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.     

重力位谱分析及重力异常导数换算新方法——余弦变换

为了提高重力异常导数换算的精度，真实有效地反映地质体的异常特征，提出用余弦变换计算异常导数的新方法. 给出并证明了两个定理，利用它们推导出重力位余弦谱一般表达式以及重力异常各阶导数计算公式，建立了位场余弦谱分析理论. 模型实验中发现，用Fourier变换计算的一阶导数与理论导数偏差很大，而余弦变换计算的导数与理论异常导数拟合效果非常好，除边界几个数据因重力异常的有限截断产生的吉布斯效应残留使误差较大外，数据的计算精度均很高，误差为-009%～5%.     

基于变密度模型的位场界面反演

在波数域中用重力反演莫霍面深度时通常假定壳幔密度差为一常数，但这只是一种近似的密度模型，本文采用了密度随深度呈指数变化的变密度模型来反演莫霍面深度，给出了利用指数密度模型在波数域中计算重力异常的正演公式及界面深度的反演公式.利用指数密度模型及重力资料反演了青藏高原莫霍面的深度，分析了莫霍面的特征.结果表明，青藏高原莫霍面呈现出边缘浅、中部深的特点，边缘变化快、梯度大，中间变化梯度趋缓.中心地带的羌塘地体莫霍面深度达74 km，向四周慢慢变浅至67 km左右，边缘地区突然变浅至50km左右.通过常密度模型、变密度模型及地震反演得到的莫霍面的比较，证实变密度模型更适合于莫霍面结构的反演.     

基于3DDelaunay剖分算法的重力建模与分析

地质体的重力建模是正确解释和应用重力资料的关键问题之一.针对非规则形状变密度的三度体,本文提出了基于3D Delaunay剖分算法的重力建模方法.采用3D Delaunay剖分算法将三维目标地质体分解为若干变密度四面体体元,推导了基于四面体体元的重力正演公式,建立了剩余密度值与重力异常值的线性方程组;以变密度的长方体和倾斜台阶组合体为例,比较分析了常规块体算法和3D Delaunay剖分算法应用于重力正演的有效性,并采用共轭梯度法加密度约束条件对非规则形状变密度的倾斜台阶组合体进行了密度反演.计算结果验证了本文方法的正确性和有效性.基于3D Delaunay剖分算法的重力建模可应用于存在褶皱、断层、裂缝等复杂地质体的重力正反演计算.     

重力固体潮理论值导数的封闭公式

本文基于计算重力固体潮理论值的天顶距法，通过严格的理论推导，给出了计算重力固体潮理论值的导数的封闭公式．     

福建中部和东南沿海地壳内部密度变化分布特征的研究

利用福建中部和东南沿海地区的重力布格异常资料,通过地震与重力３维联合反演所分离的不同层面间的重力异常信息,采用基于单层位理论和球近似条件下的简便公式,解算并分析研究不同过层间的密度变化分布图像及其特征,结果表明：不国圈层的密度分布特征与地表地质构造密切相关。     

点位错引起的单层密度变化

采用求解地壳单层密度变化的一般公式，导出其平面近似公式并给出了相应的数值计算方法。在此基础上，将点位错引直民的地表形变和重力变化同时解析延拓至Ｂｊｅｒｈａｍｍａｒ球面上，得到了点位错引直民的地壳单层密度变化的图像。     

介质密度反演偏导矩阵的精确计算方法

实现反演偏导矩阵的计算是基于导数最优化反演方法的关键,然而目前的地震反演几乎都是基于Zoeppritz方程近似实现的,使计算精度和适应范围受到限制.本文利用Zoeppritz方程建立了反射系数对地层介质密度比偏导方程,导出了Zoeppritz方程矩阵元对介质密度比的导数.通过求解偏导方程获得了反射系数对介质密度比偏导数的精确计算(考虑了速度中含介质密度的问题).利用数值算例分析了反射系数对介质密度比偏导数的变化特点.本文采用直接解法求解偏导矩阵方程组,获得了快的计算速度和高的计算精度,为实现地层介质密度反演(包括大角度反演)提供了偏导矩阵的计算方法.     

三维高精度重力方法在深部潜山勘探中的应用

深层地震资料由于受到火山岩体或风化壳盖层的影响,质量品质往往不高,难以识别盖层之下的小规模的潜山构造。而重力勘探技术恰能利用潜山构造与上覆地层存在显著密度差异的特点来识别这种特殊的地质储层。文中以华北油田虎8北潜山构造区为例,在该地区地层密度模型的基础上进行了三维重力正演。正演结果表明,深部密度异常体在地表形成的低缓重力异常,与区域或局部背景重力异常场叠加在一起,在布格重力异常曲线上无法识别目标体异常。通过利用高阶导数、滑动滤波等处理方法把异常场从区域场中剥离出来,可发现虎8北潜山目标区存在小规模局部剩余重力高。在地震资料的约束下,根据剩余重力异常的幅值及地层密度差进行密度建模,实现了三维密度反演。反演的结果确定了虎8北潜山的存在,并给出了潜山可能的埋深与规模。证明了三维高精度重力方法在确定深部潜山构造上具有较明显的地质效果,这对于探测深部低速层覆盖之下的潜山构造油气藏具有重要的指导意义。     

利用重力资料反演三维密度界面的质面系数法

文中给出一深度为h的水平矩形质面在地面产生的重力公式,对比了此公式算出的重力异常与三维长方体公式算出的重力异常,得出:当三维地质体的厚度与其埋深之比小于0.2-0.4时,二者的重力效应几乎相等,它们之间最大偏差在1-3％以内。用给出的重力公式进一步导出了重力反演三维密度界面的质面系数法。用理想模式检验,结果表明,本文给出的方法收敛快,反演误差较小,计算效果较好。最后用一实例,验证了方法的适用性。     

东海陆架盆地及其周边海域地质、地球物理场特征

分东海陆架盆地及其周边海域的重、磁场特征、对研究区域的地球物理场资料进行了小波变换与多尺度分布与计算，计算了研究了海域重，磁资料的1－4阶小波变换逼近、细节、根据分析与计算可知，在东海陆架盆地及其周边域，重、磁异常的主要特征没有内陆盆地那样明显，但盆地内的绝大部分地区均位于异常相对缓变区，在盆地内部有时有局部异常的圈闭及剧变区，但总的特征为缓变的，而周边区域多为相对剧变区，但也存在局部区域的缓变, 、磁场特征表明，盆地基底相对盆地周边区域主要由密度较大，磁性中的岩石组成，因此盆地中部以高正磁异常为主，布格重力异常 对周边地区高，东海陆架盆地及其周边海域的重力场的主要走向为NNE向，局部重力异常较为平缓，磁异常走向没有重力异常明显，但主要也为NNE向，重、磁场的分布特征表明，东海陆架盆地及其邻域的地质构造为大陆架构造的延伸。     

Regional Geothermal Characterisation of East Anatolia from Aeromagnetic,Heat Flow and Gravity Data

East Anatolia is a region of high topography made up of a 2-km high plateau and Neogene and Quaternary volcanics overlying the subduction-accretion complex formed by the process of collision. The aeromagnetic and gravity data surveyed by the Mineral Research and Exploration (MTA) of Turkey have been used to interpret qualitatively the characteristics of the near-surface geology of the region. The residual aeromagnetic data were low-pass filtered and analyzed to produce the estimates of magnetic bottom using the centroid method and by forward modelling of spectra to evaluate the uncertainties in such estimates. The magnetic bottom estimates can be indicative of temperatures in the crust because magnetic minerals lose their spontaneous magnetization at the Curie temperature of the dominant magnetic minerals in the rocks and, thus, also are called Curie point depths (CPDs). The Curie point depths over the region of Eastern Anatolia vary from 12.9 to 22.6 km. Depths computed from forward modelling of spectra with 200–600 km window sizes suggest that the bottom depths from East Anatolia from the magnetic data may have errors exceeding 5 km; however, most of the obtained depths appear to lie in the above range and indicate that the lower crust is either demagnetized or non-magnetic. In the interpretation of the magnetic map, we also used reduction-to-pole (RTP) and amplitude of total gradient of high-pass filtered anomalies, which reduced dipolar orientation effects of induced aeromagnetic anomalies. However, the features of the RTP and the total gradient of the high-pass filtered aeromagnetic anomalies are not highly correlated to the hot spring water locations. On the other hand, many high-amplitude features seen on the total gradient map can be correlated with the ophiolitic rocks observed on the surface. This interpretation is supported by Bouguer gravity data. In this paper, we recommend that the sources of the widespread thermal activity seen in East Anatolia must be investigated individually by means of detailed mapping and modelling of high resolution geophysical data to assess further the geothermal potential of the region.     

三度体（均质模型）位场波谱的正演计算

本文给出任意指向的均质直线段、多边形面和多面体的重磁异常谱的解析表达式。利用它们可以进行不规则三度体的重磁异常谱的数值计算。此外,尚导出任意指向的斜平行六面体重磁异常谱的解析表达式。这些表达式结构简单,易于计算,用作位场的正演反演计算都十分方便。     

大别造山带东段重力异常多尺度分解及其构造意义

文中通过多源数据融合、模型构建、数据试验、二维离散小波变换和功率谱分析等方法获取了大别造山带东段深、浅部场源布格异常及其场源似深度,并结合地壳结构、地质构造、岩石圈有效弹性厚度和地震活动等资料,讨论了地壳深、浅部的结构特征及地震活动构造背景。结果表明,低频布格异常显示大别造山带东段与华北地块间深部构造缝合带在东部应位于青山-晓天断裂前缘,在落儿岭-土地岭断裂和商城-麻城断裂之间向N偏移至梅山-龙河口断裂之下,造山带南侧与扬子地块间深部构造缝合带位于襄樊-广济断裂以北约20km,造山带东侧与扬子地块间的深部构造转换带位于郯庐断裂带之下,造山带东段腹地显著的低频布格异常低值表明对应部位的莫霍面存在明显下凹,造山带内部的布格异常高梯度带表明其深部结构不完整;高频布格异常揭示肥中断裂、六安-合肥断裂、肥西-韩摆渡断裂和郯庐断裂带等主要断裂对地壳中上部密度结构的影响明显,落儿岭-土地岭断裂对地壳中上部密度结构的影响范围向N延伸至肥西-韩摆渡断裂前缘。结合地震活动资料进一步分析认为,大别造山带东段与华北地块在青山-晓天断裂前缘附近接触和相互作用,且大别造山带东段地壳深、浅部结构均不完整,不利于应力积累,趋向于在断裂交错的脆弱部位频繁释放应力,是霍山地区小地震活动频繁的主要原因。     

3D AND 2½ D MODELLING OF GRAVITY ANOMALIES WITH VARIABLE DENSITY CONTRAST1

The decrease of density contrast in sedimentary basins may be approximated by a quadratic function. A sedimentary basin may be viewed as a number of prisms placed in juxtaposition. Equations in closed form for the gravity anomalies of 3D and 2½ D prismatic models are derived. Approximate equations for these models are also derived for rapid calculations. Efficient methods are developed for anomaly calculation by an appropriate use of the exact and approximate equations, and hence, for 3D and 2½ D modelling. The depths to the basement are adjusted iteratively by comparing the calculated anomalies with the observed anomalies. These methods are applied for analysis of the residual anomaly map of the Los Angeles Basin, California.     

黑水─泉州地学断面的重磁解释

讨论华南黑水─泉州地学断面的重磁解释。在解释中除应用常规的２．５维重磁异常反演外，还采用等密度线算法构制梯度层密度模型，用于分辨地壳密度细结构，以及计算自由地幔而深度用于分析上地幔密度的横向不均匀性。重磁模拟结果揭示了１０ｋｍ深度内的上地壳构造以及地壳与上地幔密度的分布。提出华南造山带以低密度上地幔为特征，它可能与上地幔的改造有关；四川盆地具有较高的上地幔密度，为未经改造的原始地幔。扬子克拉通与华南造山带的分界线与上地幔密度的分界线一致。根据布格异常、地表岩石密度和地形资料的综合分析，圈定出反映内生成矿作用深部标志的密度倒转区，可作为进一步找矿的远景区。     

用压缩质面法反演重力资料以估算地壳构造

本文用压缩质面来近似二维地质体。先由地面上测得的重力数据用矩阵方法反演此压缩质面各单元的面密度,然后从面密度与体密度差的关系求得各二维质体单元的厚度,进而得到各单元的近似地壳厚度。经正演校验和反复调整结果,使计算的重力异常值与实际测量值之残差小到满足要求,从而得到较准确的地壳底部界面。 由上地幔,玄武岩层和花岗岩层的密度差异及已算出的地壳厚度,从重力异常中分解出莫霍界面和康腊界面起伏所分别引起的重力异常。将后者同样用反演地壳厚度的压缩质面法进行计算,得到康腊界面。 文中以三种假想的地壳模型和一个实测剖面为例来检验本方法,并用其他确定地壳界面方法所得到的结果相比较,表明本文提出的压缩质面法结果较好。     

MAPPING OF CRUSTAL DISCONTINUITIES BY WAVELENGTH FILTERING OF THE GRAVITY FIELD1

A statistical technique, based on the concept of a 1D energy density spectrum of the observed gravity field, has been used to compute ensemble average depths to various horizons containing causative sources of random geometric shape, size, density, etc. The plot of the logarithm of the energy of the observed Bouguer anomaly versus the angular frequency can be approximated, over a certain frequency band, by a linear segment whose slope is related to an average ensemble depth around which a random distribution of numerous anomalous sources exists. Suitable matched filters, based on the computed values of intercepts and slopes of several linear segments approximating the spectrum, have been used to deconvolve the gravity effects associated with the causative sources, occurring around their respective mean depths. The individual deconvolved gravity effects thus separated out have been modelled using the sin x/x method by assuming a fluctuating interface between two formations. The applicability of the present method has been assessed using two observed Bouguer anomaly profiles: one from Ujjain to Mahan, and the other from Jhansi to Mandla where Deep Seismic Sounding (DSS) results are available. The proposed geological crustal models along these two profiles exhibit reasonably good agreement with those obtained from DSS results. A geologically plausible model of the crust in a virgin region has been presented along a Bouguer anomaly profile from Jaipur to Raipur. The following main conclusions have been drawn from the present analysis: (1) The depths to the Moho and Archaean basement interfaces fluctuate between 33.2 and 36.8 km and between 4.6 and 7.0 km respectively. (2) The Narmada-Son Lineament (NSL) does not coincide exactly with the Moho upwarp beneath it. However, this offset is greater in the eastern part of the NSL rather than in the western part. (3) The development of the Satpura horst structure is due to a rise in the Moho interface in a compressional regime. (4) The intrabasement feature (depth from 5 to 12 km) represents a hybrid massif possibly formed due to an admixture of sialic and simatic crust under a tensional regime in the Ujjain-Mahan section.