裂陷盆地基底双界面模式二维重力反演

裂陷盆地基底的起伏表现为非光滑的几何形态,传统的重力反演结果并不能很好地反映这种特点.此外,大多数情况下,重力观测面并不位于盆地上界面,应为单独的起伏观测面,盆地应为上界面和基底组成的双界面模式.基于此,本文研究了起伏观测面上裂陷盆地基底双界面模式二维重力反演方法.研究中假设沉积盆地的沉积层与基底的密度差随深度按双曲线规律变化.将沉积盆地的沉积层剖分成相邻的垂直柱体,其水平尺寸是已知的,顶面与沉积层上界面重合,底面深度代表基底的深度,即为要反演的参数.反演中引入全变差函数作为盆地模型的约束,使得反演结果呈现非光滑形态,符合裂陷盆地基底特征.为减小反演多解性,引入已知深度点作为约束.建立由重力数据拟合、已知深度约束及全变差函数组成的目标函数,采用非线性共轭梯度算法使目标函数最小化.模型试算结果表明该方法可反演裂陷盆地基底起伏,并通过调整正则化参数的值可反演坳陷盆地基底起伏.将该反演方法用于珠江口盆地惠州凹陷和运城-临汾裂陷盆地实际资料处理,其结果较好地反映了裂陷盆地基底起伏特征,为研究盆地构造、油气勘探等提供重要参考.     

上部密度差随深度呈指数变化的界面的重力反演方法

正象在沉积盆地的基底面所经常出现的情况一样,当绘制一种其上密度差随深度发生指数变化的界面时,可以通过一个理论上精确的重力方法而有效地完成,此重力方法既可以用在剖面数据上又可以用在二维数据中。界面上部的质量差可以由一阵列垂直矩形棱柱体来模拟,棱柱体的密度差随深度按指数形式变化。由棱柱体引起的重力异常是在波数域中计算的,然后变换到空间域。在这个过程中,根据离散傅里叶偏移方程,并通过一种平移断层取样技术处理之后,反演数值傅里叶变换的精度明显地提高了。根据观测到的重力异常数据,反复调整棱柱体的垂直延伸,可以确定界面的深度。用这种方法计算出的加利福尼亚州洛杉矶盆地的基底面与钻孔资料和地震资料得到的形状非常一致。     

基于Lp范数(0＜p＜0.5)约束的裂陷盆地基底非线性重力反演

利用重力反演沉积盆地基底起伏是油气重力勘探研究的一个重要方面.随着地质目标勘探难度逐渐增大,亟需提高重力反演盆地基底的精细程度.本文研究了基于Lp范数约束的非线性重力反演方法,反演结果能更好地符合裂陷盆地基底起伏特征.反演时假设沉积盆地基底和沉积层均为单一岩性,即沉积层与基底的密度差为常数.将基底之上的沉积层剖分为垂直并置的棱柱体,用棱柱体底面深度近似沉积盆地基底深度,其为待反演的参数.利用Ekblom范数近似Lp范数的表达式,并建立Lp范数意义下的参数向量函数,将其与重力误差函数结合得到非线性反演的目标函数.利用二维裂陷盆地模型进行试算,结果表明当p取0.2时能较准确的反演裂陷盆地基底起伏形态,其应用效果优于基于L0范数和L1范数的约束反演方法.将本文方法应用于南海珠江口盆地实际重力资料反演,将反演的基底深度与地震剖面解释结果进行对比,结果表明该反演方法具有较好的实用性.     

南祁连盆地重力异常特征及其地质意义

南祁连盆地具有丰富的油气资源,盆地内部坳陷边界、基底深度及内部构造控制着油气资源的分布.为落实南祁连盆地内部坳陷及构造分布,笔者充分利用多年来在研究区及周缘完成的各类勘探资料,以南祁连盆地的重力数据为主,结合相关资料,开展重力数据处理和综合反演解释,分析提取反映深大断裂的重力异常信息,并基于重力异常完成主要坳陷的密度界面深度反演和剖面2.5维反演,推断南祁连主要沉积盆地和坳陷的基底深度及起伏变化,进而综合讨论研究区主要坳陷的油气远景,为南祁连盆地油气资源战略调查和进一步勘探选区提供了依据.     

大庆外围盆地地球物理场与盆地基底特征

根据收集到的大庆外围盆地的布格重力异常和航磁异常数据,对外围盆地中的8个盆地进行了地球物理场特征的分析.对各盆地的重力异常进行了由下地壳与上地幔的密度差引起的重力效应的剥离,对磁力异常进行了由居里面起伏引起的磁力效应的剥离.在此基础上应用调和级数法和遗传算法分别反演计算了这8个盆地的重力基底和磁性顶界面,并分析了其基底特征. 各盆地重力基底在0.2~9.0 km之间变化,磁性顶界面在1.8~9.8 km之间变化,其特征反映了各盆地的基本现状.     

琼东南盆地基底特征及其构造演化

本文通过处理琼东南盆地现有的重磁数据资料,得到琼东南盆地重磁特征,并采用三维Parker法进行重磁基底深度的反演,获得琼东南盆地的重力基底深度变化在1～11 km之间,磁力基底深度变化在5～11 km之间,结合地震剖面的重磁震联合反演结果和钻井资料推断琼东南盆地的基底岩性主要以酸性花岗岩和中性安山岩为主,少量陆相中生界地层.琼东南盆地的基底演化表现为早期主要与古特提斯洋的演化相关,晚期则与太平洋板块的俯冲密切相关.     

塔里木盆地多尺度重力场反演与密度结构

本文根据塔里木盆地布格重力异常的功率谱特征,决定重力异常分解成3个层次,即反映沉积盆地基底的异常、反映沉积盆地深层的异常和反映沉积盆地浅层的异常.然后,探讨将小波变换多尺度分析和密度反演方法应用于塔里木盆地布格重力异常的分解和盆地三维结构密度研究,并根据钻探了解每个层次对应着的地质含义.通过塔里木盆地的重力异常的多尺度...     

考虑沉积层重力改正的中国西部Moho面深度反演

首先研究了大型沉积盆地对地表重力异常的影响,然后基于Parker-Oldenburg迭代算法,利用经过沉积层改正的布格重力异常数据反演了中国西部的Moho面深度。结果表明,地壳浅层密度异常对地表重力异常和Moho面深度结果的影响较大,利用简化的三层沉积层模型,计算出的中国西部沉积盆地的重力异常改正最大可达25 m Gal,由此引起的Moho面深度可达2.2 km,Moho面深度最终计算结果与区域最新研究成果相符合,因此,利用重力异常反演Moho面深度时,应考虑沉积层的影响以提高反演精度。     

GPU并行三维遗传重力反演算法在南海西沙海槽盆地的应用

近年来,GPU并行处理技术成为地球物理数据处理方面的研究热点,但在三维位场的反演应用方面有待完善和推广.本文以西沙海槽盆地为例,将计算机GPU(图形处理器)并行处理技术应用于三维遗传重力异常反演,充分发挥了GPU计算的加速性能.研究结果表明:在大规模的三维重力位场计算中,采用GPU并行处理技术能使计算过程得到60倍以上的加速,反演结果精度达到3.45×10~(-5)m/s~2,证明了反演方法的高效性和可靠性;通过分析西沙海槽盆地三维密度结构获得了该区的区域地质构造特征及形成演化史,为盆地构造运动研究与油气前景分析提供参考依据.成熟的GPU并行三维遗传重力反演有望成为固体矿产、油气资源与构造运动研究中必不可少的手段.     

用Schmidt-Lichtenstein逼近法进行重力数据的非线性反演

单一密度界面的重力非线性反演可以通过一个幂级数展开进行。这种方法是根据Schmidt-Lichtenstein逼近法来解非线性积分方程的。把重力的影响作为一个算子幂级数,展开非线性积分算子后,逆算子级数可以通过一种方法求出,这种方法形式上相当于标量幂级数的经典求逆方法。然而,与正向幂级数展开不同的是,逆级数的收敛只限于一个有截止频率特征的低频域,这个截止频率依赖于重力异常的幅度、密度差的大小和界而的平均深度。为保证反演方法的稳定性,必须要进行适当的低通滤波。利用该反演方法无需迭代的优点和快速傅里叶变换,该方法被成功地用来反演似剖面的模拟模型以及由东斯洛伐克外喀尔巴阡山脉的一个小沉积盆地引起的一个三维场的实例(Malcov重力异常)。     

三维密度界面的正反演研究和应用

重力位场的界面反演是位场处理解释中的重要问题.本文将基于快速傅里叶变换的频率域界面反演方法Parker-Oldenburg公式推广到物性可随深度变化的三维情况,得出了密度可以横向、纵向任意变化的重力界面正反演公式.该方法在计算时可以合理地选取地面下某一深度作为基准面以减小界面起伏,使迭代易于收敛.理论模型试验表明该方法反演精度高,收敛速度快,在密度界面反演中具有广泛的实用价值.最后利用该方法反演华北地区莫霍面的深度,反演结果得到了地震测深数据的验证.     

三维密度界面的正反演研究和应用

重力位场的界面反演是位场处理解释中的重要问题.本文将基于快速傅里叶变换的频率域界面反演方法Parker-Oldenburg公式推广到物性可随深度变化的三维情况,得出了密度可以横向、纵向任意变化的重力界面正反演公式.该方法在计算时可以合理地选取地面下某一深度作为基准面以减小界面起伏,使迭代易于收敛.理论模型试验表明该方法反演精度高,收敛速度快,在密度界面反演中具有广泛的实用价值.最后利用该方法反演华北地区莫霍面的深度,反演结果得到了地震测深数据的验证.     

基于位场分离与延拓的视密度反演

由于目前计算机内存和速度的限制,在对大面积重力资料进行三维密度反演时,已有的反演方法很难奏效.文中提出了一种基于位场分离与延拓的视密度快速反演方法：首先应用场分离的切割法对平面上的重力场进行不同深度层源的切割分离;然后运用大深度向下延拓方法将各层的场延拓至相应的深度;最后反演出各深度层的密度.反演得到的密度是各深度层密度的近似分布,称为视密度反演.本反演方法克服了传统已有方法计算时间特别长、解稳定性差的缺点,在主频1.99 GHz的微机上,反演128×128×10个密度值的计算时间小于20 s,理论模型和实际资料的应用表明反演具有较好的效果.     

鄂尔多斯地块及邻区重力均衡研究

为更加精细地了解鄂尔多斯及其邻区的地壳均衡状态,本文在考虑地壳密度横向变化的基础上计算了该区域的重力均衡异常。首先,利用研究区内重力异常和真实莫霍面深度进行反演得到壳幔密度差分布,以艾里均衡理论为基础计算了莫霍面的理论深度;其次,通过莫霍深度理论值与真实值对比来获得研究区的重力均衡异常;最后,结合区内地震分布,讨论了重力均衡异常与地震活动的关系。结果表明:研究区内盆地以负均衡异常为主,山地则表现为正均衡异常,鄂尔多斯地块内部基本均衡;研究区内中强地震主要分布在重力均衡异常梯度带上。      

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.     

三维重力反演新方法——调和密度成像理论与模型测试

三维重力反演问题具有多解性,通常要施加一些先验信息来约束反演结果,得到最优解,但是通常要获取满足约束条件的先验信息具有一定困难.本文总结了调和密度直接成像理论的基础和发展现状,并给出模型测试结果.研究表明:调和重力反演方法不需要先验信息约束,可以直接计算出三维空间的等效源密度结构,结果可以为三维物性反演提供初始解,也可以通过约束来构建迭代运算得到合理的三维连续密度特征,本文基于该方法提出了一种等效模型置换法的反演思路.     

三维连续密度分布的重力计算及应用

给出了基于矩形网格模型的三维连续密度分布的重力解析公式．这种密度模型与一类地震层析算法采用的速度模型有相同的参数化形式．因此,地震层析成像的速度模型可以很方便地通过适当的速度密度函数转换为密度模型,从而进行地震 重力资料的综合解释．一致性的速度密度模型还有利于地震重力资料的联合反演．试验表明,在相同计算精度下,变密度分布情形的线性密度算法比常密度算法要快．利用这个算法对大别山东段的三维地震层析结果进行了地震重力的综合解释．      

储层重力密度反演后验约束正则化方法

本文针对蒸汽辅助重力泄油(SAGD)生产中开发监测问题,发展了综合应用地震及重力数据反演储层密度的联合反演算法.通过测井数据建立纵波阻抗与密度的直接关系,并推导出这种关系下重力与纵波阻抗数据联合反演的计算方法,从而计算出蒸汽腔体密度分布规律.文中应用密度反演后验约束正则化方法,采用Tikhonov正则化模型,通过波阻抗数据作为约束进行联合反演,在算法上提高了稳定性,同时得到较高的反演精度.文中对SAGD生产中的理论模型进行了方法试算,并分析了算法的误差,最终应用于SAGD生产的实际数据中,通过最终反演结果分析,该方法取得了很好的应用效果.     

利用重力资料反演三维密度界面的质面系数法

文中给出一深度为h的水平矩形质面在地面产生的重力公式,对比了此公式算出的重力异常与三维长方体公式算出的重力异常,得出:当三维地质体的厚度与其埋深之比小于0.2-0.4时,二者的重力效应几乎相等,它们之间最大偏差在1-3％以内。用给出的重力公式进一步导出了重力反演三维密度界面的质面系数法。用理想模式检验,结果表明,本文给出的方法收敛快,反演误差较小,计算效果较好。最后用一实例,验证了方法的适用性。     

基于变密度模型的位场界面反演

在波数域中用重力反演莫霍面深度时通常假定壳幔密度差为一常数,但这只是一种近似的密度模型,本文采用了密度随深度呈指数变化的变密度模型来反演莫霍面深度,给出了利用指数密度模型在波数域中计算重力异常的正演公式及界面深度的反演公式.利用指数密度模型及重力资料反演了青藏高原莫霍面的深度,分析了莫霍面的特征.结果表明,青藏高原莫霍面呈现出边缘浅、中部深的特点,边缘变化快、梯度大,中间变化梯度趋缓.中心地带的羌塘地体莫霍面深度达74 km,向四周慢慢变浅至67 km左右,边缘地区突然变浅至50km左右.通过常密度模型、变密度模型及地震反演得到的莫霍面的比较,证实变密度模型更适合于莫霍面结构的反演.