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。     

用多边形截面法评价罗河矿区重力异常

一、引言对已知勘探矿区,在物探工作已完成的情况下,作任意形体重磁异常的正演计算,目前常采用的电算方法有直立线元法、正方形体元法、表而积分法及多边形截面法等。每一种方法在适当勘探条件下,都有其一定的应用效果。但我们认为,中国地质大学陈钟琦老师编制的多边形截面法电算程序,在形体逼近、勘探资料充分利用及对重磁异常正演计算精度上都较其它方法更适合于安微庐江矿区进一步的评价工作。为计算重磁的剩余异常,解决深部盲矿体存在与否,我们采用了多边形截面法程序Ⅰ、Ⅱ进行了资料处理。计算结果表明:只要合理选用野外资料,恰当地对数据进行预处理,采用多边形     

均质多面体重磁异常正演计算表达式的一致性

根据重力位、重力异常、磁位和磁异常公式,应用泊松关系,通过严格的公式推导,给出了重力位、重力异常、磁位和磁异常之间的数学关系,从而使重磁异常正演计算表达式包含于简单的规则之中,揭示出均质多面体重磁异常正演理论的一致性。     

青藏高原羌塘盆地重磁剖面异常与基底构造特征

以穿越羌塘盆地的实测重磁剖面数据为基础,密切结合平面重磁异常资料,通过对重磁异常特征进行分析,采用位场转换和正反演拟合计算方法,推断了羌塘盆地的基底埋深、断裂构造及盆地样式,并对盆地的油气远景进行了探讨。认为南羌塘基底埋深浅,呈台阶状,且构造复杂,北羌塘埋深深,其间的龙木错-双湖构造带有明显的重磁异常显示。     

重磁异常数据三维人机联作模拟

在研究三角形多面体模型重、磁异常三维正演和反演技术的基础上,吸取人机交互正演模拟的优点,实现了三角形多面体模型重、磁异常数据三维人机联作反演。通过研究三角形多面体模型节点偏导数的计算方法,对目标函数进行线性化处理,形成了计算机自动迭代修改模型体的技术。利用计算机图形技术,在三维空间显示重、磁场和模型体,开发了模型的交互修改技术,使数据解释过程中,可以结合已知信息及人的推断和经验,完成重、磁异常数据的三维模拟,减少了数据解释结果的不确定性。     

三度体梯度磁异常全方位正反淀方法

首创了磁法勘探学科中三度体任意方向梯度磁异常全方位正、反演方法。首先,在球坐标系中,导出了三度体任意方向梯度磁异常的两个球谐级数通用正演表达式,为实现全方位反演奠定了理论基础。然后,由第１个梯度磁异常球谐级数表达式出发,提出了三度体总磁化方向、磁矩模值反演方法;由第２个梯度磁异常球谐级数表达式出发,提出了三度体磁矩重心、近似形态与分布范围,以及有广泛实用价值的“均磁凸形体”边界点位置等全方位反演方     

三度体梯度磁异常全方位正反演方法

首创了磁法勘探学科中三度体任意方向梯度磁异常全方位正、反演方法。首先 ,在球坐标系中 ,导出了三度体任意方向梯度磁异常的两个球谐级数通用正演表达式 ,为实现全方位反演奠定了理论基础。然后 ,由第 1个梯度磁异常球谐级数表达式出发 ,提出了三度体总磁化方向、磁矩模值反演方法 ;由第 2个梯度磁异常球谐级数表达式出发 ,提出了三度体磁矩重心、近似形态与分布范围 ,以及有广泛实用价值的“均磁凸形体”边界点位置等全方位反演方法。最后 ,给出了 1个三度体梯度磁异常全方位反演的理论模型验证实例。     

重磁异常精细正反演在梅山铁矿接替资源找矿中的应用

对于地面实测的重磁异常剖面,在准确知晓其对应地质剖面中地质体的密度及磁化强度等物性的前提下,结合区域地质条件、区内地质背景及剖面上(周边)钻探(坑道开采)资料,建立初始地质剖面模型,利用重磁异常精细正反演,可较准确地确定剖面上的地层、岩矿等地质体界线。对于已开采的(磁)铁矿,可以通过正演,计算出磁异常并与实测异常进行比较,确定是否有剩余异常存在,从而判定是否有(磁)铁矿体存在。以梅山铁矿为例,对其重磁异常资料重新进行数据处理及精细正反演计算,结合地质及物性资料进行地质解释,利用其成果布设钻孔,取得了明显的地质找矿效果。     

基于Gauss-FFT技术高精度三维磁异常ΔT正演

三维磁异常傅里叶正演,能够计算整个场源区域内与磁化率分布网格一致的三维磁异常。通过三维傅里叶变换推导了长方体三维磁谱表达式,当源体埋藏较深或者位于反演区域边缘时,标准FFT正演异常场由于强制周期化,边界震荡等原因,使得正演结果发生较大的畸变,为了减少标准FFT算法引起的误差,引入了3DGauss-FFT技术用于三维磁异常频率域正演。通过简单的模型正演验证,从计算时间、计算精度以及内存需求上与空间域算法及标准3DFFT算法进行比较,结果表明,3DGauss-FFT磁异常正演相比于标准FFT算法在计算精度上有很大提升,显著降低了标准3DFFT由于自身缺陷引起的误差,且在运行时间上,4点3DGauss-FFT磁异常正演算法相对于空间域算法降低了三个数量级,但内存需求有所增加,证明了3DGauss-FFT正演方法在磁异常正演方面的高效性以及准确性。     

自适应重磁对应分析

采用传统重磁对应分析数据处理方法,计算了单体模型和三体模型条件下重磁异常的相关系数。结果显示:重磁异常中心区域的相关系数绝对值在重磁异常重合时为1,否则小于1(能指示重磁异常是否相关);在远离异常源或无重磁异常地区的相关系数绝对值不论重磁异常是否重合都趋于1(没有实际意义)。鉴于此,笔者提出了自适应重磁对应分析方法,并在晋冀北缘-辽西铁矿成矿带进行了2种方法的对比应用试验。结果表明:在滦南、司家营南部、马城等重磁异常完全重合的地区,2种数据处理方法的处理结果都表明为重磁正相关地区;在新集以东、小马庄西南部、石门东北部等重磁异常不完全重合或根本没有重磁局部异常的地区,传统重磁对应分析数据处理方法的处理结果也显示为正相关地区,自适应重磁对应分析数据处理方法的处理结果没有相关数据点或异常。     

Forward Modeling of Gravity, Gravity Gradients, and Magnetic Anomalies due to Complex Bodies

On the basis of the results of improved analytical expression of computation of gravity anomalies due to a homogeneous polyhedral body composed of polygonal facets, and applying the forward theory with the coordinate transformation of vectors and tensors, we deduced both the analytical expressions for gravity gradient tensors and for magnetic anomalies of a polygon, and obtained new analytical expressions for computing vertical gradients of gravity anomalies and vertical component of magnetic anomalies caused by a polyhedral body. And also we developed explicitly the complete unified expressions for the calculation of gravity anomalies, gravity gradient, and magnetic anomalies due to the homogeneous polyhedron. Furthermore, we deduced new analytical expressions for computing vertical gradients of gravity anomalies due to a finite rectangular prism by applying the newly obtained expressions for gravity gradient tensors due to a polyhedral target body. Comparison with forward calculation of models shows the correctness of these new expressions. It will reduce forward calculation time of gravity-magnetic anomalies and improve computational efficiency by applying our unified expressions for joint forward modeling of gravity-magnetic anomalies due to homogeneous polyhedral bodies.     

重、磁剩余异常组合的地质意义及其在野外路线地质调查中的应用

从认识重、磁异常的物理意义及形成重、磁异常的地质因素出发,分析了地质调查路线所见岩石与路线经过的重、磁剩余异常及重-磁剩余异常组合的对应关系.调查结果揭示了重-磁剩余异常组合所反映的地质作用的特点,加深了认知异常地质体的成生、改造特征,总结出重-磁剩余异常4个组合8种排列方式的地质意义.     

庐枞火山岩盆地及其外围重、磁场特征

为探测长江中下游成矿带庐江-枞阳白垩纪火山岩盆地的深部构造和地壳结构,2007年初在庐枞火山岩盆地进行了以深反射地震剖面探测为主的,新一轮重力、磁力和大地电磁剖面测量。作者在前人研究的基础上对庐枞火山岩盆地及其外围重、磁场特征进行了研究。作者首先分析长江中下游地区重、磁场的分布特征,然后以区域重、磁场特征为背景来认识庐枞地区重、磁场的分布特征。研究各类地质体的物性参数是开展地球物理解释的前提,文中收集并分析了前人对庐枞地区的岩石物性的较为系统研究成果。为了提取重、磁异常的特征,文中对重、磁异常进行了位场转换和图像处理。利用新的深反射地震剖面探测和大地电磁剖面研究成果,采用定性和定量解释方法对庐枞地区重、磁场的分布特征进行了研究并提出新的认识。庐枞火山岩盆地深部存在隐伏的磁性强的中碱性岩类是产生区域磁异常的主要原因。庐枞火山岩盆地下部火成岩所侵入的地层向盆地东南方向延伸,盆地的西北边界向东南方向倾斜。而在罗河断裂带以西没有火成岩存在。亦即庐枞火山岩盆地是一个沿北东向罗河断裂向东发育的非对称火山盆地。另外,在庐枞火山岩盆地西部边缘罗河深部存在切穿莫霍面的断裂带沿北东向延展数十千米。     

南沙中部海域北康·曾母盆地重磁异常特征及解释

通过对南沙中部海域北康、曾母盆地重、磁资料的定量计算、定性解释,认为空间重力异常主要受浅部地质因素影响,空间重力异常的高低间接地反映了海底地形起伏变化、新生代沉积层厚度大小、沉积岩密度变化以及基底的坳、隆等特征;磁力异常资料通过预后处理及反演计算,推测北康、曾母盆地新生代火成岩以中酸性-中基性岩为主,磁性基底与声波基底基本一致,可划分为2处坳陷及3处隆起;北康、曾母盆地位于减薄的大陆壳上,莫霍面深度约21～2 km.重、磁资料综合解释结果为沉积盖层构造分区、基底断裂推断及火成岩岩性识别提供依据.     

综合物探在探测深部隐伏岩体的应用实例——桥圩磁异常(桂C-59-3)的综合解释

文章以桥圩磁异常(桂C-59-3)的探讨为切入点,通过近年来开展的重力和CSAMT两种物探方法相互佐证和相互约束,进行了正、反演计算,推断的隐伏岩体界面深度与桥圩盆地地热资源勘探孔验证的结果较为一致,论证了重、磁、电综合物探手段在探测深部隐伏岩体中的方法有效性。     

复杂形体重力场、梯度及磁场计算方法

在改进均匀多面体重力场正演公式基础上, 利用二阶张量的坐标变换实现对多面体重力场梯度的求解, 推导了新的多面体重力梯度和磁场的正演公式, 给出了新的统一的均匀多面体重力场、梯度及磁场正演表达式形式, 并用理论模型进行了检验.同时, 应用新的多面体重力场梯度正演公式推导出新的长方体重力场垂直梯度理论表达式.本文给出的均匀多面体重力场、梯度及磁场正演表达式形式统一, 重磁场联合正演中可相互利用其计算过程中的结果, 避免重复计算以提高正演计算效率.      

在第四系覆盖区如何辨别基性岩体与铁矿引起的重磁异常

铁矿勘查工作采用重、磁手段一般非常有效,但在第四系覆盖区有基性岩体存在情况下,就会产生较强的重磁干扰,往往造成误判,因此,区分基性岩体与铁矿引起的重磁异常成为勘查工作的关键。以滦南杜蒿坨铁矿勘查为例,通过对磁法资料和重力资料的处理、解释,分析了基性岩体重磁异常特征及对铁矿异常的掩盖作用,总结了辨别铁矿异常的方法。并经钻探验证这些方法可靠和适用,在今后铁矿勘查工作中有一定的指导意义。     

基于三角元法计算三度体球冠模型的重力异常

提出利用高斯公式将体积分变成包围该积分域的全表面积,应用一系列三角形拟合计算表面,然后通过格林公式把对每个三角形的面积分变成对三角形每边的线积分之和的三角元法来计算三度体球冠模型重力异常,同时给出了合理的计算方案。计算了均匀密度球冠模型和非均匀密度球冠模型在水平地表面的重力异常,得到了2种模型的平面异常图。最后通过选择均匀密度球体作为误差对比的对象进行误差分析,验证了该方法的可行性以及计算结果的可靠性。     

区域重力调查在冀西北地区侵入岩体勘探中的应用

依据冀北地区1:20万区域重力调查成果,阐述了区域重力调查在冀西北地区侵入岩体勘探中的应用.在充分研究该区重力异常的基础上,圈定出了几个重要岩体,并据此总结归纳出定性解释岩浆岩体及产状的重磁场标志,建立了该区几种侵入岩体的地质-地球物理模型,且进一步对该区岩浆岩的分布特征形成了新的认识.