基于重磁场多尺度边缘检测的地质构造信息识别与提取——以铜陵矿集区为例

重磁场是地下地质体密度、磁性分别响应的综合,蕴涵着丰富的地质构造信息,如何将其有效地提取出来是正确认识地下结构的关键环节.本文在总结重磁场构造信息提取研究进展的基础上,将构造信息提取突破口归结为重磁场的边缘增强与检测.通过构建理论模型,对常用的边缘检测方法开展了对比试验,并以长江中下游成矿带中的铜陵矿集区为例,开展了实际资料的处理和研究.获得以下认识和结论:(1)多尺度边缘检测方法较其他方法更能准确提取模型边界,更适合于构造信息识别与提取;(2)在铜陵矿集区识别出18条断裂构造,确定了铜陵隆起的边界,断裂构造的走向主要为北东向,前人所谓"棋盘格式"断裂构造系统并不存在;(3)圈定了岩体的分布范围,在铜陵矿集区北缘,发现了2处隐伏岩体;(4)施家冲、戴家汇岩体周边是寻找矽卡岩型、斑岩型铜金矿的有利地段,铜陵隆起和繁昌火山岩盆地分界断裂两侧是寻找热液型铅锌矿和金矿的重要靶区.     

铜陵矿集区侵入岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其深部动力学背景

选取铜陵矿集区5个典型的中生代侵入岩体——沙滩脚石英二长斑岩、冬瓜山辉石二长岩、新桥二长岩、凤凰山花岗闪长岩、小铜官山石英二长闪长岩,进行了系统的SHRIMP锆石U—Pb定年,给出了（151．8±2．6）～（142．8±1．8）Ma的年龄值,对该区侵入岩的形成时代提供了精确约束,表明晚侏罗世末是该区岩浆活动的高峰期．岩浆侵入的总体顺序为石英二长（斑）岩→二长岩→花岗闪长岩→石英二长闪长岩→辉石二长闪长岩→辉长辉绿岩．不同岩性的侵入岩具不同的结晶年龄可能说明了铜陵地区侵入岩经历了深部岩浆的演化过程．这种岩浆的演化过程和该区当时深部地球动力学背景有密切的关系．提出了研究区深部构造和岩浆演化的动力学模型：T3末期,扬子与华北块体完成拼合,铜陵地区进入新的挤压造山运动期,即进入了太平洋动力学体系．J2-J3期间,随着Izanagi板块向欧亚板块之下俯冲,该区受到的北西向挤压作用,形成北东向褶皱,并导致地壳增厚．在地壳下部形成高密度的榴辉岩相岩石,造成深部岩石圈地幔及下地壳拆沉,诱使热的软流圈物质上涌,减压熔融产生的玄武质岩浆发生底侵作用,并引起下地壳受热熔融产生花岗质岩浆．这些岩浆经过不同的作用过程最终沿深大断裂上侵（J3-K1）．测年结果表明该区岩石圈地幔和下地壳的拆沉作用至少在晚侏罗世中晚期就已经开始,并造成岩石圈的急剧减薄,中上地壳发生强烈的伸展作用,形成盖层间、基底与盖层问、中下地壳等大量的滑脱构造,构成了岩石圈构造分层或拆离作用．老的岩浆成因继承核（747～823Ma范围内的3个一致年龄）的存在支持铜陵地区在新元古代存在明显的岩浆作用,同时说明中生代侵入岩的形成有较多的新元古代火成岩源岩的参与．     

铜陵矿集区印支-燕山期盖层形变场三维结构的实验重塑

在野外观测和流变学分析的基础上, 通过相似物理实验重塑了铜陵矿集区印支-燕山期的构造格架; 并采用“切片”与“剥层”的方法, 分解透析了矿集区盖层的这一三维变形结构. 其中, 垂直于褶皱枢纽的系列切面观察, 显示了实验模型与钻孔的剖面结构相似性; 逐层剥离分析表明, 模型各层的变形特征也与野外景观定性吻合. 通过对模型与野外现象之间平面景观和垂向结构的对比分析, 还发现此套构造格架有如下主要特征, 即: (1)三套北东向“S”型褶皱群组成了区域构造平面格局的基本框架; (2)在整体一致的统一应力场中, 不同部位、不同方位和不同层位中普遍可见不协调褶皱的分布; (3)与褶皱幅度向深部逐步衰减对应, 断裂系统的发育是由下而上逐步扩张, 且以低角度顺层滑脱断层为主体; (4)志留系层内流褶皱和劈理化高度发育的现象, 反映印支-燕山期构造层的变形效应在此层趋于中止. 这有可能暗示着志留系是该期脆-韧性变形转化的分界层次, 其下伏岩系当属另一套不同性质变形产物的事实.     

铜陵矿集区浅层含矿岩浆输运网络与运移机制

研究证实铜陵矿集区燕山期岩浆浅表侵入导致了大规模成矿作用, 成矿期区域中部-10 km处存在一个隐伏岩浆房, 成矿岩浆由此处产生并向上运移, 然浅层成矿岩浆输运网络与运移机制这个与成矿作用密切相关问题的探索仍有待深入. 构造力学、分形统计和地质事实综合分析表明北东向高角度褶皱相关断层及棋盘格状基底断裂系是岩浆由浅层岩浆房向盖层褶皱系输运的主要通道, 褶皱核部的虚脱部位是岩浆主要就位空间. 因而, 上褶-下断的构造网络为浅层岩浆的导流-定位系统. 多层结构地质体在变形过程中, 上部地层受下部地层顶托更趋于发生褶皱, 下部地层承受上部地层的载荷易发生断裂, 当下部地层岩石力学强度高于上部时, 上褶-下断构造组合的发育概率会更为增加. 由于存在导流网络, 浅部岩浆房顶部的富含挥发份岩浆以“岩脉式”快速向表层输运, 定位于褶皱虚脱空间中, 并快速充填和改造就位空间; 岩浆顶部的挥发份物质因压力骤降而发生隐爆, 引发多相流体不混溶以及大量成矿元素富集. 脉动式岩脉活动可能是导致铜陵矿集区岩浆岩化学成分互有差异且时空上紧密伴生的主要因素.     

基于先验信息约束的重磁三维交互反演建模技术——以铜陵矿集区为例

三维地质建模是实现深部矿产勘查突破的重要途径,其通过控矿地质体的三维建模,直观刻画控矿要素之间的空间、成因和演化关系,帮助理解成矿系统,开展深部找矿预测.当前三维建模主要采用地质资料构建,在缺少钻孔等已知资料的情况下,难于构建出可靠的三维地质模型.为了克服常规三维地质建模方法可信度低、精度差的缺点,本文将重磁交互反演技术引入到三维地质建模中,提出了基于先验信息约束,通过二度半剖面交互反演、三维物性反演联合修正的三维地质模型方法.采用该方法建立了铜陵矿集区的三维地质模型,并开展了深部找矿预测,取得以下主要认识:1)基于先验信息约束的重磁交互反演建模技术能大幅提高三维地质模型的可信度,是实现地下地质体"透明化"的重要途径;2)铜陵地区重要控矿地层(C-P-T2)主要分布于向斜区和火山岩覆盖区,深部岩浆岩条件优越,深部找矿工作应从传统的背斜隆起区转向向斜区和火山岩覆盖区以及部分凹陷区,这将极大拓展铜陵地区找矿空间;3)铜陵地区传统的五大矿田的侵入岩均具有复合岩体特征,特别是与辉石闪长岩共生的矿产以铁铜矿为主,而与金矿密切相关的侵入岩则多为中酸性岩体,这一推断如果成立,将对铜陵地区找矿突破产生重大影响;4)铜陵地区的推覆构造十分发育,木镇凹陷区的早古生代基底和南陵盆地北西缘的戴公山背斜就是一套区域性推覆构造的产物,三维地质模型还揭示铜陵地区侵入岩具有深、中、浅三重结构,这为铜陵隆起的推覆成因提供了证据,也指示了在铜陵之外再寻找类似铜陵矿集区的良好前景.     

深地震反射剖面揭示的铜陵矿集区复杂地壳结构形态

穿过铜陵矿集区的深地震反射剖面揭示出其下具有异常地壳结构. 剖面北部下地壳 (4-11s, TWT)呈现多组倾向相反的“层状”强反射, 解释为伸展环境下玄武岩浆多次底侵的结果. 剖面南部扬子克拉通中地壳呈现较强的水平反射, 显示清晰的双层地壳结构. 铜陵隆起上地壳出现复杂的弧形反射, 解释为褶皱、冲断和侵入构造, 复杂弧形反射下方的反射透明区揭示巨型岩基的存在; 存在于上、下地壳之间(4-7s, TWT)且向南倾斜的巨型强反射带指示二者之间存在拆离. 拆离面为岩浆侵入创造了空间条件, 使矿集区下形成巨型穹隆状岩基. 扬子克拉通具有清晰的莫霍面反射, 铜陵隆起下为弱莫霍面反射, 而剖面北部莫霍面反射之下还有反射出现, 莫霍面在短距离(60 km)内的巨大变化表明构造岩浆活动的复杂性.     

哀牢山多金属矿集区深部构造与成矿动力学

哀牢山多金属矿集区指哀牢山成矿带及邻区主要矿田（床）所组成的区域,它虽然位于多个构造单元的交汇部位,但却具有统一的深部构造背景．区域深大断裂构造多期活动、高热流异常及岩浆岩和矿床的空间分布均受矿集区统一的深部构造制约．遥感图像解译发现一个与该矿集区对应的巨型环形构造．地球物理资料揭示出矿集区地壳内部存在不规则的低速透镜体,莫霍面具有与环形构造基本一致的局部隆起和明显的壳幔过渡带,软流圈地幔具有多期脉动隆起特征．自晚古生代以来的三期软流层隆起事件,控制了区域剪切构造活动和成岩成矿作用过程．     

内蒙古双尖子山矿集区三维电性结构及成矿意义

双尖子山矿集区作为中国北方东部大型的银铅锌多金属矿集区,具有多期叠加成矿的特征.为了揭示双尖子山矿集区2000 m以浅成矿要素的空间展布,本文基于有限内存拟牛顿法(L-BFGS)对覆盖矿集区的 6 条可控源音频大地电磁测深数据进行含源三维反演,获得了双尖子山矿集区2000 m以浅三维精细电性结构.结合重磁、区域地质、钻...     

再论永梅会矿集区的找矿方向

永梅会矿集区具有独特的成矿地质背景,有望成为华南又一以Ｃｕ为主的矿业基地,为实现这一国家标准,力争使矿产储量有较大幅度地增长,这就要求地质科学研究从战略与战术上紧密配合。在新一轮矿产资源调查中,拓宽找矿思路,明确找矿主攻目标。     

胶东大型黄金矿集区及大规模成矿作用

研究表明，胶东矿集区的东界与华北克拉通的东界吻合，金矿以华北克拉通变质岩及其有关的侵入岩为控矿围岩．主成矿期成矿时代为 １２１．６～１２２．７ Ｍａ，约在 １个１００万年的短时限内．成矿物质具有多源性，既来自于控矿围岩－花岗岩和变质岩，又来自于幔源的岩浆岩，特别是与中基性脉岩、偏碱的钙碱性花岗岩的侵入关系密切．胶东大规模成矿的动力学过程受华北东部中生代构造转折体制制约，是周围板块共同作用下的大规模壳幔相互作用的直接结果．     

龙门山冲断带多层次滑脱带与滑脱构造变形

龙门山冲断带发育多层次的滑脱层,通过野外地质考察、地震剖面解释和平衡剖面分析,可以将其划分为:(ⅰ)深层次滑脱带,包括壳幔滑脱带、壳内滑脱带和前震旦系基底滑脱带,所发育的构造变形样式主要有壳幔拆离滑脱变形、基底韧性剪切变形等;(ⅱ)中层次滑脱带,包括寒武-奥陶系滑脱带、志留系滑脱带等,发育的构造变形样式主要有等厚褶皱、尖棱褶皱、构造虚脱及其构造组合等;(ⅲ)浅层次滑脱带,包括上三叠统须家河组滑脱带、侏罗系滑脱带等,发育的构造变形样式主要包括逆冲推覆构造和重力滑动构造样式、背冲断块、三角带构造和双重构造等.多套滑脱层不仅使褶皱-冲断带自深层往浅层发育了不同的构造变形样式,同时还使得局部构造发生了明显的构造作用的叠加,研究表明,多套滑脱层在龙门山冲断带的形成和演化过程中具有重要的作用.     

基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制

为了避免形态滤波方法在大地电磁强干扰分离中的“过处理”、进一步保留大地电磁低频段的有用信息,提出基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制方法.首先,从信号处理的角度剖析矿集区典型强干扰与天然大地电磁微弱信号之间的定量辨识关系,利用形态分形维数和形态膨胀谱熵对大地电磁信号与强干扰进行信噪辨识.然后,结合形态滤波技术和阈值法,仅对辨识出明显不是天然大地电磁信号的异常波形进行噪声压制.最后,重构大地电磁有用信号,并对算法进行性能评价.仿真结果表明,形态分形维数和形态膨胀谱熵能较好地定量辨识大地电磁信号与强干扰,大地电磁信号中一些缓变化的低频信息得到了更为精细的保留;与形态滤波整体处理相比,本文所提方法获得的卡尼亚电阻率曲线更为光滑、连续,视电阻率值相对稳定,其结果更为真实地反映了测点本身所固有的大地电磁深部构造信息.

     

九瑞矿集区三维电性结构研究及找矿意义

九瑞矿集区作为全国重点整装勘查区之一,深部找矿工作一直是研究重点和热点.本文在综合分析研究区区域地质资料、对典型地层和岩石标本进行电阻率参数测试和统计分析的基础上,利用研究区面积性AMT数据进行三维电性结构研究.为获得AMT最佳反演参数,选择一条典型AMT剖面开展二维非线性共轭梯度(NLCG)反演,进而总结出利用TM极化模式数据、拉格朗日乘子等于3的二维反演方案.综合利用地质、钻探和电性特征对全区23条AMT剖面进行二维约束反演,并将所有测线的电阻率反演结果三维网格化,得到了研究区的三维电性结构.最后,我们通过对三维电性结构的综合分析,确定研究区地下地层、岩体展布、断裂构造分布特征以及基底起伏情况.与已知矿床对比,我们发现浅部北西断裂与北东向区域性深部断裂交汇处、基底隆起凹槽边缘以及岩体边缘为成矿有利区.     

渤海湾盆地济阳坳陷滑脱构造研究

通过地震剖面、钻井资料和油田开发资料对渤海湾盆地济阳坳陷地层、构造变形和岩石物性进行研究.结果表明,渤海湾盆地济阳坳陷南缘和东北部存在滑脱构造,滑脱构造主要沿古生界／太古宇不整合面、石炭系／奥陶系假整合面发育,在古生界内部和新生界也有显示.滑脱构造面是一个断层破碎带,发育碎裂岩和褶皱.构造破碎带附近古生界（石炭系）底部和太古宇（奥陶系）顶部出现破碎带,表现为高孔隙度、高渗透率带.视滑动构造强度的不同古生界底部地层可能出现缺失或重复,后者在地震剖面中表现为反射时间明显增大,相应发育滑脱褶皱、堆垛背斜.由于与油气形成的时间相匹配,滑脱构造为潜山油气的储集和运移提供了有效的储集空间和运移通道,是潜山性油气藏形成的重要条件.     

庐枞矿集区大地电磁测深强噪声的影响规律

天然大地电磁场信号微弱,极化方向随机,极易受电磁噪声污染.张量阻抗分析、远参考技术、Robust估计等对随机噪声和不相关噪声有比较好的压制效果,但对强的相关噪声目前还没有有效的压制方法.庐枞矿集区人烟稠密、工业发达,是我国著名的铁、铜、硫等矿产基地之一,区内强烈的工业、通讯、矿山、民用等电磁干扰严重污染了大地电磁测深数据.本文首先根据实测的电磁场时间域波形和卡尼亚电阻率测深曲线形态,挑选出基本未受噪声污染的测点(Y1650).然后利用数学形态学从受严重污染的电磁场时间序列中提取出类方波、三角波、阶跃、脉冲和充放电5种典型噪声的波形,并以不同的方式将这些噪声波形与Y1650的电磁场波形叠加,对比分析加噪后Y1650点电阻率和相位测深曲线的变化,进而归纳出典型强噪声对庐枞大地电磁测深资料的影响规律,为进一步压制强噪声和资料处理提供依据.     

九瑞矿集区重磁三维约束反演及深部找矿意义

研究九瑞矿集区成矿地层和岩体的三维分布特征可为区域成矿背景和成矿规律研究提供新的信息,实现研究区深部及外围找矿突破.本文首先综合分析研究区区域地质及地层和岩石密度和磁化率特征,然后将区域地质和12条地质剖面信息利用自行开发的GIF2UBCmodel程序构建剩余密度和磁化率参考模型和上下边界约束模型,实现了带约束重磁数据三维反演.反演结果揭示九瑞矿集区剩余密度和磁化率三维分布特征,解译了矿集区主要地层和岩体分布特征.该区存在邓家山—东雷湾以及武山—丁家山两个大型岩体;盖层褶皱与结晶基底隆起方向一致,是深部基地隆起的继承.通过与矿集区已知矿床对比发现,高磁性岩体边缘和基底隆起(高密度体)两翼为成矿有利区.     

小地震精定位与层析成像揭示的邢台地震区深部构造特征

1966年河北邢台M_S7.2地震发生后小地震持续不断,为开展该地区的深部构造研究提供了便利条件。文中基于河北省地震台网1991—2021年间的观测数据,采用双差定位法获得了邢台及其邻区9 644次地震的精定位结果,清晰地刻画出深部断裂的空间形态;结合华北流动地震台阵2006—2008年的观测数据,采用38 578个P波到时数据,获得了研究区高分辨率走时层析成像结果。研究表明：研究区的地壳速度结构存在较强的横向不均匀性,新河断裂与元氏断裂之间的上地壳存在明显的低速异常,中下地壳存在高速异常,邢台地震位于高、低速异常体交界处,该位置具备积累大量应变能的介质条件,易发生破裂,释放应力;邢台震区小地震密集带与高、低速异常体东边界的总体展布趋势比较一致,推测沿高、低速体东边界展布的深、浅部断裂已上下贯通,速度异常体的边界位置同样也是速度变化相对强烈的部位,易发生地震破裂;综合多种地震、地质调查成果,揭示出邢台震区下方存在一条贯通整个地壳的深大断裂,倾向SE,上断点位于东汪附近,邢台地震促使深浅部的先存断裂上下贯通。     

邢台地震区浅部构造特征及其与深部构造的耦合关系

根据邢台7-2 级和6-8 级地震震中区的浅层和超浅层地震勘探结果,查明了震中区浅部铲形断裂的性质及活动年代,认为新河断裂(F1) 自晚更新世以来已不再活动,它不是发震断裂。另外,结合该区深地震反射剖面和深地震测深剖面结果,讨论了震中区的深浅部构造形态及它们的相互关系,从而确定了发震断裂应为震源之下的高倾角超壳断裂①。邢台地震的发生是由于地幔岩浆的上侵作用产生附加应力场,并与区域构造应力场共同作用使该断裂重新活动,引发了邢台地震,并引起浅部断层及地表物质的运动     

庐枞矿集区矾山-将军庙地区AMT三维反演及地质结构解释

庐江-枞阳矿集区是长江中下游成矿带内的一个重要的多矿种成矿区.为揭示矾山-将军庙地区的地质结构以指导找矿,首先,在庐枞矿集区北部的矾山-将军庙地区开展了三维音频大地电磁数据采集工作,采用Rhoplus方法进行AMT数据死频带校正保证数据质量,利用相位张量分析地下介质的维性特征;其次,利用模块化三维反演并行代码ModEM开展了实测数据的三维反演,获得了一个典型的具有双层结构特征的火山岩盆地三维地下电性模型;最后通过电性模型及其他地质资料的综合解释,依据反演模型中近地表的低阻层和深部的高阻隆起区,分别勾画出了火山岩地层的厚度和深部侵入岩的分布范围,并在小岭地区发现地表浅部下方存在一个含矿次级火山机构的高导体.