基于航磁垂向分量的深度识别技术研究与应用

本文提出了一种基于航磁垂向分量数据提取磁性场源体深度的方法.从垂直磁化条件下球体模型垂向分量的正演理论出发,给出了利用垂向分量极大值获取异常体埋深的关系式,并在此基础上推导了约束条件下垂向分量深度识别关系式.该关系式简化了场源深度识别的复杂度,充分利用先验信息且无需进行复杂反演运算,能够较为精确地计算异常体的埋深,为磁性场源体深度的提取提供了一种新的解决方案.理论模型试验证明,利用本文提出的深度识别方法进行深度估算的相对误差绝对值均小于1%,相较于常规的垂向分量极大值方法具有更高的估算精度.将该方法应用于中国北部某地区实测航磁垂向分量数据,获取的深度结果与钻孔资料相一致,深度相对误差绝对值小于10%,验证了本文方法对于实际资料的有效性.     

东大别山构造带六安—英山地磁剖面观测与地震研究

本文以东大别构造带内六安—英山地磁剖面磁异常数据为基础,结合研究区域地质学和地震学研究成果,反演给出研究区域居里面埋深及地下介质磁性结构模型.通过对磁异常变化特征曲线、介质磁性结构模型分析发现:东大别构造带北部磁异常较强且波动较大、地下磁性结构特征相对复杂,北淮阳地区磁异常较弱、地下介质结构成叠瓦状形态分布,合肥盆地磁异常曲线变化平缓、埋深较深,为连续均匀的磁性基底,结果较好地反应了合肥盆地、北淮阳、东大别构造带北部之间的差异;"霍山地震窗"地壳下方6～12km处存在显著地磁性差异,结合东大别构造带内70年代以来地震和历史强震,对"霍山地震窗"地震活动性与地下构造、场源关系进行了研究,初步探讨了其动力学成因.     

位场数据解释的Theta-Depth法

Theta图是利用位场(重磁)数据识别边界的常用方法,其表达式为重磁异常水平变化与垂直变化的比值函数.该方法计算浅源地质体边界的效果较好,而由于深源位场数据在换算过程中会产生趋同效应,在深源地质体识别应用中计算结果不准确,为此,本文提出Theta-Depth法并进行地质体埋深的计算.首先给出直接利用Theta图像进行场源体深度估算的方法,然后推导出基于Theta导数的线性方程来自动估算场源位置参数,本文方法可有效地利用Theta图像的特征为约束条件来提高反演结果的精度.理论模型试验证明本文提出的Theta-Depth法能有效地计算出场源体位置和深度.将该方法应用于满都拉地区实测磁数据的解释,帮助圈定了矿脉的分布.     

谱矩方法在磁源体深度反演中的应用研究

谱矩方法可以对数据的表面形貌做较为细致的描述.它以随机过程为理论基础,用各阶谱矩及统计不变量等具体的参数表征表面的几何形态,算术平均顶点曲率是一种基于四阶谱矩的统计不变量.通常,埋深不同的场源所引起的磁异常尺度不同,从曲率的角度来理解即为磁异常曲面的弯曲程度不同.因此,本文应用算术平均顶点曲率提取磁异常的几何信息,并将所提取的信息用于场源深度的反演.理论上推导了基于谱矩的球状磁源体和板状磁源体的反演公式,得到了场源深度与磁异常、曲率之间的关系式.结合理论模型计算验证了方法的有效性,并与欧拉反褶积方法进行对比.与传统的方法相比,该方法快速简单,无需调节参数,且有较好的反演精度.最后,将该方法用于塔里木盆地航磁异常的反演和解释中,反演出的磁源体深度可满足区域磁异常数据分析和解释的要求,为克拉通沉积盆地磁异常源的深度划分提供丰富的信息.     

基于磁力资料的南海及邻区磁性基底和居里面深度特征研究

磁性基底和居里面是研究地壳和岩石圈的地质构造和热演化过程的两个重要磁性界面.为了研究南海及邻区磁性基底和居里面所反映的深部构造及其热活动的地质效应,本文在对磁异常进行化极处理的基础上,采用最小曲率位场分离方法,获得了磁性基底和居里面引起的化极磁异常,利用双界面模型快速反演方法,反演了南海及邻区的磁性基底和居里面深度,研究了磁性基底、居里面深度及其分布特征,讨论了磁性基底、居里面与新生界深度之间相关性特征及其地质意义.研究表明,磁性基底深度5~20 km,洋盆南北两侧磁性基底走向分别以NE、NEE向为主,中南半岛周缘磁性基底呈NW、NNW走向.居里面深度15~32 km,宏观表现为"洋壳浅、周缘深"及周缘"北浅南深"的特征,洋盆地区居里面深度呈现"西南浅、东部深",洋壳与陆壳接触带在居里面深度上表现为梯级带特征.新生界深度与磁性基底深度相关性（Correlation between the depth of magnetic basement and Cenozoic,CDMBC）多以不规则形状分布,在盆地的沉积中心呈现正相关;新生界深度与居里面深度相关性（Correlation between the depth of Curie surface and Cenozoic,CDCSC）多呈NE、NEE向带状正相关分布,走向与盆地走向一致;莺歌海盆地、琼东南盆地、万安盆地南部和曾母盆地CDMBC呈正相关、CDCSC呈负相关,莺歌海相关性特征推测为：居里面随岩石圈变形隆起而抬升,磁性基底张裂下沉,发生大规模沉降引起;琼东南盆地相关性特征推测为：居里面随岩石圈变形下坳而下降,沉积中心与磁性基底下沉方向一致;万安盆地和曾母盆地相关性特征推测为：深部流体沿南海西缘断裂直接进入地壳,引起该处居里面深度变浅.     

东大别地磁剖面磁异常的匹配滤波分析与地震研究

利用匹配滤波方法对东大别造山带内的六安—英山、白塔畈—无为、金寨青山—万佛湖三地磁剖面异常数据进行局部与区域异常场分离;基于区域异常场分离结果利用近似线性反演方法对各剖面的居里面埋深进行了定量计算;并结合构造及地震资料对东大别造山带内的地震活动与居里面的关系及其地震成因机制进行了初步研究.结果表明:剖面磁异常曲线较好地反应出研究区构造基底性质之间的差异性,与居里面埋深呈现出较好的镜像关系;居里面的起伏较大约为14km,埋深最浅处位于霍山地区;地震空间分布与居里面相关,主要发生在居里面的梯度带上;居里面梯度带之间的温度差异形成的热应力可能是霍山地区地震发生的直接动力源.居里面反演结果也为晓天—磨子潭断裂下方莫霍面垂向错断提供了证据.     

基于二阶导数的磁源边界与顶部深度快速反演

为实现磁异常反演,首先提出了磁异常非参数快速反演的概念,即无需提供先验信息.在Nabighian提出的磁场通用梯度公式的基础上,推导实现了基于磁异常垂向二阶导数的非参数快速反演(V2D_depth).它不仅可以获取场源的边界信息,同时可以反演场源的埋深.通过与Tilt_depth方法对比,本文方法计算的场源边界更清晰,反演的深度也更接近真实深度,同时较大程度上克服了Tilt_depth方法受叠加异常的影响.理论模型验证了方法的有效性,并通过准噶尔盆地某区块磁异常数据的处理,提取了受强大的区域背景场掩盖的石炭系火成岩产生的弱异常,突出了构造分区、断裂分布等信息,获取了火成岩的位置及埋深参数,为该区的火成岩油气藏勘探提供了有效的处理途径.     

应用磁视散度及磁源重力异常确定低磁纬度地区磁性体分布-以哥伦比亚普图马约盆地为例

低磁纬度地区受斜磁化的影响,用常规方法很难准确确定磁性体的平面分布特征.为了研究位于低磁纬度地区普图马约盆地的磁性体分布特征,本文根据场的散度原理,假定磁△T异常为具有一定方向的矢量场,其方向与磁化方向一致,导出了磁△T异常视散度的计算方法;根据磁位与引力位的关系,在频率域中通过磁△T异常求取了磁源重力异常,并尝试利用拉普拉斯方程计算磁源重力异常垂向二阶导数.本文设计理论模型讨论了磁△T异常视散度、磁源重力异常垂向二阶导数的特征与磁性体平面分布特征的关系,证明了上述方法的有效性.进而利用上述方法推测了普图马约盆地磁性体的平面分布特征,结果表明:应用磁视散度及磁源重力异常确定的普图马约盆地磁性体分布与实际地质特征吻合较好,取得的成果对普图马约盆地相关地质研究及对低磁纬度地区的磁性体的确定有一定的参考意义.     

局部波数反演磁源参数的改进算法及应用

利用局部波数确定磁源体的深度及类型是一种非常有效且实用的方法.本文基于水平方向波数k_x和垂向波数k_x的理论公式,推导出2种求取场源参数的方法.这2种方法均是要首先确定波数k_s的极大值点及其对应的水平坐标,然后利用k_s异常及向上延拓不同高度的k_s异常与该极大值作相应的计算反演场源深度及构造指数.模型试验证明了本文方法可以准确的计算出地质体的埋深及构造指数,与理论值偏差较小,在理论模型异常上加入一定幅值的干扰噪声,依然可以得到较为准确的反演结果.将其应用于一段实测岩脉数据,其结果与实际资料吻合.     

基于磁异常的边界特征增强方法对比研究

基于磁异常进行场源边界识别(如断裂划分)是磁法勘探解释工作的重要内容.由于受到斜磁化、场源埋深、异常叠加以及噪声等多种因素的影响,基于磁异常直接进行场源的边界识别往往难以准确识别出场源体的边界,所以,人们研究了各种场源边界特征增强的方法技术,以便于进行场源边界的识别工作.近年来,国内外出现了很多新的边界特征增强方法,但有些方法的边界特征增强效果与已有方法相近,有的方法效果有待深化检验,存在验证方法的理论模型过于简单,未全面细致地分析出它们的优缺点等问题.针对上述情况,本文运用多种复杂、贴近实际的理论模型,深入对比分析了包括解析信号模法和倾斜角法等在内的15种具有代表性的边界增强方法,分析了它们在不同磁化方向、不同场源埋深、不同场源形态、异常叠加和噪声干扰等多种因素影响下的边界增强效果,重点归纳总结出它们的优缺点和适用条件,以为实际应用时的方法选择提供参考.通过模型实验,我们认为解析信号模垂向导数法、总水平导数法、解析信号模倾斜角法是在多种因素影响下,适用性较强、应用效果较好的三种方法.     

郯庐断裂带江苏段及邻区航磁异常与深部构造特征

收集了郯庐断裂带江苏段及周边地区较大比例尺的航磁异常数据,通过水平及垂向求导、欧拉反褶积处理、居里面反演及剖面建模,系统分析了区域地壳磁性结构、断层空间展布及深部构造特征,并揭示了其与地热、地震以及岩浆活动的相互关系.研究表明:(1)区域航磁异常场具有明显的分区性,线性特征明显的航磁异常高值区基本由断裂主控,为岩浆沿断层侵入、灌入导致,而线性特征不明显的航磁异常高值或者低值区主要与磁性基底的埋深有关,其中郯庐断裂带形成NNE向的串珠状高磁性异常条带.(2)航磁场及其方向导数图显示区域发育17条主要断裂,其中郯庐断裂带与周边的10条断裂处岩浆活动剧烈;欧拉反褶积结果显示研究区磁性基底埋深在郯庐断裂带处及其两侧不同构造单元处存在差异;居里面反演结果表明郯庐断裂带为居里面坳陷区,该处为热流值及地温梯度低值区.剖面建模结果揭示郯庐断裂带底部可能存在大范围的基性及超基性岩浆岩,且推测断层剖面延伸形态为张扭性的"负花状构造".(3)以无锡—宿迁断裂为界,郯庐断裂带南北两侧在原始航磁场、航磁梯度场以及欧拉反褶积结果中均体现出了明显的分段性,表现为北侧航磁异常值更高、航磁梯度场波动更加剧烈且磁性基底埋深更浅.     

松辽盆地北部布格重力异常场源分布

基于不同场源频谱成分的不同,研究松辽盆地北部布格重力异常的场源分布特征。利用匹配滤波方法计算松辽盆地北部布格重力异常的不同场源平均深度,将其分为浅源场、中源场和深源场,并推测松辽盆地北部的地壳有3层结构。浅源场产生的重力异常大,对重力勘探贡献最大;中源场和深源场的重力异常都比较小,但两者有极好的继承性。有了场源的平均深度,利用Parker迭代反演法计算上地壳与中地壳之间的界面起伏,在该界面上可看到松辽盆地北部的“隆起区-沉积盆地-隆起区”的构造特征。     

地壳磁化强度模型和居里等温面

利用卫星观测的长波磁异常，用等效偶极源方法推导了中国地区的视磁化强度分布．因卫星的高度远大于磁性地壳的厚度，将视磁化强度转换成磁化强度的垂直积分，它代表地壳内磁性物质的区域变化，利用视磁化强度与地表热流相应关系，计算了中国的新疆和东部一些地区居里等温面的深度．新疆地区的居里面深度为35-50km，其分布形态与塔里木盆地和准噶尔盆地的地貌比较相似；中国东部一些地区居里面深度在20-40km之间，与一些作者用航磁等数据得到的居里深度十分接近．     

地壳磁化强度模型和居里等温面

利用卫星观测的长波磁异常，用等效偶极源方法推导了中国地区的视磁化强度分布．因卫星的高度远大于磁性地壳的厚度，将视磁化强度转换成磁化强度的垂直积分，它代表地壳内磁性物质的区域变化，利用视磁化强度与地表热流相应关系，计算了中国的新疆和东部一些地区居里等温面的深度．新疆地区的居里面深度为35-50km，其分布形态与塔里木盆地和准噶尔盆地的地貌比较相似；中国东部一些地区居里面深度在20-40km之间，与一些作者用航磁等数据得到的居里深度十分接近．     

重磁异常源边界识别新方法对比及应用研究

本文目的是通过分析比较多种边界识别方法的应用效果给出各方法适用性建议.重磁异常源的边界识别是地球物理解释的重要方面,以往研究是基于棱柱体模型的,其边界是垂直的平面,它所产生异常本身具有明显的梯度,而且同一种方法对于不同埋深的地质体也具有不同的识别效果.所以对于具有不同空间分布特征的场源体进行边界识别时,选用合适的方法至关重要.首先介绍了典型的边界识别技术:水平总梯度模、Theta图、解析信号振幅、Tilt-angle、垂向导数以及基于数理统计类的归一化标准差、均值归一总水平导数方法;通过对具有不同空间特征的模型所产生的异常进行各边界识别处理,对比讨论了各方法对于不同埋深和形状地质体边界的识别效果;最后对工区实际资料进行了各方法处理,并对结果进行了对比分析,对不同方法的适用性给出了建议.     

利用位场及其高阶导数的功率谱计算岩层的深度与厚度

本文导出了利用重力与磁异常及其高阶导数的功率谱计算密度体和磁性体上顶与下底埋深的近似公式,还提供了利用垂向或水平导数谱计算深度的方法。理论模型的试验结果表明,由近似公式计算的精度可以满足实际需要。本文最后根据一条重力剖面资料,计算了密度层上、下界面。     

东海磁场特征及居里面分析

利用东海及邻域最新的磁力异常数据,分析东海的磁场特征,并利用该磁力数据计算东海的居里面,分析解释居里面特征及地质特征.研究表明,从陆区、陆架盆地到冲绳海槽中部,磁力异常呈正负相间变化,最大值出现在福建沿海地区,居里面深度在15～27 km之间变化;从冲绳海槽中部到琉球群岛,磁异常从正磁异常变为负磁异常,居里面深度在15...     

2D磁异常分步反演方法分析研究

2D磁异常分步反演方法是利用二维(剖面)磁测数据确定场源几何参数以及物性参数的一种反演方法,该方法的优点是构造的形态函数S不受场源磁化特征的影响,因此可以在未知场源物性参数的前提下,通过拟合依次反演得到磁性源形体横截面几何参数、磁化强度以及磁化方向.本文阐述了2D磁异常分步反演方法的原理及步骤,对形态函数S的特征及求取方法进行了讨论,分析了区域背景干扰(正常场)对反演结果的影响并提出了初步解决方案.在方法研究的基础上,进行了单一理论模型及组合理论模型的试算,得到了较好的反演结果.为了验证该方法的效果,对实测剖面进行了试算,得到了场源的边界及场源埋深信息,为进一步反演提供了有用的参考.     

强磁性体ΔT异常计算的误差分析研究

本文主要针对当前磁法勘探中高精度处理解释的需求,对强磁性体ΔT异常计算存在的误差进行分析研究.我们首先通过理论模型计算试验,证明常规计算采用的投影关系的ΔT与实际测量的模量差ΔT之间的误差E在磁异常幅值大时是明显存在的,其影响不容忽视.其次,当磁性强且剩磁存在时,投影ΔT曲线及其误差曲线在磁化方向与地磁场方向改变时具有一定的对称性;地磁场T0、磁性体形态(如二度水平圆柱体模型的半径r、柱体埋深R)和磁性参数(如磁化率κ)等参数确定的情况下,最大误差值出现在磁性体正上方,且其大小与磁性参数(κ)和模型体规模(如r/R)之间皆是指数关系;另外,研究还发现ΔT的计算误差曲线的一些其他规律特点,如在各纬度带上,ΔT计算误差的最大值Emax曲线的极值主要分布在中纬度地区;磁异常矢量Ta与地磁场T0的夹角θ逐渐变化时,随θ变化Emax曲线的极值分布在θ=90°~120°范围内;当磁异常幅值小于10000nT时,最大误差近似为磁异常矢量垂直于地磁场方向的测点附近的误差值;另外,磁性体(圆柱体为例)的半径(即尺度)与埋深的比值r/R超过0.5,且磁化率超过0.1SI时误差已达到3.9nT,磁化率增大与对应的Emax的值呈指数增长特点.因此,我们的研究表明,在强磁性体、磁异常幅值大的数据处理、反演及解释时,现有方法会产生较大的误差,应该基于严格的模量差ΔT,完善相应的处理以及反演方法.     

基于改进型Tilt-depth法的磁源上顶与下底深度快速反演（英文）

Tilt-depth法可以用于快速反演磁源的上顶埋深,但其无法反演磁源底部深度,同时该方法的反演解过于单一。针对于此,本文在有限厚度台阶磁异常导数公式基础上,推导出了可以同时反演地质体上、下界面埋深的改进型Tilt-depth法计算公式,并采用在Tilt梯度图上选取多特征点进行联合反演的计算模式来提高反演解的可靠性。二维及三维组合模型试验均证实了改进型Tilt-depth法可以有效地反演出磁性体的上顶与下底深度,且上顶埋深的反演精度明显高于常规方法的。最后将改进型Tiltdepth法用于松辽盆地长岭断陷航磁数据反演,其上顶埋深的反演结果与钻孔钻遇火山岩的深度基本一致,证实改进型Tilt-depth法相对于常规方法的反演结果更加准确。