微重力勘探中的缺点及其纠正方法

多年来,不论重力勘探程度如何,在布格重力异常计算中都必须经过地形改正和中间层改正。本文通过分析在计算布格重力异常时地改和中间层改正对测点的重力补偿,提出了取消中间层改正以适应微重力勘探精细解释需要的地形校正方法。该方法建立在对实际地形（岩性）的正演基础上,可以根据施工地区的地质条件合理选择重力基准面进行可变密度地形校正。使用该方法可以比较好地消除地形起伏和不均匀岩性对测点产生的重力影响,从而得到比较可信的重力异常数据。     

重磁方法在金川铜镍矿东延M-15异常勘查中的应用

M-15磁异常(东湾异常)是国内外学者关注的寻找铜镍矿的重点预测区之一。该异常处于全覆盖区,前人推断它是由超基性岩体引起的。本次采用重、磁方法和已知白家咀子超基性岩体磁异常特征对比,认为M-15系非同源重磁异常,以磁力高、重力低为组合特征,异常体埋深较大,磁异常可能为1200 m以下的超基性岩引起,重力低异常系埋深1 000 m左右的龙首山群元古界基地凹陷引起。这一结论对于扩大铜镍矿源起到了积极的作用。     

高精度重力测量在香港石硖尾滑坡治理区的应用

介绍了采用5m网度的高精度重力测量进行工程勘查的方法技术，包括测地技术、重力测量技术和三维反演技术。通过对已知山顶建筑物工程设计参数进行重力影响的消除，实现了人文干扰的改正。采用精确的直立棱柱体理论重力异常正演公式进行正演，并采用广义逆的方法进行反演，获得了香港九龙石硖尾滑坡治理区新鲜花岗岩基顶面起伏的构造特征。与钻探结果对比表明，该花岗岩基顶面深度图结果可靠。     

青藏高原重力异常与地形高程的负相关校正

针对消除青藏高原重力异常与地形高程呈负相关关系所引起的假异常,提出了均衡校正和残余负相关校正相结合的一套具有可操作性的校正方法,并对青藏高原可可西里地区重力异常数据进行了处理,效果明显,验证了方法的有效性.     

重力异常的拟合多项式次数的选定

本文提出了一种应用趋势分析划分重力异常时选定其拟合多项式次数的方法。对于单一异常,用不同次数的多项式对它进行最小二乘拟合时,利用表示其拟合程度的方差与多项式次数的关系曲线上的“畸变点”,可以确定异常拟合多项式的次数。对于叠加异常,先用不同高度向上延拓粗略地划分异常,然后再分别去选定多项式次数。理论试算表明,此方法适用于单个地质体引起的单一异常,对于多个地质体引起的叠加异常,也有一定的效果。     

THE STRUCTURE OF THE EARTH'S CRUST IN THE TRANSITIONAL AREA BETWEEN THE ASIAN CONTINENT AND THE PACIFIC OCEAN

Geophysical investigation in the Sea of Okhotsk, the Kuril-Kamchatka area, and the adjacent parts of the Pacific Ocean have been made to determine the crustal structure in the transitional zone between the Asian continent and Pacific Ocean. Seismic and gravimetric work show the MohoroviCiC surface at about 10 km on the oceanic side and gradual deepening toward the continent with a gentle gradient into the sea of Okhotsk. The first approximation of the Bouguer gravity anomaly relation is H_km = 35 (1?th 0.0037 Δg), H_km being the crustal thickness and Δg the Bouguer anomaly.--C. E. Sears.     

利用平台磁异常的综合地球物理特征推断矿体的成因类型

简要介绍了接触交代—热液型铁矿床和沉积变质铁矿床形成的地质环境、控制条件,矿体形态特点和经济利用价值,通过平台磁异常Za-Ha双分量参量图研究,拟合反演,提出平台磁异常可能对应陡立接触带形态的磁性体。在重磁相关分析中,由相关系数的大小判断出平台磁异常重磁不同源,说明平台磁异常主体部分对应的磁性体不是沉积变质铁矿床。在CSAMT测深法探测结果分析中,提出平台磁异常深部可能存在岩浆岩侵入活动的物探证据。从而说明平台磁异常区具备形成接触交代—热液型铁矿床的可能性和几个必要条件,综合地质、物探资料推测平台磁异常成矿类型可能是接触交代—热液型铁矿床。     

The structure of Jebel El Mourra,Tunisia: a diapiric structure causing a positive gravity anomaly

Detailed gravity data integrated with geological data and mining well data are analysed to constrain the shape of the Triassic evaporitic body at Jebel El Mourra (northern Tunisian Atlas) and the mechanism of its emplacement at the surface. The gravity data analysis included the construction of a gravity anomaly maps, and synthetic and forward 2.5D gravity models. The complete Bouguer and residual gravity anomaly maps indicate a positive amplitude gravity anomaly over the Triassic evaporitic outcrops and prominent NE–SW‐trending features associated with the boundary of the Triassic rocks and surrounded layers. A NW–SE‐trending gravity model that crosses the Triassic evaporitic outcrop at Jebel El Mourra shows that the positive gravity anomaly can be explained by a deep‐rooted salt diapir. Conventional models of salt dome formation suggest that they produce negative gravity anomalies; however, this study shows that this model is not universal. The studied area is an example of a diapir expressed by positive gravity anomaly and this result is supported by synthetic gravity models at different stages of salt piercing.