High-precision gravity correction methods for loess plateau areas, a case study

黄土塬区地形起伏大,地表黄土切割剧烈。地形起伏导致黄土厚度巨大变化,由于黄土密度与下伏地层之间存在较大的密度差异,由此产生了具有一定幅值的高频重力异常,并给重力勘探资料的处理、解释带来了困难。在SHJZ构造带高精度重力勘探中,综合运用了地形校正和黄土校正技术,有效地克服了由于地形起伏和黄土厚度变化对重力勘探产生的不利影响,取得了精确的重力资料。并将该重力异常,结合其它物探资料进行综合解释,对圈定局部构造发挥了积极的作用。     

重力球面外部校正技术

山区重力勘探中，重力外部校正是重力勘探料处理和解释的前提，其内容包括地形校正、中间层校正等。本文在分析常规外部校正方法的基础上，提出了一套适合于山区重力勘探的球面地形校正及有限球壳中间层校正方法，并严格推出了球面地形校正公式。对中国南方ZJJ地区重力资料处理结果表明，该方法提高了地形校正的精度，使山区重力资料品质达到或接近平原区的水平。     

卫星重力资料在柬埔寨磅逊盆地中的应用研究

柬埔寨磅逊盆地位于泰国湾东部,构造上处于古特提斯缝合带东侧,属于中-古生代盆地,早期(石炭-二叠系)为板内克拉通盆地,晚期(晚三叠纪)由于北部抬升逐渐转换为板块边缘,受构造运动的多期改造变成陆内裂谷盆地.长期以来,磅逊盆地石油地质勘探研究程度很低.没有进行过任何油气勘探工作,缺乏地震、钻井资料.为了深入分析评价该区油气勘探潜力,此次研究综合应用新采集的2D地震资料和高精度卫星重力数据(样点分布密度:0.02°×0.02°),根据重力场理论,利用全球重力场模型(EGM96)计算了布格重力异常、重力垂向二阶导数和重力水平总梯度异常.利用地震资料对卫星重力资料进行约束反演、综合解释,预测了盆地基底埋深,分析了构造特征,划分了构造单元,为下一步勘探研究指明了方向.     

基于Lp范数正则化的V字型密度界面重力反演

V字型密度界面是一类常见的密度界面,如海沟、半地堑以及俯冲带之下的莫霍面,利用重力数据刻画此类密度界面形态对于区域构造研究、油气勘探以及物理海洋学等都具有重要意义.本文首先建立了L_p-范数形式的模型约束函数,并利用正则化原理将其与重力数据误差函数和已知深度约束函数结合形成V字型密度界面反演的目标函数,推导了目标函数的梯度表达式,并以非线性共轭梯度法为核心给出了反演流程.二维简单模型试算结果表明p=5时该方法能准确地刻画V字型密度界面起伏特征,且亦能准确地应用于二维复杂密度界面和三维界面的反演.最后将反演方法应用于挑战者深渊及邻区的实际资料处理之中,利用研究区海底地形数据和沉积层厚度数据对自由空间重力异常逐层剥离而得到莫霍面引起的重力异常,用本文方法对此重力异常进行反演,结果呈现了板块俯冲作用引起的V字型莫霍面起伏特征.     

基于球冠域的月球重力地形校正方法

利用卫星重力测量资料研究地球、月球与火星等星体的内部构造时,需要进行重力地形校正,计算全球布格重力异常,而在球坐标中实现地形校正计算是一种有效的途径.本文提出球坐标系中的球冠域地形校正计算方法,给出了该方法涉及的球坐标系之间坐标转换方法和球冠域内地形模型重构方法,并进行理论验证．作者利用嫦娥一号激光测高数据对月球重力进行地形校正,获得了月球全球布格重力异常,并与球坐标系中Tesseroid 单元体地形校正方法对比,分析了球冠域地形校正方法的计算精度、空间分辨率及其优缺点．     

起伏地形条件下流动重力数据处理方法研究

以地震监测为目的流动重力重复测量获取的重力年变信号通常在十几到几十微伽量级.但由于重力测点所处的地形高程不同,将空间测点直接插值得到的重力异常空间图像会叠加由于地形起伏引起的异常畸变.本文通过6面体模型定量计算了不同规模和埋深场源的地形效应;对青藏高原东缘地区测网的重力观测数据进行了分析处理,并通过位场曲面延拓校正技术消除了地形影响.结果表明,位场曲面延拓校正技术可以有效地改善重力数据质量,有利于更准确地圈定和认识异常的空间形态特征.     

南海重力异常的沉积层密度改正及其对区域构造特征分析的意义

南海位于太平洋板块、印澳板块和欧亚板块交汇处,自晚中生代以来历经张裂作用、海底扩张以及印藏碰撞、菲律宾海板块西向运动等构造事件的叠加改造,不仅形成了复杂多样的构造格局,而且堆积了厚薄不均的沉积层.为了考察沉积层密度改正对利用重力资料分析南海不同尺度构造特征的影响,本文利用南海各区域不同深度沉积层的地震波速度及钻孔密度等数据,建立了沉积层与沉积基底密度差随深度变化的二次函数关系式,并基于该关系式,计算了南海沉积层相对基底密度低而产生的重力异常值.结果显示,南海沉积层的重力异常值在海盆区介于-40~-60 mGal,而在堆积巨厚沉积物的莺歌海盆地可达到-135 mGal;相对于空间重力异常、布格重力异常,经沉积层重力异常改正后的地壳布格重力异常更能突出深部不同尺度的密度结构和莫霍面的起伏特征,其总水平导数模更突显了南海西北部红河断裂带的海上延伸;利用谱分析技术估算岩石圈强度时,经沉积层重力异常改正的地壳布格重力异常数据获得的岩石圈有效弹性厚度值更为符合地质实际,特别是在长条形的巨厚沉积区如莺歌海盆地和马来盆地.分析表明,重力异常的沉积层密度改正对揭示南海构造特征具有重要的意义.     

重力校正中存在的若干问题

目前我国所采用的重力校正中包括纬度校正、高度校正、中间层校正和布格校正四大校正,这种重力外部校正方法中存在大量的简化假设,以降低计算量,提高运算效率,这种简化假设使得重力校正中存在若干问题:1)由于大地参考椭球与重力正常椭球不一致而引起的纬度误差;2)由于垂直基准面不一致而引起的高程异常;3)地形和中间层校正中密度选择不合理使得重力异常与地质构造背景相左等.随着我国重力勘探力度逐步向西部山区转移和重力勘探精度的提高,这种以大量的简化假设为前提的重力校正方法,便成为制约重力勘探的重要因素.本文对上述问题进行了分析论述,总结了国内外学者针对这些问题所进行的研究,并提出了对未来研究方向的展望,即一种基于"正常空间重力异常"的重力校正方法,这一方法的中心思想在于通过建立大地坐标系参考椭球空间任意一点的正常重力公式,将重力异常直接计算到重力测点上,取消了传统重力校正中的四大校正,从而避免各种校正过程中存在的问题.     

利用重力和地形观测反演中国及邻区地壳厚度

尝试了直接利用布格重力数据和地形数据反演计算中国及邻区的地壳厚度的方法. 为减小区域不均衡性和重力反演中的不唯一性的影响,本方法利用地表地形起伏修正传统反演方法中的参考深度,并经过多次的迭代使得反演结果逼近真实值. 在此基础上,绘制了中国及邻区1deg;times;1deg;网格的地壳厚度图,对中国及邻区的布格重力异常和莫霍界面的起伏数据进行了相关性分析, 其相关性系数为-0.993. 其地形起伏与莫霍界面的起伏之间也呈现出了海、陆不同的线性相关,其相关系数分别为0.96和0.91. 相关性计算结果显示,重力数据揭示的大陆和海洋的交界大致为水下800 m. 为了探讨地球曲率对该算法可能的影响, 还分别计算了分区反演以及整体区域反演两种模式,研究发现两者得到的地壳厚度偏差在5km以内,并分析了可能产生偏差的原因. 比较本文结果与地震测深及其它研究结果表明,独立使用布格重力异常和地形数据,能较为可靠地反演出中国及邻区地壳厚度.      

层析静校正在三维地震资料再处理中的应用及效果

对以往三维地震勘探原始资料进行连片处理是目前煤矿采区地震勘探中正在兴起的新方向.连片处理中,由于地形起伏大,低速带速度和厚度纵横向变化剧烈,常规静校正存在着较大局限性.因此,如何拼接地震数据,达到理想的地质效果是关键.应用层析静校正对山西郑庄煤矿三个区块的三维地震勘探原始数据进行重新连片处理,区块之间实现无缝拼接,初至波光滑,煤层反射波连续性好.利用连片处理后的数据体对以往解释成果进行修改,收到令人满意的地质效果.     

南海海岛海山的重磁响应特征

南海的海岛、海山等地貌单元的地球物理研究对于南海成因、海岛利用、资源问题和我国海防建设均具有重要意义.过去我国的南海海洋实际测量资料覆盖面小,且多数为测线调查,海底地形测量精度和重磁等测量精度较低,因此,一直无法得到精度较高的研究成果.本文利用半个多世纪我国在南海历年的多波束、重力、磁力等船载海洋实际地球物理调查资料,加上少数卫星、航空测量成果,得到能够覆盖南海全部海域的多波束、重力、磁力实际测量的地球物理基础数据.追溯南海周边的地磁台站与当年调查时间匹配的日变数据,重新校正历年磁力测量成果,并利用"十一五"863国家海洋高科技计划的处理、拼合技术,获得了南海海底地形、重力、磁力三方互为印证的可靠地球物理成果,为海岛海山的地球物理研究奠定基础.研究发现,南海海岛海山按其地球物理性质并结合现有的岩石物性资料,可以分为三大类:1)南海大部分海岛海山为空间重力异常值高、正磁力ΔZ_⊥异常值也高的高密度高磁性的双高海山,以基性喷出岩(玄武岩)为主;2)空间重力异常值高、磁力ΔZ_⊥异常值低的海山,以花岗岩、变质岩为主;3)空间重力异常值高、部分磁力ΔZ_⊥异常值高部分低的海山,可能是花岗岩、变质岩海山的部分区域出现火山喷发形成的. 海山的分布有规律,与南海的成因与南海块体的分异状态有关.     

CHARACTERISTICS OF MULTI-SCALE GRAVITY FIELD VARIATION AND SEISMOGENIC MECHANISM ANALYSIS IN THE SOUTHEASTERN TIBETAN PLATEAU

As the most basic geophysical field, the earth gravity field has achieved wide attention, and its spatial anomaly characteristics and dynamic variation can provide important scientific basis for studying the internal structure and dynamics of the Earth. Based on the mobile gravity observation data of the southeastern Tibetan plateau from 2013 to 2016, the dynamic variation tendency and anomaly characteristics of the regional gravity field in different temporal resolutions are obtained before and after the Ludian and Jinggu earthquakes in the study area respectively. The method of wavelet multi-scale decomposition is used to analyze the relationships of gravity field variation with the earth movement, material density change, and strong earthquake preparation. The deep material variation, dynamic process and the mechanism of earthquake inoculation in the southeastern Tibetan plateau are further discussed. Results indicate that the gravity field variation in the source region before the Ludian and Jinggu earthquake respectively is characterized by obvious positive and negative anomalous transition zone and gradient zone that are consistent with the direction of fault tectonics, suggesting the strong crustal movement and mass migration during the earthquake incubation period. The result of wavelet multi-scale decomposition of the gravity field during the period from September 2013 to April 2014 shows that the gravity field variation at different depth and space scale in the crust and upper mantle of the southeastern Tibetan plateau is significantly correlated with seismic distribution and the location of active fault zone. This indicates that the earthquake inoculation in the study area is closely related to the fault movement and the distribution of material density in the crust and upper mantle, which may be affected by the complex deep dynamic process of the material migration in the crust and mantle. The characteristic that strong earthquakes always occur near positive and negative anomaly transition zones and gradient zones of gravity field change is preliminarily explained, based on the dynamic process of material migration in the crust and upper mantle of the southeastern Tibetan plateau. The research results of this paper have some reference value to the study on the earth movement and seismogenic mechanism.     

Gravity field separation, density inversion and crustal tectonics in Kang-Dian region

IntroductionTethys-Himalya tectonic belt extends from west to east across Europe, Asia and Africa, and stops at the longitude of 104(E in China. The famous North-south active tectonic belt located in China is a part of China-Mongolia central-axis strong earthquake belt and the huge crustal thickness undulation belt. The tectonic belt is a strong extrusion, tension and shear region. It is synthesized by topography gradient belt, faults, Cenozoic basin and strong earthquake belt on north-so…     

新疆精河6.6级地震周边地区密度构造、均衡异常以及岩石圈挠曲机理

依据EIGEN-6C4重力模型和ETOPO1高程模型数据,围绕新疆精河6.6级地震展开岩石圈均衡与挠曲机理研究,得到如下结论：（1）震中附近的布格与自由空气重力异常分别为-221和-92mGal(10~(-5 )m·s~(-2)）,震中位于重力异常高梯度带上;（2）震中周边地区地壳厚度约为50km,密度结构总体变化平缓,东西方向地壳厚度变化较小,但自南向北地壳厚度逐渐变薄,精河6.6级地震初始破裂发生在上中地壳分界面附近;（3）震中附近岩石圈承载的垂向构造应力为20MPa左右,震中位于岩石圈垂向构造应力极大值附近的高梯度带上;（4）地震周边地区岩石圈有效弹性厚度最优解为26km,加载比最优解为F_1=1,F_2=F_3=0,表明该区域岩石圈相对坚硬,且导致岩石圈变形的初始加载全部来自地表．     

基于变差函数的插值方法计算华北地区重力场变化

定点重复重力测量是获取区域重力场变化的主要手段之一, 重力场特征与地形起伏、 构造走向等因素相关。 以华北地区为例, 考虑区域内地形和构造的北东向分布规律, 从EGM2008重力模型中拟合各向异性变差函数参数, 利用变差函数网格化插值, 对华北地区2009—2013年期间重力场观测数据进行网格化重建, 获取华北地区重力场时空变化结果。 研究结果表明基于区域地形、 构造特征的各向异性变差函数插值方法, 获得的空间重力场变化在重力异常梯级带上更加明显, 重力变化与活动构造分布具有更好的一致性。 本文研究方法对于恢复区域时空重力场异常具有重要意义, 有助于提高应用重力资料划分潜在地震危险区空间位置的精度, 为华北地区震情研判和构建地震预报定量指标体系提供可靠的地球物理场数据。     

利用Hilbert变换计算重力归一化总梯度

针对提高重力勘探正反演解释的分辨率问题,提出利用Hilbert变换计算和研究重力归一化总梯度.文中从理论上详细地证明了方法的可行性,给出了适合计算机实现的计算方法.为探讨该方法对油气藏的分辨能力,在模型计算中,分别利用Fourier级数法、Fourier变换法和本文提出的Hilbert变换法计算模型的GH场值,发现当三度体储油球冠模型（模拟似三度贮油气藏背斜模型）油气藏部分（低密度体）厚度减小到低于球冠厚度的十分之一时,Fourier级数及变换法不能分辨出低密度体所产生的异常,而Hilbert变换法仍然可以清晰地识别,这说明用Hilbert变换法计算的GH场对异常识别的分辨率优于其他两种方法.     

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     

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.     

Contribution of satellite altimetry data in the geophysical investigation of the Red Sea Region, Egypt

Successful development of geodetic satellite missions has aroused new interest in determining global and regional gravity field based on satellite data. Satellite altimetry data enable direct determination of the geoid over sea regions. In Egypt, where land and marine geophysical data are inadequate because of rough topography and economic reasons, the use of satellite altimetry data is of special importance. The northern Red Sea region has been selected as a site for case study of the current research, after applying spectral analysis to reveal near-surface structure, the residual geoid of the studied region shows a good correlation with the known geologic features. Moreover, satellite-based gravity data enhance small-scale features and agrees well with land and marine gravity data. Thus, geoid undulation and satellite gravity data can be a complementary source of data to determine near-surface and deep structures.