重震联合反演框架及应用新进展

重震联合反演是多地球物理数据联合反演的重要分支.通过调研国内外重震联合方面经典和最新文献,从模型参数化、联合数据类型、反演的实现和结果评价、优势及应用等多个角度对重震联合框架和新进展进行了介绍.相比于单数据集反演,重震联合反演在减弱多解性、提高物性分辨率、提高成像质量、岩性分类和地质解释等诸多方面都具有独特优势.目前,重震联合方法和技术还处在发展阶段,在多类型数据的结合、反演及定量评价、加强实际应用等方面发展空间还很大.最后,提出了重震联合方面值得关注的几点问题和可能的发展方向.     

重震联合反演方法及其应用进展

地球物理反演是探索地下结构的最佳途径之一.地震波可以穿透到地球深部进行直接采样,是探测地球深部的主要方法.重力是结构体密度分布与地表观测点之间距离的体积积分效应,重力异常随着源深度的增加衰减很快,其对浅部结构的灵敏度明显优于地震数据.地震和重力联合反演能够相互补充和约束,提高空间分辨率,使反演结果更加稳定可靠.本文首先介绍了联系地震和重力数据的速度-密度经验关系,随后分别介绍了重震联合反演的3种常用方法—顺序反演、同步反演和交叉梯度反演,简要阐述了各种方法在国内外的应用情况.分析认为顺序反演将两类数据分开独立进行计算,原理简单,易于操作实现.但是该方法依赖于先验模型和速度-密度经验关系,可能存在分辨率较低区域(如模型边界)的误差放大效应.同步反演采用将地震和重力数据放在同一方程组中同时反演的策略,减弱了单一数据先验模型对结果的影响,但两种数据的同时运用势必引入数据权重分配问题.交叉梯度寻求不同物理参数模型在结构上的相似性,对潜在的岩石物性关系做了最少的假设,一定程度上降低了反演的非唯一性,但强制性地匹配模型的结构不一定完全符合地下介质的物性分布.因此使用交叉梯度方法反演时应注意模型的推导需要遵循客观标准,以控制模型的结构相似性和数据拟合度.最后指出重震联合反演中的速度-密度经验关系和数据的权重分配仍是值得探究的问题.     

准噶尔盆地腹部隐蔽油气藏物理模拟及地震响应特征

准噶尔盆地腹部侏罗系以隐蔽油气藏为主,地震资料在目的层分辨率较低、地震反射特征不清晰,制约了对该区的低幅构造、岩性圈闭的识别和评价.本文根据侏罗系的沉积特点,建立河流、（扇）三角洲沉积体系地质模型,制作尖灭体、透镜体、河道砂、浊积体等地质体的三维物理模型,通过实验测试方法,研究地层条件下岩石物理性质的变化特征,系统研究储层地球物理参数变化的总体规律,并结合测井资料,采用波场物理模拟方法,研究波场响应特征与储层参数变化之间的规律,分析各种情况下的波场特征、属性特征.     

徐闻地区综合地球物理勘探方法应用研究

徐闻地区位于北部湾盆地向雷州半岛的延伸部分,具有较好的油气勘探前景.2003年至今,江苏油田在徐闻地区先后开展了重力、大地电磁测深、二维地震和三维地震,以及钻探、VSP和试油测试等油气勘探工作.徐闻地区存在比较特殊的地表与地下地质条件.工区跨越半岛陆上和浅海水域,浅表层多套火成岩覆盖(出露),深层构造破碎、地震反射成像困难.因此,开展了具有针对性的综合地球物理方法(重力、大地电磁测深和地震)研究与勘探实践,克服了单一地球物理方法的局限性,获得了较好的数据资料,减少了多解性并为该地区的油气发现奠定基础.     

华北地区地震短期综合预测方法研究

在对华北地区114项骨干前兆观测资料进行地震短期异常前兆信息量提取与计算基础上，结合华北地区地质构造、地震活动、地壳厚度，特别是现今动力学环境因子等因素，研究了华北地区地震短期异常前兆信息量的时、空演化特征及其与地震的关系，给出了华北地区Ms≥5地震短期综合预测的指标和方法。经R值评分检验表明，该方法具有一定的地震预测效果。     

复杂盆地地球物理-地质结构模型的构建——重磁电震综合解释在楚雄盆地勘探中的应用

楚雄盆地由于其复杂的地质构造,基底深度及内部构造隆拗深度一直不明了.本文以楚雄盆地区域重力及航磁数据为基础,依据横贯东西的两条重磁电震剖面定量反演解释结果,并以云参1及楚参1钻井作为约束,分西区、中区及东区三个区块反演得到了楚雄盆地三叠系顶底界面深度,进而得到三叠系厚度分布特征.本次取得的成果为研究楚雄地区深部地质构造和主要沉积盆地厚度以及盆地基底深度提供了较为可靠的资料,可作为楚雄盆地油气评价的重要依据;同时也为复杂盆地地球物理-地质结构模型的构建提供了一条可行的思路.

     

磁力测深公式的推导及应用

本文从地球物理场出发，通过严密的数学物理推导，提出了磁力测深公式，并导出了著名的重力测深公式的更一般表达式。为了得到更为精确的解，本文又提出了应用最优化理论的空间域迭代算法，并根据地球物理模型对于高斯优化法进行了改进，在算法上有所创新，使其在计算机上实现时算法简单，计算速度快。文中还列举了一些模型的实验结果，对磁力测深公式及迭代算法的有效性及可靠性进行了论证。用本文方法对实际资料的处理结果是令人满意的，证明该方法有一定的实用性。     

综合物探方法在高压架空线路下方采空区探测中的应用

利用物探方法准确高效地探测输电线路下方采空区的位置和范围对电网安全、稳定地运行具有十分重要的意义.根据采空区的地球物理性质,常使用电阻率法、电磁法、地震法等对其进行探测,但是,由于工区的干扰以及物探资料解释的多解性,单一的探测方法常常难以取得理想的效果.本文综合利用电测深法和浅层地震反射方法对高压架空线路下方采空区进行...     

综合地球物理方法在邯邢式铁矿深部找矿中的应用

系统回顾了邯邢地区以往寻找铁矿所采用的物探方法历史,归纳总结、分析了邯邢式铁矿岩(矿)石物性资料特征,结合前人在该区所做的工作和当前深部矿勘探技术发展趋势,探讨了邯邢式铁矿找矿工作中开展重、磁、电综合物探方法的必要性与可行性.通过对中关铁矿、上郑铁矿和白涧铁矿等三个典型的"邯邢式"铁矿床上开展的综合地球物理找矿实例分析,证明综合物探在对邯邢式铁矿找矿中效果突出,在此基础上,提出了以磁法为主,辅以重力和电磁测深的方法是邯邢式铁矿深部找矿的有效方法技术组合.     

滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案

对滇西实验场1992年以来前兆观测资料进行分析研究,选取映震效果通过R信度检验(对应M≥5.0地震)的8条单项前兆指标,综合考虑单项前兆指标虚报率和漏报率对指标信度的影响,对单项前兆指标利用数学模型进行综合处理,减少了虚报和漏报的次数,预测效果明显提高.综合预测方案不仅提高了地震短临预测信度,并提供了地点判定原则和震级估算原则.利用分级预警模式分别建立了中短期和短临预测模型,短临预测时间严格控制在3个月内,尽最大可能实现地震短临预测.本综合预测方案具有较好的可操作性,可实时动态跟踪地震危险性,提供地震短临预测三要素.     

准噶尔盆地陆东—五彩湾地区石炭系火山岩电性与地震响应特征

勘探实践证实,准噶尔盆地石炭系已成为一套现实勘探层系;陆东－五彩湾地区石炭系火山岩体规模大、分布广,是重要的天然气储集体;火山岩储层有效性主要受不整合、岩性、岩相控制,识别火山结构、火山岩岩性、岩相成为判别储层有效性的关键.由于主要目的层巴塔玛依内山组特殊的三段式火山岩组合层序结构,为通过测井、地震物探手段识别火山岩岩性、岩相创造了条件.基性熔岩具高密度、高电阻率、高自然伽玛电性特征,中基性熔岩具高电阻率、高密度、低自然伽玛电性特征,中酸性熔岩具中电阻率、中等密度、较高自然伽玛电性特征,火山角砾岩相具低电阻率、中低密度、高自然伽玛电性特征,凝灰岩具低电阻率、低密度、高自然伽玛电性特征.上、下火山岩段表现为不连续的丘状反射或杂乱反射;中部沉积岩段表现为较强振幅、较连续的平行与亚平行结构反射;依据波组反射结构特征,能够识别出层状火山、锥状火山、浅成侵入体三类火山岩结构.火山岩储层均属风化壳型储层;储层有效性受岩性与岩相控制.近口亚相带主要发育于滴南凸起带、滴北凸起带、石西—石南凸起带、五彩湾凹陷南北缘、白家海北缘;远火山口亚相多发育于火山后亚相的东西两侧;溢流相带主要沿主断裂由南向北展布.近源的构造、岩性、岩相匹配的风化壳储层发育区,最有利于成藏;形成构造背景下的地层-岩性型原生火山岩天然气藏.     

Two-dimensional data-space joint inversion of magnetotelluric,gravity, magnetic and seismic data with cross-gradient constraints

In recent years, joint inversion has been widely used for integrated geological interpretation. We extended a data-space joint inversion algorithm of magnetotelluric, gravity and magnetic data to include first-arrival seismic travel-time and normalized cross-gradient constraints. We describe the main features of the algorithm and apply it to synthetic data generated for hypothetical models. For the synthetic data, we find that the joint inversion with multiple parameters is superior to the joint inversion with two or even three parameters, which can reduce the multisolution of inversion results more effectively. Furthermore, data-space joint inversion involves fewer memory requirements and better calculation speeds than traditional model-space joint inversion. The normalized cross-gradient constraints can better couple model parameters of different magnitudes compared with traditional unnormalized cross-gradient constraints, resulting in higher levels of structural similarity among resistivity, density, magnetic susceptibility and velocity models.     

Detailed gravity survey to help seismic microzonation: Mapping the thickness of unconsolidated deposits in Ottawa, Canada

In this study, measurements of gravity were made to map and model the thickness of Quaternary deposits (sand and clay) overlying Ordovician limestones in a suburb of Ottawa (Orléans, Ontario). Because ground motion amplification is partly related to the thickness of unconsolidated deposits, this work helps refine the assessment of the earthquake damage potential of the area. It also helps the mapping of clay basins, which can locally exceed 100 m in thickness, where ground motion amplification can occur. Previous work, including well log data and seismic methods, have yielded a wealth of information on near-surface geology in Orléans, thereby providing the necessary constraints to test the applicability of gravity modeling in other locations where other methods cannot always be used. Some 104 gravity stations were occupied in an 8 × 12 km test area in the Orléans. Stations were accurately located with differential GPS that provided centimetric accuracy in elevation. Densities of the unconsolidated Quaternary deposits (Champlain Sea clay) determined on core samples and densities determined on limestone samples from outcrops were used to constrain models of the clay layer overlying the higher density bedrock formations (limestone). The gravity anomaly map delineates areas where clay basins attain > 100 m depth. Assuming a realistic density for the Champlain Sea clays (1.9-2.1 g/cm³), the thickness over the higher density bedrock formations (Ordovician carbonate rocks) was modeled and compared with well logs and two seismic reflection profiles. The models match quite well with the information determined from well logs and seismic methods. It was found that gravity and the thickness of unconsolidated deposits are correlated but the uncertainties in both data sets preclude the definition of a direct correlation between the two. We propose that gravity measurements at a local scale be used as an inexpensive means of mapping the thickness of unconsolidated deposits in low-density urban areas. To obtain meaningful results, three conditions must exist. Firstly, elevations of gravity stations must be measured accurately using differential GPS; secondly, that the regional gravity field must be well defined, and thirdly, that the local geology be simple enough to be realistically represented with a two-layer model.     

重震联合中速度-密度耦合研究综述

基于物性参数耦合的多地球物理数据联合反演方法是21世纪初发展起来的新技术,速度-密度耦合约束下的重震联合反演是其重要分支之一.相比于传统的重震资料综合解释,基于速度-密度耦合的重震联合反演能够减少主观因素的干扰,发挥地震和重力数据的互补作用,产生精度和一致性更高的速度-密度模型.结合国内外现状,本文较为全面地介绍了现有的速度-密度耦合方式,并讨论了速度-密度耦合约束下重震联合反演策略和目标函数的构建及求解等相关问题.不同反演策略和耦合方式的适用性不同,没有绝对的优劣之分.根据研究区的实际情况,在合适的速度-密度耦合约束下开展重震联合反演研究和应用是下一步工作的重点.     

松辽盆地北部徐家围子断陷火山岩分布及天然气富集规律

提出一个新的带通滤波器——延拓回返垂直二次导数,该滤波器可通过调节延拓回返高度及次数来达到调频目的,以突出勘探目标层段的信息.利用该技术对松辽盆地深层勘探程度最高的徐家围子断陷的航磁资料进行目标处理,与钻井资料对比表明,经处理后的航磁资料可以较好地反映火山岩的分布特征.以航磁资料为主结合钻井、地震资料预测了徐家围子三套火山岩的平面分布.指出航磁异常梯度带是火山岩储层的发育区带,近烃源岩或沟通烃源岩的航磁异常梯度带是火山岩天然气的富集区带.该认识对今后松辽盆地的勘探部署有着十分重要的指导意义,对我国其他地区的火山岩勘探也具有借鉴意义.     

重磁三维反演伊犁盆地中部密度和磁性结构

伊犁盆地中部区域地处多个构造单元的交汇区,构造复杂,缺乏高精度地质资料,制约了对盆地构造演化的进一步认识.本文联合使用多种先验信息作为约束条件,利用高精度重磁数据反演获得了研究区地下海拔-10 km以浅的三维密度和磁性结构,增强了反演结果的可靠性.结果揭示以白石墩次凸为中心发育了一个"北断南超"的南西-北东向不对称型凹陷,北部沉积厚度大于南部;区内主要断裂具有高角度特征,生烃中心受断裂控制,阿吾拉勒山前凹陷浅部可能发育逆掩断裂;火成岩以侵入的基性火成岩为主,伴有部分喷出火成岩和中酸性火成岩.     

Fast mapping of magnetic basement depth,structure and nature using aeromagnetic and gravity data: combined methods and their application in the Paris Basin

Assessment of deep buried basin/basement relationships using geophysical data is a challenge for the energy and mining industries as well as for geothermal or CO₂ storage purposes. In deep environments, few methods can provide geological information; magnetic and gravity data remain among the most informative and cost‐effective methods. Here, in order to derive fast first‐order information on the basement/basin interface, we propose a combination of existing and original approaches devoted to potential field data analysis. Namely, we investigate the geometry (i.e., depth and structure) and the nature of a deep buried basement through a case study SW of the Paris Basin. Joint processing of new high‐resolution magnetic data and up‐to‐date gravity data provides an updated overview of the deep basin. First, the main structures of the magnetic basement are highlighted using Euler deconvolution and are interpreted in a structural sketch map. The new high‐resolution aeromagnetic map actually offers a continuous view of regional basement structures and reveals poorly known and complex deformation at the junction between major domains of the Variscan collision belt. Second, Werner deconvolution and an ad hoc post‐processing analysis allow the extraction of a set of magnetic sources at (or close to) the basin/basement interface. Interpolation of these sources together with the magnetic structural sketch provides a Werner magnetic basement map displaying realistic 3D patterns and basement depths consistent with data available in deep petroleum boreholes. The last step of processing was designed as a way to quickly combine gravity and magnetic information and to simply visualize first‐order petrophysical patterns of the basement lithology. This is achieved through unsupervised classification of suitably selected gravity and magnetic maps and, as compared to previous work, provides a realistic and updated overview of the cartographic distribution of density/magnetization of basement rocks. Altogether, the three steps of processing proposed in this paper quickly provide relevant information on a deep buried basement in terms of structure, geometry and nature (through petrophysics). Notwithstanding, limitations of the proposed procedure are raised: in the case of the Paris Basin for instance, this study does not provide proper information on Pre‐Mesozoic basins, some of which have been sampled in deep boreholes.     

重震反演中国东北地壳上地幔三维密度结构

本文利用重力和地震P波到时数据反演得到了中国东北地区地壳上地幔三维密度结构.与单一的重力或地震反演相比,重震反演一方面有效地克服了重力反演结果垂向分辨率低的问题,另一方面也提高了地震反演结果的可靠性.结果显示:中国东北地区的地壳及上地幔剩余密度异常分布与构造单元具有明显的相关性,造山带对应低密度异常,盆地对应高密度异常;区域内火山下方有明显的低密度体存在,可能是由于太平洋板块俯冲进入上地幔并部分滞留,在滞留板块深部脱水和软流圈热物质共同作用下产生了上涌岩浆,喷发后形成了火山.     

火山岩地层地震反射特征和地震-地质联合解释:以徐家围子断陷为例

火山岩地层的地震反射特征可通过地震参数、反射结构与地震相、地震地层结构进行地质解释.徐家围子断陷营城组是一套以火山岩占优势的火山岩地层.钻遇营城组钻井与地震资料匹配给出了各种地震属性、反射结构和地震相的地质解释.在徐家围子断陷地震三维工区开展的火山岩地层的地震-地质联合解释包含三个层次:地震参数、反射结构与地震相、地震地层结构,反映火山作用和与相关的沉积作用的地层记录,其中反射结构与地震相是解释的重要环节.平行和发散反射结构可出现在自火山斜坡至盆地的环境,是火山物质较连续的展布和平稳堆积.前积反射结构可出现在火山斜坡至盆地的过渡环境,是火山物质的不连续和快速堆积.丘状和披盖反射结构可出现在火山口至盆地的各种环境中,与岩浆穹窿和基浪沉积有关.充填反射结构可出现在许多环境中,是火山物质下切冲蚀作用形成的.火山岩地层地震-地质解释遵循由大到小和由粗而细的原则,对应地震参数、反射结构与地震相和地震地层结构.