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.     

先验地质信息约束下的三维重磁反演建模研究 ——以安徽泥河铁矿为例

安徽泥河铁(硫)矿床是近年发现的大深度隐伏矿床,它的发现再次引发了庐枞地区深部找矿的热潮.建立矿区的三维精细地质模型,对寻找深、边部隐伏矿体,深入认识深部成矿、控矿规律意义重大.本文以泥河矿区为实例,开展先验地质信息约束的三维重磁建模研究,获得了矿区面积5.6 km²(2.8 km×2.0 km)、深度1.2 km内的三维地质模型.在三维可视化平台上对该模型进行了地质解释,全面分析了矿体、地层与次火山岩之间的空间分布及对应关系,发现铁矿主要赋存于闪长玢岩与砖桥组火山岩之间,且在玢岩穹窿地段矿体厚大,这对认识"玢岩型"铁矿的成矿模式具有重要的实际意义;三维模型的重磁正演响应基本拟合了实际重磁异常,说明在建模区域内已没有新的矿体;本文提出的三维地质建模流程可为其它地区开展类似工作提供借鉴,同时研究表明地质信息约束下的三维重磁建模研究在深、边部找矿和重磁异常的精细解剖等方面具有潜在的价值和广阔的应用前景.     

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.     

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.

     

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.     

重磁异常三维物性反演随机子域法方法技术

本研究针对三维物性反演中存在的困难和问题,提出三维物性反演的随机子域方法技术,首先是将正反演中保持不变的几何格架分离计算并存储,避免重复计算,从而提高正反演计算速度;其次是利用对称性等实现等效计算,明显降低格架计算和存储要求;再通过随机子域方式,降低反演的维数问题;另外,通过概率方式控制子域生成的分布,实现约束新机制. 模型和实例计算表明了方法技术的效果,为大面积重磁数据的三维反演提供了有效的途径.     

基于重磁三维建模与机器学习的成矿预测方法——以朱溪外围为例

三维地质建模是实现深部矿产勘查突破的重要途径,通过对控矿地质体建模,可以直观刻画控矿要素之间关系,实现矿集区“透明化”,进行深部找矿及预测.本文利用赣东北矿集区及外围1：5万重力数据和1：5万航磁数据,开展位场分离获取用于重磁反演的异常数据,再分析物性和岩性之间的关系,完成人机交互重磁反演,最后通过剖面建立朱溪矿区及邻区的三维地质模型.在三维模型建立的基础上,利用BP神经网络,选用随机单元作为样本训练,对朱溪矿区进行成矿预测并获得以下主要认识：(1)获得了赣东北矿集区朱溪外围的三维地质-地球物理模型,获取了地下5 km深度的岩体、地层的三维空间形态;(2)利用BP神经网络对矿集区进行成矿预测,得到了矿集区不同位置的成矿有利度分布图,成矿有利单元与前人划分的成矿远景区大致相符,为赣东北矿区继续找矿提供了依据,也为类似矿集区寻找深部金属资源提供了思路和技术．     

基于Gramian约束与高斯-牛顿算法的重磁三维联合反演

为了降低重力与磁法单独反演中的非唯一性问题,本文实现了一种基于Gramian约束的重磁三维联合反演算法.使用基于模型参数或其空间梯度的Gramian算子,将其添加到目标函数中,约束剩余密度与剩余磁化率模型参数或其梯度更具相关性.采用高斯-牛顿法对目标函数进行最优化求解,对求解方程进行了简化,节省内存并提高了计算效率.反演过程中使用对数法约束模型参数的上下界,使反演结果更符合真实地质情况.提出了新的模型更新步长计算策略,同时考虑了数据拟合与联合约束的影响,使联合反演更加稳定.通过三个数值模型验证了算法的可靠性,并进一步将该算法应用于加拿大McFaulds湖实测航空重磁数据.对比了反演结果切片并展示了交会图,联合反演得到的剩余密度与剩余磁化率的物性、梯度分布都比单独反演的相关性更强.联合反演提供了一个既能拟合数据又在一定程度上满足耦合条件的反演解.验证了所开发的联合反演算法在实际数据上的有效性与适用性.

     

3D inversion of gravity data by separation of sources and the method of local corrections: Kolarovo gravity high case study

We present a novel methodology for 3D gravity/magnetic data inversion. It combines two algorithms for preliminary separation of sources and an original approach to 3D inverse problem solution. The first algorithm is designed to separate sources in depth and to remove the shallow ones. It is based on subsequent upward and downward data continuation. For separation in the lateral sense, we approximate the given observed data by the field of several 3D line segments. 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. It allows retrieving unknown 3D geometry of anomalous objects in terms of restricted bodies of arbitrary shape and contact surfaces. For restricted objects, we apply new integral equations of gravity and magnetic inverse problems. All steps of our methodology are demonstrated on the Kolarovo gravity anomaly in the Danube Basin of Slovakia.     

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.     

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.     

基于柯西分布约束和快速近端目标函数优化的三维重力反演方法

优化算法的选取在很大程度上影响着三维重力反演的计算效率,从而制约着三维重力反演的实用性.在复杂地质构造背景下,不同岩性单元之间可能会发生物性突变,产生尖锐边界.为此,本文提出了一种新的基于柯西分布约束和快速近端目标函数（Fast Proximal Objective Function,FPOF）优化的三维重力反演方法.FPOF优化方法的一个突出特点是在每一步迭代过程中逐一计算剖分网格内的未知密度参数,因此,有较低的计算复杂度和较高的计算效率.此外,目标函数中柯西范数（Cauchy norm）的引入会对反演结果施加稀疏性,有助于产生块状效果.理论模型测试表明,本文方法不仅能产生更加聚焦的反演效果,而且反演所需的时间也比传统的共轭梯度优化方法少.最后将本文方法应用于我国西部某地区实际重力数据,反演结果与已知的地质信息有较好的一致性.

     

An alternative method for density variation modeling of the crust based on 3-D gravity inversion

In this paper we are proposing an alternative method for determination of density variations of the crust from constrained inversion of the terrestrial gravity data. The main features of the method can be summarized as follows: (i) Constructing a band-pass filter to remove the long and short wavelength signals from the terrestrial gravity data. (ii) Using an iterative method for stabilization and solution of the inverse problem. The mentioned regularization method is first validated by simulated gravity data and next the methodology is used for development of a new regional density variation model of the crust in three layers based on real gravity data in geographical area of Iran. Application of the band-pass filter to the latter data resulted the residual gravitation variations in the range of − 300 to 50 (mGal) which next based on the iterative method resulted following ranges for residual densities: −120 to 40 (kg/m³) in first layer, −40 to 40 (kg/m³) in second layer, and − 40 to 40 (kg/m³) in third layer.     

Experimental remolding on the caprock''s 3D strain field of the Indosinian-Yanshanian epoch in Tongling deposit concentrating area

Based on field observations and rheology analysis, we perform one analogue experiment and remold the 3D structural frame of Tongling deposit concentrating area firstly. Then we disassemble and dialyze the 3D structures of the model using the methods of "slicing" and "stripping". A series of sliced planes vertical to the fold hinges show similar landscapes of that in the drill hole profiles. Meanwhile, layer stripping analysis indicates that the deformation features of each layer in the model are qualitatively analogical to those obtained from field observations.Through contrasting the 3D structure between the experimental model and the field phenomena,we verify the following 3D deformation features of the caprock in this area: (1) the Tongling area mainly consists of three series of NE S-typed fold groups; (2) in the uniform stress field, the incoherent folds universally develop in different positions, along different axes as well as in different strata; (3) the faults propagate upward which are mostly inter-bedded detachment faults,while the fold amplitudes decrease while going deeper; and (4) the folds and cleavages are highly developed in the Silurian System indicating that the deformation effect of the Indosinian-Yanshanian structural layer terminates at this layer, which suggests that the Silurian System is the crucial layer for the inversion between brittle and plastic deformation domains and the underlying strata are subject to the control of another deformation system with distinct properties.     

基于Extrapolation Tikhonov正则化算法的重力数据三维约束反演

通过研究重力数据三维反演解的病态性,利用基于拉格朗日插值方法的Extrapolation Tikhonov正则化方法来解决反演中解的不唯一性和不稳定性问题,该方法最大限度的减少了因正则化参数的引入而在反演结果中介入的误差,同时详细讨论了基于三种选择原则的正则化双参数的具体选择方法,模型试算结果表明,与原Tikhonov方法相比,该方法提高了反演的拟合精度.其次,为了消除核函数随深度增加而快速衰减对反演结果的影响,本文改进了前人的重力数据三维反演深度加权函数,改进后的加权函数与原函数相比能更好的识别异常体底部密度分布特征,对于埋深较深的异常体具有较好的识别效果,更好的解决了由近地面趋肤效应作用引起的密度分布不均的问题.同时,利用上下限约束函数限制每一个立方体的密度差范围,并应用于多组人工合成模型.结果表明:该反演方法能准确地获得正演模型的预设参数范围和位置.