磁化强度矢量反演方程及二维模型正反演研究

导了磁化强度矢量层析成像方程,并与磁化强度标量层析成像方程进行了对比. 使该矢量层析成像方程既适用于三维的也适用于二维,既适用于使用磁场垂直分量资料,也适用于使用磁场总强度资料. 本文采用改进的高斯-赛德尔迭代求解磁化强度矢量层析成像方程,在求解方程中引进了与深度有关的权系数. 并对二维模型开展了正反演研究. 当模型层数为二层,且每层51个柱体时,采用零初始模型就能获得较好的磁化强度垂直分量和水平分量反演结果,除了异常体边部外,磁化方向比较可靠. 当模型层数为五层,且每层51个柱体时,采用零初始模型不能得到较好结果,改用接近背景值的均匀初始模型,反演的磁化强度垂直分量和水平分量大致接近真实,但不能刻划某些细节.     

综合找矿模型在内蒙古龙头山Ag-Pb-Zn多金属矿找矿中的应用

随着找矿难度的不断加大,全方位、多元的综合找矿模型日益受到重视.本文根据在龙头山银铅锌多金属矿床的找矿实践,总结了其地质、物探、化探等多方面的找矿标志,建立了综合找矿模型,并进行了矿区范围和区域上的成矿预测.     

谱矩方法在磁源体深度反演中的应用研究

谱矩方法可以对数据的表面形貌做较为细致的描述.它以随机过程为理论基础,用各阶谱矩及统计不变量等具体的参数表征表面的几何形态,算术平均顶点曲率是一种基于四阶谱矩的统计不变量.通常,埋深不同的场源所引起的磁异常尺度不同,从曲率的角度来理解即为磁异常曲面的弯曲程度不同.因此,本文应用算术平均顶点曲率提取磁异常的几何信息,并将所提取的信息用于场源深度的反演.理论上推导了基于谱矩的球状磁源体和板状磁源体的反演公式,得到了场源深度与磁异常、曲率之间的关系式.结合理论模型计算验证了方法的有效性,并与欧拉反褶积方法进行对比.与传统的方法相比,该方法快速简单,无需调节参数,且有较好的反演精度.最后,将该方法用于塔里木盆地航磁异常的反演和解释中,反演出的磁源体深度可满足区域磁异常数据分析和解释的要求,为克拉通沉积盆地磁异常源的深度划分提供丰富的信息.

     

二维地电模型多参数反演方法及其在MT测深中的应用

二维地电模型电（电磁）测深法参数化反演,宜采用多参数反演方案.文中导出了多参数反演的基本数学模型,并进行了分解处理,使之变成与剖面上反演点数相等的多个相互独立的小数学模型的组合,用广义逆法逐个求解,即可得一次迭代中整个二维模型参数的修改量.大地电磁测深理论模型和实测数据反演结果表明所提出的二维多参数反演方法可行.它具有稳定的收敛性、较快的收敛速度、能适应较复杂构造的反演和计算量小等特点.     

二维地电模型多参数反演方法及其在MT测深中的应用

二维地电模型电（电磁）测深法参数化反演,宜采用多参数反演方案.文中导出了多参数反演的基本数学模型,并进行了分解处理,使之变成与剖面上反演点数相等的多个相互独立的小数学模型的组合,用广义逆法逐个求解,即可得一次迭代中整个二维模型参数的修改量.大地电磁测深理论模型和实测数据反演结果表明所提出的二维多参数反演方法可行.它具有稳定的收敛性、较快的收敛速度、能适应较复杂构造的反演和计算量小等特点.     

航磁异常分析技术及其在地质构造中的应用

航磁异常在地质构造研究中具有覆盖广、成本低以及横向分辨率高等显著优势,被广泛应用于隐伏岩浆岩及断层探测,俯冲带、大陆裂谷、岩墙群及地幔柱等构造特征分析,磁性界面(包含结晶基底及居里等温面)反演,区域构造划分,以及孕震构造背景研究等领域.近来随着航空磁测技术的发展,积累了越来越多大比例尺、高精度的航磁数据,并在此基础上产...     

基于多点源的W-phase反演及其在2004年 苏门答腊MW9.1大地震中的应用

在大地震发生后,快速准确地获得地震震源信息对应急救援十分重要,但是现有技术方法往往难以在快速准确地获取地震震源机制的同时获得破裂空间的分布特征。文章在传统W-phase反演技术的基础上开发了多点源W-phase反演方法,实现对大震破裂空间尺度上能量释放特征及震源机制的快速测定,并以2004年苏门答腊M_W 9.1大地震为例,测试程序的有效性。研究中设置了1、2、3、4、5、6个点源来分别测定此次地震的能量释放特征及震源机制。结果显示,震源机制随着空间位置由南向北的变化与俯冲面走向变化一致,与设定点源附近的历史地震震源机制高度吻合。因此,基于多点源的W-phase快速反投影技术将能更好获得大震空间能量释放特征,为震后应急及海啸预警提供科学支持。     

多尺度全变分法及其在时移地震中的应用

本文针对时间推移地震本身包含不同时期的两次或者两次以上的勘探反问题,构造了一种快速有效的反演方法——多尺度全变分法.通过引入全变分正则化来代替传统的Tikhonov正则化,针对待反演参数不连续的情况,提高了算法精度.为了提高计算效率,引入了多尺度方法,从而构造了多尺度全变分方法.在数值模拟中,针对一个时间推移地震反演问题对多尺度-Tikhonov正则化法、单一尺度全变分法、以及本文所构造的多尺度全变分法进行了比较.结果表明,本文所提出的多尺度全变分法是一种稳定、快速和精确的反演方法.     

激发极化法在西刚果造山带尼阿里裂谷盆地铜多金属矿勘查中的应用

金属矿床通常品位较低,极少产生电阻率异常,但部分金属矿,尤其是金属硫化物矿床,会产生明显的极化率异常。利用已有露头和岩芯样本,对西刚果造山带尼阿里裂谷盆地铜多金属矿围岩、铜矿化岩石等进行极化率和电阻率测定,分析认为研究区铜矿石具有中阻高极化特征。利用在西刚果造山带尼阿里裂谷盆地进行的激化极化法中梯装置扫面工作,获得视极化率和视电阻率平面图,结合当地地质和钻探资料,对铜矿床成矿远景区进行推断解释。钻探结果显示,在Mankala区块T₅异常70—90 m深度发现了延伸长度400 m、宽度100 m的原生辉铜矿床,铜品位为3%—6%。     

三维激发极化法反演研究及其在金属矿勘探中的应用

激发极化法在金属矿、硫化矿等资源勘探方面应用较广.随着勘探设备与计算机硬件的发展,所采集到的数据具有观测数据量大、布极方式多样等特点.针对实测数据的特点,我们研究完成了基于并行技术的激发极化法对数反演算法,该算法具有如下特点：（1）通过压缩存储技术和并行技术的集成实现了可以处理大数据特征的反演算法;（2）利用对数反演来约束每次计算得到新模型的电导率恒为正,充电率在0到1之间变化,从而保证反演的稳定性和可靠性.本文首先设计了两组对比模型进行试验,通过对不同区块数据采用不同加权的方式来减弱噪声对反演结果影响的效果;其次,采用并行技术提高了反演的计算速度,并利用理论模型分析了不同电极装置对反演分辨率的影响.最后,在甘肃某金属矿开发前景区利用激发极化法开展了中梯装置的采集工作,利用加权后的观测数据反演推断出了测区金属矿开发靶区的大致位置及分布特征.

     

数据空间磁异常模量三维反演

强剩磁的存在通常导致了总磁化强度方向未知,进而影响了磁异常的反演和解释.磁异常模量是一种受磁化方向影响小的转换量,可以在强剩磁条件下通过反演三维磁化强度大小分布来推测场源分布状态.我们提出了一种数据空间磁异常模量反演算法来减少剩磁的影响.与标准的模型空间L2范数正则化反演方法相比,我们的方法有两个优点:一是无需搜索正则化参数(需要反复求解非线性反演问题),因而可以减少计算时间;二是反演结果更加聚焦,深度分辨率更高,我们对此进行了原因分析.通过模型和实测数据测试证明了该算法的有效性和更好的反演效果.     

磁异常揭示的峨眉山大火成岩省的深部结构

峨眉山大火成岩省位于中国西南部,在晚二叠纪约260 Ma喷发出巨量的大陆溢流型玄武岩.对于大火成岩省的岩浆喷发,在地下必定有一个相应的大规模岩浆聚集和运移系统.地球物理方法是探测岩石圈内部的有效方式.峨眉山大火成岩省为镁铁质岩浆喷发,由于镁铁质-超镁铁质岩石一般具有强磁性,因此,在喷发结束之后,地下岩浆系统如果被镁铁质岩浆填充,冷却固化成为岩石圈的一部分,很有可能会引起磁异常.本文使用区域磁异常数据来对峨眉山大火成岩省的深部构造进行研究.该区域的磁异常由一系列离散的异常组成,通过3D磁化率反演可以得到磁性体的空间分布.由于磁异常中具有明显的剩磁,直接使用经典的反演方法会有较大误差,我们首先将磁异常转换为弱敏感于磁化方向的磁异常模量,再使用模量数据进行3D反演,得到地下空间内磁异常源的分布.经过分析认为这些离散分布的磁异常源反映了岩石圈内部的镁铁质-超镁铁质侵入体.侵入体的位置可能反映了底侵和内侵的镁铁质岩浆固化形成的侵入体,代表镁铁质岩浆房位置或者岩浆运移的主要通道.

     

基于方向tilt-Euler的三维磁数据快速反演

三维磁异常快速反演是磁法勘探进行地质解释的一项重要内容.本文在方向tilt梯度基础上进行导数处理,并进行合理改进,得到了6个改进的方向tilt梯度导数,丰富了不同方向上的磁异常信息.对常规欧拉反褶积方程进行三个方向求导,所构成的方程组与6个改进的方向tilt梯度导数进行结合,从而构建出了两个基于方向tilt梯度导数的快速反演方程组（方向tilt-Euler法）,用于反演场源的位置参数.另外,将三个方向导数下的欧拉反褶积进行平方和及均方根处理,得到了场源构造指数的求解公式.单一模型试验表明,6个改进的方向tilt梯度导数异常基本不受磁化方向影响,可从不同方向上反映磁异常信息,方向tilt-Euler能够准确地反演出场源的位置及构造指数.叠加模型试验证实了方向tilt-Euler法相对于tilt-Euler法,具有反演解聚集度更强、连续性更好、反演准确度更高、受噪声影响更小及无虚假反演解等优点.将本文方法应用于内蒙古塔木素航磁资料处理中,获得了丰富的地下磁源分布信息,为了解该地区隐伏断裂构造及岩体分布等提供了有效依据.

     

三维井地磁测联合约束反演

井中磁测在铁矿等磁性金属矿床勘查中具有举足轻重的作用.针对磁性金属矿床深部资源勘查中存在的有效信号弱、矿体形态复杂等技术难题,本文利用井中三分量磁测资料和地面磁测资料直接反演地下空间磁化率的分布情况,充分发挥纵、横向分辨率高的优势,通过磁化率的变化来确定矿（化）体的范围.分析了磁化率和磁场H_ax、H_ay、Z_a、ΔT各参量之间的关系,导出了磁化率反演方程;将钻孔编录、磁化率测井等结果作为约束条件构建了目标函数.以组合倾斜板状体模型为例,验证了方法的有效性,并在青海野马泉铁多金属矿区开展应用试验,试验结果与已有地质资料基本一致.该方法有效抑制了因反演数据源单一、缺乏约束条件而造成反演结果的多解性,实现了磁测资料的精细反演解释,为查明地下矿体空间位置、形态及规模,提高找矿效果,提供了一种新的解决方案.

     

Application of the 3D magnetotelluric inversion code in a geologically complex area

The WSINV3DMT code makes the implementation of 3D inversion of magnetotelluric data feasible using a single PC. Audio‐magnetotelluric data were collected along two profiles in a Cu‐Ni mining area in Xinjiang, China, where the apparent resistivity and phase curves, the phase tensors and the magnetic induction vectors indicate a complex 3D conductivity structure. 3D inversions were carried out to reveal the electrical structure of the area. The final 3D model is selected from the inversion results using different initial Lagrange values and steps. The relatively low root‐mean‐square (rms) misfit and model norm indicate a reliable electrical model. The final model includes four types of low resistivity areas, the first ones coincide with the known location of an orebody and further forward modelling indicates that they are not in full connectivity to form a low resistivity zone. The second ones are not controlled by magnetotelluric sites and embody little information of the observed data, they are considered as tedious structures. The third one is near to the regional Kangguer fault and should be treated carefully considering the effect of the fault. The last ones are isolated and existing at a limited level as the first ones, they should be paid more attention to.     

SOTEM数据一维OCCAM反演及其应用于三维模型的效果

本文基于垂直磁场分量研究了SOTEM数据的一维OCCAM反演方法,并将其应用于理论三维数据及野外实测数据的反演.对于大部分一维模型,OCCAM反演可取得较好的反演效果,且反演结果不依赖于偏移距;噪声对SOTEM数据的OCCAM反演具有较大影响,但当信号含噪水平不超过5%时,反演结果仍具有较好的准确性;若浅层存在较厚的低阻层,OCCAM反演结果对下部地层的分辨能力下降,仅能获得具有平均效应的电阻率.将一维算法应用于SOTEM三维数据的反演,会产生较大的误差,尤其是在异常体边缘地带影响最为严重.该影响程度与异常体和背景电阻率之间的差异有关,对于大多数电性近似呈连续变化的真实大地而言,一维OCCAM反演算法仍可获得较好的效果.最后通过陕西某煤田深部富水性调查的实测SOTEM数据反演验证了本文的研究成果.

     

Using constrained inversion of gravity and magnetic field to produce a 3D litho‐prediction model

Geologically constrained inversion of gravity and magnetic field data of the Victoria property (located in Sudbury, Canada) was undertaken in order to update the present three‐dimensional geological model. The initial and reference model was constructed based on geological information from over 950 drillholes to constrain the inversion. In addition, downhole density and magnetic susceptibility measured in six holes were statistically analysed to derive lower and upper bounds on the physical properties attributed to the lithological units in the reference model. Constrained inversion of the ground gravity and the airborne magnetic data collected at the Victoria property were performed using GRAV3D and MAG3D, respectively. A neural network was trained to predict lithological units from the physical properties measured in six holes. Then, the trained network was applied on the three‐dimensional distribution of physical properties derived from the inversion models to produce a three‐dimensional litho‐prediction model. Some of the features evident in the lithological model are remnants of the constraints, where the data did not demand a significant change in the model from the initial constraining model (e.g., the thin pair of diabase dykes). However, some important changes away from the initial model are evident; for example, a larger body was predicted for quartz diorite, which may be related to the prospective offset dykes; a new zone was predicted as sulfide, which may represent potential mineralisation; and a geophysical subcategory of metabasalt was identified with high magnetic susceptibility and high density. The litho‐prediction model agrees with the geological expectation for the three‐dimensional structure at Victoria and is consistent with the geophysical data, which results in a more holistic understanding of the subsurface lithology.     

Imaging a 3D geological structure from HEM, airborne magnetic and ground ERT data in Kalat-e-Reshm area, Iran

A set of geophysical data collected in an area in Iran are analyzed to check the validity of a geological map that was prepared in connection to a mineral prospecting project and also to image the spatial electrical resistivity distribution. The data set includes helicopter electromagnetic (HEM), airborne magnetic and ground electrical resistivity measurement. Occam approach was used to invert the HEM data to model the resistivity using a layered earth model with fixed thicknesses. The algorithm is based on a nonlinear inverse problem in a least-squares sense.The algorithm was tested on a part of an HEM dataset acquired with a DIGHEM helicopter EM system at Kalat-e-Reshm, Semnan in Iran. The area contains a resistive porphyry andesite that is covered by Eocene sedimentary units. The results are shown as resistivity sections and maps confirming the existence of an arc like resistive structure in the survey area. The resistive andesite seems to be thicker than it is indicated in the geological maps. The results are compared with the reduced to the pole (RTP) airborne magnetic anomaly field data as well as with two ground resistivity profiles. We found reasonable correlations between the HEM 1D resistivity models and 2D models from electrical resistivity tomography (ERT) inversions. A 3D visualization of the 1D models along all flight lines provided a useful tool for the study of spatial variations of the resistivity structure in the investigation area.     

强剩磁强退磁条件下的二维井中磁测反演

强剩磁、强退磁改变了总磁化强度的大小和方向,给磁测资料解释带来困难.为此,本文利用二维井中磁测数据反演磁化强度矢量的二维分布.首先利用井中磁测的磁异常模量反演磁化强度大小的分布.然后,在已知磁化强度大小分布的前提下,拟合磁场分量,反演磁化强度方向的分布.其中,磁化强度大小和方向均用共轭梯度法求解,并通过预优矩阵改善磁化强度大小的反演效果.理论模拟说明,该方法能准确获得磁化强度矢量分布.磁化强度矢量反演结果包括感磁、剩磁及退磁的影响,这为研究强剩磁、高磁化率矿床提供了一种有效方法.     

布格重力异常建模反演在二连盆地油气勘探中的应用

二连盆地由众多小凹陷组成,伊和凹陷是其中之一.重力资料在盆地"探边摸底"、"定凹选带"等方面发挥着重要作用.本文基于布格重力异常资料,利用2.5D建模反演技术对其中横跨主洼槽的两条测线进行可视化建模及正演拟合.其中,初始模型的几何参数取自二维地震解释结果;物性参数中的纵向密度取自测井声波波速与密度的相关公式.正演拟合为建模反演技术的关键环节,密度横向变化,是在拟合过程中通过人机交互试错调整实现.通过正演拟合,揭示了主洼槽沉积层横向和纵向均存在较大的密度不均匀性,主洼槽有利于油气生成.与地震解释结果对比,二者在赛汉组-第四纪、腾格尔组深度相差不大,但凹陷底部拟合结果与地震解释结果有明显差异.通过钻井结果验证,正演拟合各沉积层深度与钻井揭示的各层深度结果一致,二维地震解释结果偏浅,其可能原因是时深转换选取的速度值偏小造成.