塔里木盆地航磁场分析与磁源体结构

本文研究塔里木盆地区域磁异常图的反演及磁源体结构.由于众多异常的叠加和反演固有的多解性,区域磁异常图的准确解释是非常困难的.三维欧拉反褶积是一种确定地质体位置和埋藏深度的自动定量反演方法,比较适用于计算区域磁异常源的埋藏深度.由于大型克拉通沉积盆地地层具有上新下老的规律性,将磁异常源分解为三个深度层次,圈定它们各自的分布区域,便可将它们与形成的地质作用及时代联系起来,为准确解释区域磁异常图提供可靠的依据.本文应用三维欧拉反褶积反演方法,计算出的塔里木盆地深度为2~5 km、5~10 km、10~20 km三个等级的磁异常源,它们与形成的地质作用及时代分别为: 中生代构造运动,海西期玄武岩侵位和太古代结晶基底的变质作用;圈定了它们各自的分布区域.     

2D磁异常分步反演方法分析研究

2D磁异常分步反演方法是利用二维(剖面)磁测数据确定场源几何参数以及物性参数的一种反演方法,该方法的优点是构造的形态函数S不受场源磁化特征的影响,因此可以在未知场源物性参数的前提下,通过拟合依次反演得到磁性源形体横截面几何参数、磁化强度以及磁化方向.本文阐述了2D磁异常分步反演方法的原理及步骤,对形态函数S的特征及求取方法进行了讨论,分析了区域背景干扰(正常场)对反演结果的影响并提出了初步解决方案.在方法研究的基础上,进行了单一理论模型及组合理论模型的试算,得到了较好的反演结果.为了验证该方法的效果,对实测剖面进行了试算,得到了场源的边界及场源埋深信息,为进一步反演提供了有用的参考.     

震源深度误差对矩张量反演的影响

在用矩张量反演方法确定地震的震源机制和震源的破裂过程时,由于测定震源深度的误差,很难保证计算格林函数时所采用的震源深度(理论震源深度)和实际震源深度完全相等．理论震源深度和实际震源深度的差异(震源深度误差)对矩张量的反演或多或少会造成影响．借助于合成地震图较系统地讨论了震源深度误差对3种基本类型(正断层、逆断层和走滑断层)的震源反演造成的影响．对于正断层和逆断层,震源深度误差主要影响各向同性成分和补偿线性向量偶极成分．在理论震源深度大于实际震源深度时：对于正断层,震源深度误差导致出现虚假的正的各向同性分量和负的补偿线性向量偶极分量;随着差异的增大其绝对值逐渐增大;对于逆断层,震源深度误差导致出现虚假的负的各向同性分量和正的补偿线性向量偶极分量,其绝对值随着震源深度误差的增加而增加．在理论震源深度小于实际震源深度时,结果恰好相反：对于正断层,震源深度误差产生了虚假的负的各向同性分量和正的补偿线性向量偶极分量;对于逆断层,震源深度误差产生了虚假的正的各向同性分量和负的补偿线性向量偶极分量．同样,随着深度误差的增大,它们的绝对值也逐渐增大．对于走滑断层,震源深度误差对矩张量反演的影响则不同于正断层和逆断层两种情况,受影响最大的是震源时间函数的形状．无论理论震源深度小于还是大于实际震源深度,震源时间函数的形状都发生不同程度的拖尾现象．数字试验表明,当震源深度误差小于20 km时对于地震的总体机制的反演没有明显影响．另外,当理论震源深度大于实际震源深度时,震源深度误差对矩张量反演的影响相对较小．     

地震矩张量反演在地震快速反应中的应用

利用地震矩张量反演的方法,对1996年11月～1998年1月发生于我国境内的10次MＳ5.2地震的震源机制进行了快速测定,并以地震震源参数简报的形式将测定结果及时发送中国地震局震情值班室和有关省地震局,在大震的快速反应中发挥了作用．     

基于深度学习的2D-3D地下密度异常体反演方法

地下密度异常体反演需要由二维数据反演三维结果,为了高效、高精度地反演地下异常体的位置及密度信息,本文提出2D-3D InvNet深度学习反演方法.方法的编-解码器结构,在编码阶段利用二维卷积网络结构提取地表重力异常及重力梯度异常数据信息,解码阶段利用三维卷积网络结构恢复异常体地下形态,实现了二维和三维网络结构的结合.为了精确地反演异常体密度,提出利用加权均方误差（WtdMSE）作为损失函数,同时为了更好地评估反演结果,引入核密度函数作为评价手段.与均方误差（MSE）相比,利用WtdMSE作为损失函数对异常体密度的反演结果更为准确,异常体所在区域的密度误差减少50%以上.对理论样本的反演结果表明,2D-3D InvNet在准确反演异常体地下位置的同时,也能给出准确的密度信息.应用此方法对西澳大利亚Kauring地区实测数据进行反演,我们成功获得了此区域地下异常体的密度分布.理论与实际应用结果表明,2D-3D InvNet深度学习方法稳定且具有较强的泛化性能,能在无需规定限制条件的情况下快速获得准确的反演结果.

     

用于塔里木地壳构造成像的重力场谱矩方法研究

现代地壳探测取得的各种地球物理场中包含有大量地壳构造信息,如果提取这些信息,可以在数学物理普适规律指导下计算出关于地壳构造的图件.由于区域重力场的高阶谱矩包含了场轮廓面的几何信息,可用于地质构造要素的分析计算,为地质构造要素选取和定位的计算机自动制图提供理论依据.由地面布格重力场的二阶谱矩的统计不变量计算,可导出表征地壳变形带的脊形化系数,用于计算机自动制作区域地壳变形带分布图.脊形化系数强弱区的边界代表了活动的和稳定的构造单元的边界.在计算脊形化系数的基础上,还可进一步计算其二阶谱矩的统计不变量并作进一步增强处理,计算构造单元的边界系数,对地壳构造单元边界作连续和精细的追踪.文中介绍了脊形化系数和边界系数的计算方法,以及用在塔里木盆地进行地壳构造分析的结果.圈定了塔里木盆地深层满中高密度扰动带和满南、满北低密度扰动带,为深层油气勘探提供重要基础资料.

     

航磁资料在工程场地区域稳定性研究中的应用

本以南北构造带北段区域内一火电厂工程场地为例，利用航磁资料进行反演所得到的磁场异常结果，对深部地质结构特别是隐伏活动断裂的存在进行了分析研究．对航磁资料在区域稳定性研究中的实际应用进行了探讨．     

数字地震资料在地震矩张量反演和常规地震分析中的应用研究

1　新疆及其邻近地区的三维速度结构我们将地震层析成像的方法应用于新疆及其邻近地区的三维速度结构的研究。利用新疆地震台网及其邻近区域国外台站的 P波到时数据 ,重建了该区地壳上地幔的三维速度图像 ,目的是为了探讨不同构造单元的深部构造环境、主要强震带地壳上地幔速度结构特征 ,以及速度结构与地质构造的关系等。研究结果表明 :在新疆及其邻近地区 ,各地质构造单元岩石层厚度和软流层的深度与全球平均结果有很大的不同 ,区内横向不均匀性相当明显 ,全球对称的平均模型用于本区只是一种粗略的近似 ;盆地是上地幔的隆起区 ,褶皱系是…     

区域台网地震矩张量快速反演系统研究

基于美国内华达大学地震实验室的矩张量反演程序,采用JAVA和HTML语言,研发了一套近实时全波形矩张量快速反演系统,用于区域台网地震矩张量的快速产出.该系统由区域地震速报系统触发,能自动实现中等强度地震矩张量的快速反演,同时也包含人机交互模块,可进行人工校正,最终以网页形式对外服务.本文将系统运行以来成功反演的结果与USGS和中国地震局地球物理研究所的计算结果进行对比,验证了该系统的可靠性.      

应用磁视散度及磁源重力异常确定低磁纬度地区磁性体分布-以哥伦比亚普图马约盆地为例

低磁纬度地区受斜磁化的影响,用常规方法很难准确确定磁性体的平面分布特征.为了研究位于低磁纬度地区普图马约盆地的磁性体分布特征,本文根据场的散度原理,假定磁△T异常为具有一定方向的矢量场,其方向与磁化方向一致,导出了磁△T异常视散度的计算方法;根据磁位与引力位的关系,在频率域中通过磁△T异常求取了磁源重力异常,并尝试利用拉普拉斯方程计算磁源重力异常垂向二阶导数.本文设计理论模型讨论了磁△T异常视散度、磁源重力异常垂向二阶导数的特征与磁性体平面分布特征的关系,证明了上述方法的有效性.进而利用上述方法推测了普图马约盆地磁性体的平面分布特征,结果表明:应用磁视散度及磁源重力异常确定的普图马约盆地磁性体分布与实际地质特征吻合较好,取得的成果对普图马约盆地相关地质研究及对低磁纬度地区的磁性体的确定有一定的参考意义.     

基于最小反演拟合差的重磁场源深度计算方法

以等效源及位场物性反演为基础,本文提出一种新的求取重磁场源深度的方法.该方法将一层等效源以一定的间隔从浅部向深部移动,并将等效源作为初始模型进行反演,当反演拟合差最小时,停止反演,此时的等效源底深即为所求场源的中心深度.由于仅需要反演一层等效源,比传统的物性反演计算时间大大减少,并且不需要进行深度加权约束.理论模型数据处理结果表明该方法能够获得较准确的场源深度:以长宽比为7.5的薄板模型为例,深度计算误差约为1个点距(25 m);以长宽比为0.5~1.5的厚板模型为例,深度计算误差小于1个点距(25 m).将该方法应用于实测航磁梯度数据,计算的磁源中心深度在200~250 m之间,钻井资料显示该异常由埋藏深度在200~300 m的闪长岩引起,计算结果与钻井资料较吻合.     

基于重磁异常相关分析的场源位置及属性识别方法

针对传统的重磁对应分析在场源区域外趋于高相关度的缺点,本文提出了一种基于相关系数和垂向导数的重磁场源位置及属性识别方法,给出了一个新的重磁场源平面位置及属性判别参数（GMCP）,该参数能够有效地缩小重磁场源的识别范围.判别参数GMCP值非零分布范围反映了场源的规模.GMCP值的正负反映了场源属性,当GMCP大于零时为正相关,代表了该区域存在高磁高密度或低磁低密度的重磁同源地质体;当GMCP小于零时为负相关,代表了该区域存在高磁低密度或低磁高密度的重磁同源地质体;GMCP趋于零,则表示无重磁同源地质体.两组不同干扰水平的同源复杂组合模型实验、两组不同源组合模型试验以及南海中央海盆实际重磁数据处理结果均验证了该重磁场源位置及属性识别方法的正确性和有效性.

     

基于航磁矢量数据的磁源总磁化方向估算

在地质体具有较强剩磁或自退磁效应的情况下,获得地质体总磁化方向对磁法勘探的数据处理、反演及解释具有重要意义.与传统航磁总场测量相比,航磁矢量(三分量)测量能够获得地磁场的矢量信息.基于三分量磁异常一阶矩与磁源磁矩的积分关系,我们实现了基于航磁矢量数据的磁源总磁化方向估算.针对该方法易受相邻异常影响,从而使多异常的估算难...     

Inversion of magnetic measurements of the CHAMP satellite over the Pannonian Basin

The Pannonian Basin is a deep intra-continental basin that formed as part of the Alpine orogeny. In order to study the nature of the crustal basement we used the long-wavelength magnetic anomalies acquired by the CHAMP satellite. The anomalies were distributed in a spherical shell, some 107,927 data recorded between January 1 and December 31 of 2008. They covered the Pannonian Basin and its vicinity. These anomaly data were interpolated into a spherical grid of 0.5° × 0.5°, at the elevation of 324 km by the Gaussian weight function. The vertical gradient of these total magnetic anomalies was also computed and mapped to the surface of a sphere at 324 km elevation. The former spherical anomaly data at 425 km altitude continued downward to 324 km. To interpret these data at the elevation of 324 km we used an inversion method. A polygonal prism forward model was used for the inversion. The minimum problem was solved numerically by the Simplex and Simulated annealing methods; a L₂ norm in the case of Gaussian distribution parameters and a L₁ norm was used in the case of Laplace distribution parameters. We interpret that the magnetic anomaly was produced by several sources and the effect of the sable magnetization of the exsolution of hemo-ilmenite minerals in the upper crustal metamorphic rocks.     

重磁三维反演伊犁盆地中部密度和磁性结构

伊犁盆地中部区域地处多个构造单元的交汇区,构造复杂,缺乏高精度地质资料,制约了对盆地构造演化的进一步认识.本文联合使用多种先验信息作为约束条件,利用高精度重磁数据反演获得了研究区地下海拔-10 km以浅的三维密度和磁性结构,增强了反演结果的可靠性.结果揭示以白石墩次凸为中心发育了一个"北断南超"的南西-北东向不对称型凹陷,北部沉积厚度大于南部;区内主要断裂具有高角度特征,生烃中心受断裂控制,阿吾拉勒山前凹陷浅部可能发育逆掩断裂;火成岩以侵入的基性火成岩为主,伴有部分喷出火成岩和中酸性火成岩.     

Comprehensive evaluation of regional flood frequency analysis by L- and LH-moments. I. A re-visit to regional homogeneity

As part I of a sequence of two papers, previously developed L-moments by Hosking (J R Stat Soc Ser B Methodol 52(2):105–124, 1990), and the LH-moments by Wang (Water Resour Res 33(12):2841–2848, 1997) are re-visited. New relationships are developed for regional homogeneity analysis by the LH-moments, and further establishment of regional homogeneity is investigated. Previous works of Hosking (J R Stat Soc Ser B Methodol 52(2):105–124, 1990) and Wang (Water Resour Res 33(12):2841–2848, 1997) on L-moments and LH-moments for the generalized extreme value (GEV) distribution are extended to the generalized Pareto (GPA) and the generalized logistic (GLO) distributions. The Karkhe watershed, located in western Iran is used as a case study area. Regional homogeneity was investigated by first assuming the entire study area as one regional cluster. Then the entire study area was designated “homogeneous” by the L-moments (L); and was designated “heterogeneous” by all four levels of the LH-moments (L₁ to L₄). The k-means method was used to investigate the case of two regional clusters. All levels of the L- and LH-moments designated the upper watershed (region A), “homogeneous”, and the lower watershed (region B) “possibly-homogeneous”. The L₃ level of the GPA and the L₄ level of the GLO were selected for regions A and B, respectively. Wang (Water Resour Res 33(12):2841–2848, 1997) identified a reversing trend in improved performance of the GEV distribution at the LH-moments level of L₃ (during the goodness-of-fit test). Similar results were also obtained in this research for the GEV distribution. However, for the case of the GPA distribution the reversing trend started at L₄ for region A; and at L₂ for region B. As for the case of the GLO, an improved performance was observed for all levels (moving from L to L₄); for both regions.     

海浪引起的地磁场波动的观测与初步分析

近岸海浪是影响近岸水域环境状态的重要环节.海洋近岸波的波动性质和变化规律的研究对于海岸防护、近岸航运、军事活动等具有重要意义.感应磁场波动可为探测海洋近岸波的非线性过程提供一种有效手段.本文首次对海洋近岸波引起的感应磁场进行了频谱指数分析,获得了能量注入和耗散过程对应的谱段.2016年5月15日-6月30日在昌黎海岸（东经119.3°,北纬39.7°）利用KDM-2型磁通门磁力仪对海洋近岸波引起的磁场变化进行了测量,数据分辨率为0.01 nT/,时间采样率为1 Hz和128 Hz.观测数据显示,在距海岸线2 m远处,清晰地观测到了海洋近岸波引起的磁场波动,在0.001~10.0 Hz频段的波动最大振幅约为1 nT.波动的小波频谱呈现出多次谐波结构,符合海洋近岸波的谐波特征.傅里叶频谱显示不同频段谱的斜率不同,反映了海洋近岸波发展与耗散的非线性物理过程.进一步开展长期观测和统计分析有助于深入了解海洋中的电动力学过程.     

Deep crustal structures of eastern China and adjacent seas revealed by magnetic data

Through reduction to the North Pole and upward continuation of the total field magnetic anomalies, we analyze magnetic patterns and spatial distributions of different tectonic blocks and crustal faults in eastern China and adjacent seas. Depths to the Curie isotherms are further estimated from radially averaged amplitude spectra of magnetic data reduced to the pole. Data reductions effectively enhance boundaries of regional tectonic belts, such as the Dabie ultra-high metamorphic belt, the Tanlu Fault, and the Diaoyudao Uplift. Curie depths are estimated at between 19.6 and 48.9 km, with a mean of 31.7 km. The Subei Basin and the south Yellow Sea Basin in the lower Yangtze block show relatively deep Curie isotherms, up to about 35 km in depth, whereas in the surrounding areas Curie depths are averaged at about 25 km. This implies that the lower Yangtze Block has experienced a unique tectonic evolution and/or has unique basement lithology and structures. From a regional perspective, sedimentary basins, such as the Subei Basin, the south Yellow Sea Basin, and the East China Sea Basin, normally show deeper Curie isotherms than surrounding uplifts such as the Diaoyudao Uplift and the Zhemin Uplifts. Curie isotherms also upwell significantly in volcanically active areas such as the Ryukyu Arc and the Cheju Island, confirming strong magmatic and geothermal activities at depth. Supported by National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 40776026 and 40876022) and National Basic Research Program of China (Grant No. 2007CB411702)