我国磁法勘探的研究与进展

简要概述了我国磁法勘探50年来的研究与进展，主要包括：地面、航空与海洋磁测工作，磁力仪研制与生产，磁异常处理与转换技术，磁异常解释理论与方法，岩石磁性研究，磁法勘探在基础地质研究、固体矿产勘查、油气勘查和其他领域中的应用．     

磁各向异性条件下的磁法勘探正问题及其解法

本文利用磁化率张量k、导磁率张量μ和剩余磁化强度Jr的概念表征磁性体的各向异性,给出了磁法勘探正问题在磁各向异性条件下的数学提法,即总磁位U应由下列的偏微分方程和定解条件确定: 其中,A1+是磁性体Q1的边界面,S1-和S大分别是无磁性空间Q0的内外边界面,n为各区域封闭界面上一点的外法线向量,ρr是剩余磁荷密度,U0是地磁场的磁位。 然后,又给出了应用有限元法解上述正问题的计算公式（二度）和实例。     

磁各向异性条件下的磁法勘探正问题及其解法

本文利用磁化率张量k、导磁率张量μ和剩余磁化强度J_r的概念表征磁性体的各向异性,给出了磁法勘探正问题在磁各向异性条件下的数学提法,即总磁位U应由下列的偏微分方程和定解条件确定: 其中,A₁⁺是磁性体Q₁的边界面,S₁^-和S_大分别是无磁性空间Q₀的内外边界面,n为各区域封闭界面上一点的外法线向量,ρ_r是剩余磁荷密度,U₀是地磁场的磁位。 然后,又给出了应用有限元法解上述正问题的计算公式（二度）和实例。     

三维多层介质重力-地震同步联合反演

联合反演是地球物理勘探的重要解释手段,能够提高模型参数的反演精度.本文在归纳和分析重力与地震资料联合反演的研究和应用现状的基础上,利用三维多层介质模型的地震走时和重力正演公式,推导了地震走时和重力异常对界面深度的雅可比矩阵,实现了三维重力-地震同步联合反演界面成像.最后进行了数值理论模型模拟和实例计算,结果表明地震走时和重力同步联合反演很好的重建了三维多层介质界面.     

关于用有限元法作磁法勘探正演计算的理论问题

本文提出用有限元法解磁法勘探的正问题,不再需要引入均匀磁化假定。 传统的正演计算方法是在均匀磁化的假定下建立的,它不能适应解释复杂磁异常的需要。近几年来,国外学者提出了用迭代方法作非均匀磁化条件下的正演计算,对形状比较简单的磁性体取得了较好的效果。但随着磁性体的形状变得比较复杂,计算所需时间很快增加,精度和稳定性也明显降低。以求能量函数极小的变分原理为依据,用有限元法作非均匀磁化条件下的正演计算,得到的磁位势函数满足磁性体内外的偏微分方程和全部界面条件（文中对此作了证明）。因此,这种方法可以研究各种复杂因素的影响,宜于计算非均匀磁化磁性体的有效磁化强度和磁异常。     

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。     

关于用有限元法作磁法勘探正演计算的理论问题

本文提出用有限元法解磁法勘探的正问题,不再需要引入均匀磁化假定。 传统的正演计算方法是在均匀磁化的假定下建立的,它不能适应解释复杂磁异常的需要。近几年来,国外学者提出了用迭代方法作非均匀磁化条件下的正演计算,对形状比较简单的磁性体取得了较好的效果。但随着磁性体的形状变得比较复杂,计算所需时间很快增加,精度和稳定性也明显降低。以求能量函数极小的变分原理为依据,用有限元法作非均匀磁化条件下的正演计算,得到的磁位势函数满足磁性体内外的偏微分方程和全部界面条件（文中对此作了证明）。因此,这种方法可以研究各种复杂因素的影响,宜于计算非均匀磁化磁性体的有效磁化强度和磁异常。     

重力异常的BP神经网络三维物性反演

三维物性反演参数多,计算量巨大,传统的方法难以实现.本文使用BP神经网络实现重力三维物性反演,介绍了BP神经网络的基本原理及特性,并构造一个适用于重力位场反演的BP神经网络.并用其对模型进行反演计算,结果表明:BP网络具有较好的泛化能力和容错能力,反演速度快、准确,并且较好的反应了场源的分布情况.     

贝叶斯同化重力反演方法构建龙门山地壳密度模型

重力异常对地壳横向密度变化敏感,而无约束重力反演得到的密度模型其垂向分辨能力往往不理想.为了改善反演结果的垂向分辨率,本文参考已有先验分层模型,基于贝叶斯原理,提出了一种重震联合反演的新策略,可实现多种参考模型和复杂加权参数条件下的最大后验概率估计.理论模型测试结果表明,对于深度加权、多参考模型约束等多种问题,本文提出的新方法都可以稳健地获得最优化的模型参数.本文同时以中国地震科学台阵在龙门山地区及周边的一维接收函数分层模型和地震层析成像结果为参考,通过此方法对该区的重力异常进行反演,获得了该区的高精度三维密度结构,其水平分辨率优于10 km,垂直分辨率优于5 km.结合四条通过汶川和芦山地震震中的剖面进行分析后发现,反演得到的密度结构模型在过强震震源区位置横向变形显著,其揭示的分层地壳结构和变形模式与地表已知断裂构造具有相关性.本文提出的重震联合反演新策略,可为研究潜在强震风险源区的地壳结构和物性特征提供有效的科技方法支撑.

     

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.     

依据密度分布频率特性的重力反演方法研究

Three-dimensional gravity inversion based on the mass property model is very popular in recent years. The time and efficiency of inversion algorithms is relative to the magnitude of the target mesh. One approach is to search over the entire solution space for a more refined result. However, the inversion will be difficult with the increased parameters in the large search space and the number of computations increases exponentially. ｜n this paper, we propose a novel approach based on the frequency characteristics of the density distribution over the mesh. The purposes of our study are to reduce the parameters of three- dimensional gravity inversion and to lighten the image quality of the inversion result. The results show that the new method can expedite the inversion processing and get a better geological interpretation than tradition methods.     

重磁遗传算法三维反演中高速计算及有效存储方法技术

将地下场源区域规则划分成很多小长方体单元，并且通过反演确定这些单元的物性变 化，勾画出场源的分布图像，这种方式逐步成为重磁反演，特别是三维反演的重要方向；遗 传算法等非线性技术进行该类反演将逐步成为发展趋势. 本文指出，在应用遗传算法进行该 类反演过程中，隐含着数据量较大时超常规的计算量，它已成为制约该类反演充分发挥作用 的瓶颈问题；同时，本文提出了针对性的分离并存储几何格架的计算策略、以及独特的几何 格架等效压缩存储技术，可以从根本上提高非线性反演计算速度，为该类反演的有效应用奠 定了坚实的基础.     

九江-瑞昌矿集区的3D结构及对区域找矿的启示

本文分析了九瑞地区重、磁场的分布特征.运用最新的方法技术对已有的重磁资料重新进行处理:采用重磁多尺度边缘检测方法,对九瑞矿集区区域重力和航磁数据进行了边缘检测,并根据检测结果重新厘定了断裂系统的展布位置.在整理、分析九瑞地区地质、地层物性资料的基础上,对实测的1∶5万重磁数据进行较细致的准三维反演.同时将重磁三维物性反演应用到岩浆岩空间结构研究中,获得了矿集区地层结构及岩浆岩三维空间形态特征.根据反演所得磁化率强弱,分析了岩体的基性程度,为寻找与火山岩、侵入岩体有关的金属矿产提供了指示信息.最终建立的模型给出了地下地层的分布特征、控矿构造的展布规律、与成矿相关岩体的三维形态以及已知矿点的空间分布特征,为在九瑞矿集区的深部寻找隐伏矿体提供了新的信息.     

北京地区主要活断层活动参数的重力反演

采用1991~1999年首都圈重力测网的重力测量资料,根据地质调查结果确定断层初始运动模型,利用稳健—贝叶斯最小二乘方法反演北京地区4条活断层的活动参数(走滑、倾滑、引张)。反演结果表明:在1991~1999年间,北京地区活断层的运动性质均以走滑和垂直升降为主,兼有伸展特征,但运动速率都不大,约为2 mm/a。北京地区北西走向断层反演的运动特征为左旋走滑正断层,北东走向断层反演的运动特征为右旋走滑正断层。     

考虑自退磁影响的三维复杂形体磁场正反演研究进展与展望

忽视自退磁效应的影响,会导致磁异常反演结果的误差,影响地质解释的效果,这使得人们在实际应用中不得不考虑退磁的影响.本文对考虑自退磁影响的三维复杂形体磁场正演和反演方法进行了系统总结,论述了各种方法的特点和实际应用中的困难,提出了考虑自退磁影响的三维复杂形体磁场正反演研究的发展方向.     

Gravity and magnetic data inversion for 3D topography of the Moho discontinuity in the northern Red Sea area, Egypt

The main goal of our study is to investigate 3D topography of the Moho boundary for the area of the northern Red Sea including Gulf of Suez and Gulf of Aqaba. For potential field data inversion we apply a new method of local corrections. The method is efficient and does not require trial-and-error forward modeling. To separate sources of gravity and magnetic field in depth, a method is suggested, based on upward and downward continuation. Both new methods are applied to isolate the contribution of the Moho interface to the total field and to find its 3D topography. At the first stage, we separate near-surface and deeper sources. According to the obtained field of shallow sources a model of the horizontal layer above the depth of 7 km is suggested, which includes a density interface between light sediments and crystalline basement. Its depressions and uplifts correspond to known geological structures. At the next stage, we isolate the effect of very deep sources (below 100 km) and sources outside the area of investigation. After subtracting this field from the total effect of deeper sources, we obtain the contribution of the Moho interface. We make inversion separately for the area of rifts (Red Sea, Gulf of Suez and Gulf of Aqaba) and for the rest of the area. In the rift area we look for the upper boundary of low-density, heated anomalous upper mantle. In the rest of the area the field is satisfied by means of topography for the interface between lower crust and normal upper mantle. Both algorithms are applied also to the magnetic field. The magnetic model of the Moho boundary is in agreement with the gravitational one.     

羌塘盆地中部中上地壳三维密度和磁性结构及构造意义

羌塘盆地位于青藏高原中部,经历了多期复杂构造运动,是研究青藏高原演化的良好窗口.本文利用1 ∶ 20万重力和磁力数据,基于1 ∶ 50万地表地质信息约束,反演获得了羌塘盆地中部区域中上地壳的三维密度和磁性结构,揭示了南、北羌塘坳陷、班公湖—怒江缝合带、可可西里—金沙江缝合带和龙木错—双湖缝合带的密度和磁性特征.根据反演结果,认为：主要构造单元与密度和磁化率异常有良好的对应关系,下地壳和上地幔是羌塘盆地大范围低值重力异常的重要来源;可可西里—金沙江缝合带向下切割较深,引起磁异常的岩浆岩大量存在于中地壳;双湖至唐古拉山一线不存在贯穿羌塘盆地的“中央隆起带”;北羌塘广泛分布的火山岩主要存在于上地壳,来源可能是下地壳和上地幔的低密度岩浆岩体;印度板块俯冲的前缘可能影响到了羌塘盆地下方.

     

青藏高原冈底斯带及邻区重磁三维反演及岩浆岩特征研究

岩浆岩在青藏高原的大陆动力学研究中有着重要的作用,它既是构造演化的记录,又是重要构造-岩浆-成矿带的指示.本文主要基于冈底斯带及邻区的地面重力和航磁数据,首先进行地质-地球物理先验信息约束下的重磁2.5维交互式反演,再将2.5维反演结果作为参考模型加入到三维反演计算中,得到地下三维密度和磁化率结构.结合岩浆岩密度、磁化率统计资料和岩浆岩地球化学成果,推断研究区基性岩、Ⅰ型花岗岩和S型花岗岩的三维分布图,得到如下结论：S型花岗岩主要分布在冈底斯东带和冈底斯弧背断隆带以北;北冈底斯的西部无明显的岩浆活动,而在其南侧和北侧,发现大量的隐伏基性岩和零散分布的Ⅰ型花岗岩;中生代Ⅰ型花岗岩在南冈底斯和冈底斯弧背断隆带广泛分布,且到新生代才出现大量的S型花岗岩.上述结果为中生代班公湖-怒江洋壳和新特提斯洋壳的双向剪刀式俯冲模式的观点提供了重要佐证,并认为班公湖-怒江洋壳在北冈底斯西部约84°E-88°E的范围内先后存在向北和向南俯冲的可能,北向羌塘地体下俯冲,南向冈底斯地体下俯冲.