晋东北重力三维正反演获初步结果

晋东北(北纬38°30′～41°00′,东经113°00′～115°20′)地区包括怀来—西安裂谷系的北端,历史强震和现代地震都较频繁,还有第四纪火山分布.这些地质现象的深部构造背景是什么?浅层构造与深部构造有什么关系?前人论及不多.此次工作研究思路和方法是在详细收集区内地层厚度和密度的基础上,建立地质—密度模型,用重力三维正演方法,逐层消除浅部地质体对布格异常的干扰(“剥皮”),从而获得一套不同深度的剩余重力异常和代表下地壳底部介质密度差异的剩余深部重力异常.然后选取通过本区的D.S.S.剖面上一个莫霍深度值,反演全区地壳厚度.共处理数据37.5万个.     

河北省南部及邻区的地壳深部构造与地震

本文利用区域布格重力异常图(1:100万)和地质构造资料来研究河北省南部及其相邻地区的地壳深部构造特征,并讨论其与强震发生的关系。方法主要是运用三维重力正演计算,层层消除地壳浅部对布格重力异常的影响,得出一系列剩余重力异常和剩余深部重力异常,再根据异常图形的变换,探讨一些活动断裂和构造由浅到深的变化趋势。还用三维重力反演计算,求出了全区莫霍界面的深度,得到了全区的地壳厚度图,进而分析强震区的深部构造背景,这些对地震地质和烈度区划是有意义的。     

晋东北及邻区重力三维正、反演的初步结果

本文根据地质和区域重力资料,利用重力三维正、反演方法研究得到了晋东北地区地壳深部构造。通过三维正演,得到了不同深度的剩余重力异常;用一个已知的莫霍界面的深度值,反演出了全区地壳厚度的平面分布。在此基础上,对一些活动断裂和构造的深度以及地震和第四纪火山活动的地壳深部构造背景进行了探讨。研究还发现,沿北纬40°线可能存在一条深部剪切构造带。     

重力-地震联合变密度剥层技术研究深层构造

在某些已经完成三维地震勘探工作的油气田区,因深层地震资料不好,深层构造难以得到解决。虽然结合地震资料与重力资料的重力剥皮技术得到开发和使用,但由于它没有考虑地层密度的横向变化,因此未能获得满意的处理效果。为了改善该类地区的重力勘探效果,本文提出了变密度剥层方法,它利用各地层的三维地震深度资料和三维地震层速度转换的具横向变化的密度资料,通过正演其重力效应,并从布格重力异常中去除,从而得到主要反映深部地质构造信息的变密度剥层重力异常。在北非某区块,除基底顶面外,各层地震资料良好,通过重力-地震联合变密度剥层处理得到的剥层重力异常,与已知地震和钻井资料吻合良好,为深部基底研究奠定了良好的基础。     

1605年琼山大地震深部构造和应力状态研究

利用1605年琼山地震区已有的浅部地质、物探和钻井等资料,采用空间域三维重力正反演计算,消除了地壳浅部影响,依次得到由浅到深的各剩余深部重力异常值。然后由基底剩余重力异常值反演得到莫霍界面深度及起伏形态。分析上述结果可知:1605年的琼山大地震是一个以垂直向差异运动为主的地震,位于琼北莫霍面隆起区东北部、隆起向外凸出部位的陡坡上;北东东向的马袅-铺前断裂(中东段)呈反扭(左旋)状态,而北西向的铺前-清澜断裂(北段)呈顺扭(右旋)状态;云龙地区地下地幔物质上涌,造成云龙地块的上隆;如果1605年地震区出现NE30°左右的主压应力场作用和云龙地块异常上隆时,应考虑地震的复发问题。另外,分析各剩余深部重力异常等值线分布,还可以判定地质学给出的各断裂构造展布和延伸情况。     

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.     

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.     

电磁-重力联合建模约束反演圈定GS凹陷深层目标（英文）

GS凹陷深层上古生界煤系地层具有生烃能力,圈定出该套地层分布对凹陷油气评价意义重大。在缺少地震资料的情况下,依靠少量的钻井、地质资料,尝试利用电磁-重力联合建模约束反演圈定深层目标。首先根据三维大地电磁反演结果和已知钻井地质资料建立初始地质模型;再结合地层密度和重力异常特征,利用重力交互反演修正优化初始地质模型;然后对该模型进行大地电磁资料的电性约束反演,并进行拟合差评估,获得最优地质模型;最后将该地质解释方案与位于凹陷中部的一条地震剖面进行综合分析,确定地震剖面深层反射就是上古生界。该套烃源层主要分布于凹陷深部位,最大厚度达800m。实测资料处理结果表明,电磁-重力联合建模约束反演可以逐步降低单一地球物理方法的多解性,提高对深部地层的识别能力。非地震与地震结果相互印证,展示了电磁-重力联合建模约束反演技术在研究类似盆地深层目标中具有较好的应用潜力。     

豫鲁皖部分地区地壳厚度

在人工地震测深工作尚不能大面积开展的地区,利用重力资料推断解释地壳厚度的平面分布,来研究地震孕育和矿藏生成的深部环境,是一项既经济又具有科学性的工作。为了弥补采用平均场、向上解析延拓和频率域滤波等方法以及采用二维计算方法的不足,本文依据豫鲁皖部分地区(东经114°～116.5°,北纬32.5°～39.5°)的重力资料和浅部地质、物探资料,采用三维正演方法分别计算浅部各层密度界面产生的重力异常,并从布格重力异常中消除其影响,得到剩余深部重力异常;然后采用多次正演计算和异常曲面逼近的反演方法,求得该区地壳厚度的最佳分布。用重力反演方法得到的地壳厚度,2倍均误差小于1公里。与人工地震测深剖面对比,两者的起伏形态基本一致,相差一般不超过2公里。本文最后指出了震中位置相石油、天然气与地壳厚度的空间对应关系,并作了初步分析。     

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.     

基于模型降阶的贝叶斯方法在三维重力反演中的实践

三维重力反演是地质工作者了解地球深部构造,认知地下结构的重要手段.按照反演单元划分,三维重力反演有离散多面体(Discrete)反演和网格节点(Voxels)反演两种方式.离散多面体反演由于易于吸收先验地质信息得到的理论场能够很好地拟合观测场,因此,在实际重力反演中更受欢迎.目前离散多面体重力反演中初始模型的建立方法繁杂不一,实际应用受到很大的限制.本文本着充分挖掘利用先验信息和重力观测数据得到丰富可靠的反演结果这一原则,以离散多面体反演技术为基础,改进建模过程.在初始模型的建立中,吸收贝叶斯算法优势,采用隐马尔科夫链改善朴素贝叶斯方法的分类效果,通过最大似然函数算法求解,再采取模型降阶技术,固定所建模型中几何体的形态或密度,达到在几何体形态(x,y,z)、密度(σ)和重力值(g)五个参数中降低维数目的,从而减小高维不确定性和正演的计算量,由此反演计算的地质体密度和分布范围相对更准确,更利于重现重力模型结构.通过单位球体和任意形态几何体模拟实验,以及安徽省泥河矿区三维重力反演实践,得到非常接近实际的密度或重力值,大幅提高了三维重力反演的精度和效率,说明该方法是有效、实用的.     

考虑非均匀地幔的重力-地震联合建模

本文提出在综合地球物理研究中,为了使重力数据处理和反演更加符合实际的地质情况,重力-地震联合建模分析时应当考虑非均匀地幔物质的重力效应.本文针对含油气盆地结构、断裂构造、大陆边缘演化和洋陆转换带等热点地质问题,广泛调研了全球范围内多个地区的综合地球物理研究成果,及其对应的地幔深部结构,发现地幔的横向不均一性是普遍存在的.在以往许多基于重力、地震数据的综合研究实践中,重力异常分离和建模分析通常都是在地壳内部（莫霍面以上）进行的.这种处理方式实际上是以均匀地幔为假设前提,虽然简化了重力异常分离和建模分析的难度,但忽略了地球深部的不均匀性所带来的重力异常,所获得的剩余重力异常和在此基础上进行的密度结构反演、地质解释会存在偏差.本文通过对模型界面的2D正演,定量探讨了非均匀地幔对布格重力异常的影响.在对四川盆地的实例研究中,剥离了非均匀地幔的重力效应,2.5D重震联合模拟的结果明显优于均匀地幔假设条件下的结果.     

蒙古及周边地区重力异常和地壳不均匀体分布

基于全球EGM2008自由空气重力异常模型,本文计算了蒙古及周边地区的布格重力异常和AiryHeiskanen均衡重力异常.在此基础上,本文采用Crust 1.0地壳模型为参考,通过重力正演方法,对蒙古及周边地区不同深度地壳密度结构模型的重力异常进行了计算,并对得到的正演布格重力异常与实际重力异常进行了对比和分析.研究结果表明:蒙古西部杭爱山地区与阿尔泰山地区的构造变形差异性明显,现今均衡重力异常中杭爱山周边没有明显的均衡异常高值区,而阿尔泰山地区西南方向存在均衡重力异常高值分布,分析与新构造运动密切相关;Crust 1.0模型给出的壳幔横向密度不均匀体分布对于计算Moho面起伏引起的重力异常作用明显;Crust 1.0给出的地壳内界面变形可以反映深大活动断裂的深部构造变形.研究结果对于认识蒙古东西部构造特征差异,以及现今西部活动断裂的地球物理场特征具有参考意义,也可以为进一步应用Crust 1.0模型为参考开展三维密度结构反演提供一定帮助.     

扬子块体与华北块体在海区的接触关系——来自上下源、长排列多道地震剖面的新认识

在新一轮南黄海区域地质地震调查工作中,针对地震地质条件和勘探目标,设计了新的地震资料采集技术方案——上下源延迟激发+长排列接收,获得了强反射界面之下的深部地层有效反射,揭示了千里岩断裂两侧分布着向南逆冲的构造推覆带.结合重力、磁力反演成果认为,千里岩隆起区为扬子块体与华北块体碰撞接触带,扬子块体向北运动与华北块体碰撞后楔入到华北块体之中.     

四川地区流动重力资料的位场 分离与异常特征提取

用于监测四川地区重力场随时间变化的流动重力测网于2008年5月12日汶川M_S8.0地震后进行了全面改造, 形成了新的闭合环线并对整网点位每年实施2次重力观测工作. 该文以2010—2012年获取的5期流动重力资料为基础, 分别采用小波多尺度分解和三维视密度反演等位场分离方法, 对测区内重力场的动态变化进行多层次分解及异常特征提取, 以探求四川测区范围内重力异常动态变化特征以及地震前后不同深度范围内密度变化情况与重力场响应之间的关系. 结果表明, 对同一期资料进行小波分解得到不同阶次的细节图像, 揭示了不同深度处重力异常动态变化特征; 分解结果同时也表明了四川测区范围内重力场的变化形态与川内特有的断裂构造格架和深部结构环境及过渡带特征密切相关. 通过对不同时期的差分重力异常资料进行三维视密度反演对比研究发现, 在地震前后四川测区范围内由浅到深密度变化呈现出不同程度的差异, 震区附近出现较为明显的横向密度变化特征且浅层物质密度局部性的异常变化差异较为突出, 测区范围内中上地壳深度层密度反演切片显示出的趋势性差异基本上反映了地震前后测区内地下物质的动态变化趋势, 因此, 深刻认识不同深度范围内重力场的动态演化特征, 对研究壳内物质密度变化以及与地震的孕育和发展有关的深部介质环境具有积极的意义.      

青藏高原地壳三维密度结构的重力反演

在阻尼最小二乘法的基础上,提出了利用重力进行三维密度反演的选权拟合法,并利用密度分布的特点构造了约束权矩阵.为了改善单一重力反演的非唯一性,利用地震面波层析成像资料进行约束,得到了青藏高原不同深度高分辨率三维密度异常分布图.反演结果显示,青藏高原地壳内密度很不均匀,不同块体具有不同的密度异常特征,拉萨和羌塘地体为低的负密度异常区,松潘-甘孜地体东部存在较低的负密度异常区,塔里木盆地存在较高的正密度异常区.从中部到东部,上地壳物质存在差异,而下地壳物质存在一定连续性.     

二度半长方体组合模型的重力模拟退火反演

针对重力异常反演的现状,采用矩形单元体网格剖分的二度半体组合模型,模拟任意的多层密度界面或形体,实现了重力正演.该建模方法适应性强,适合于实际工作中常见的密度横向变化的复杂模型.使用改进的全局寻优的快速模拟退火算法,对重力异常进行反演,结合这种灵活的密度建模方法,反演过程中只需要反演各矩形单元体的密度参数,即可同时得到地质体的界面或形态以及密度值分布.通过复杂界面和形体的模型试验,证明了方法的效果.在江苏下扬子地质构造复杂区的实际应用说明,在地震等先验信息约束下,该重力反演方法提高了反演精度并减少了多解性,可有效解决古生界泥盆系-志留系目的层分布等地质问题.     

台湾地壳构造的三维重力正演研究

用三维重力正演方法处理了台湾地区的布格重力异常和地质资料.根据由浅而深分层正演(剥皮)得出的剩余重力异常,发现某些断层的深度并不大;而另一些断层或构造则越向下越清楚.根据正演的结果,还讨论了台湾所处的地球动力学环境.      

龙门山及其邻区地球物理场与地震的关系

龙门山及其邻区地处青藏高原东缘，地质构造上处于不同构造单元的交汇地区。龙门山断裂带由多条大型推覆构造组成，利用重力资料对该区深部构造进行了研究。计算中采用Ｐａｒｋｅｒ－Ｏｌｃｌｅｎｂｕｒｇ三维位场反演方法。根据反演结果，综合其它地球物理和区域地质资料，研究了该区的地球物理场和地震的关系。     

苏北大陆科学钻探靶区重磁异常反演解释

对江苏东海县毛北地区重、磁观测异常进行了处理和特征分析,并根据科学钻探主要目标体榴辉岩与其围岩有达0.9×103kg/m3的明显密度差,进行了等效密度反演成像与综合地震约束反演计算.给出了该地区重力异常模型,可作为综合地质与地球物理研究的一个基础.