The inversion of density structure by graphic processing unit （GPU） and identification of igneous rocks in Xisha area

Organic reefs, the targets of deep-water petroleum exploration, developed widely in Xisha area. However, there are concealed igneous rocks undersea, to which organic rocks have nearly equal wave impedance. So the igneous rocks have become interference for future exploration by having similar seismic reflection characteristics. Yet, the density and magnetism of organic reefs are very different from igneous rocks. It has obvious advantages to identify organic reefs and igneous rocks by gravity and magnetic data. At first, frequency decomposition was applied to the free-air gravity anomaly in Xisha area to obtain the 2D subdivision of the gravity anomaly and magnetic anomaly in the vertical direction. Thus, the distribution of igneous rocks in the horizontal direction can be acquired according to high-frequency field, low-frequency field, and its physical properties. Then, 3D forward modeling of gravitational field was carried out to establish the density model of this area by reference to physical properties of rocks based on former researches. Furthermore, 3D inversion of gravity anomaly by genetic algorithm method of the graphic processing unit(GPU) parallel processing in Xisha target area was applied, and 3D density structure of this area was obtained. By this way, we can confine the igneous rocks to the certain depth according to the density of the igneous rocks. The frequency decomposition and 3D inversion of gravity anomaly by genetic algorithm method of the GPU parallel processing proved to be a useful method for recognizing igneous rocks to its 3D geological position. So organic reefs and igneous rocks can be identified, which provide a prescient information for further exploration.     

APPLICATION OF 3D HIGH PRECISION GRAVITY METHOD TO THE EXPLORATION OF DEEP BURIED HILL

Due to the influence of volcanic rock or weathering crust coverage, the quality of deep seismic data is often not reliable and it is difficult to identify small deep buried hill structure beneath the cover. However, the gravity exploration technology can use the remarkable density differences between the object and the overlying strata to identify this special geological reservoir. Although recently several rounds of seismic exploration have been carried out in Raoyang depression, Huabei Oilfield, North China to determine the existence of Hu 8 north deep buried hill, whether the buried hill really exists or not as well as its scale is still in controversial. In this paper, based on the information of seismic data and formation density, deep processing of 3D high precision ground gravity data has been carried out for 3D forward and inversion computation. The dimensional gravity forward calculation results show that the density of the deep anomaly body forms a relatively low gravity anomaly in the earth's surface. By using the potential processing method of vertical second derivative, and sliding filtering, the residual anomaly is separated from regional or background field, which illustrates the existence of a local high gravity anomaly at Hu 8 north area. According to the amplitude of residual gravity anomaly and formation density difference modeling, through a number of 3D forward calculations and 3D inversion of gravity data, the existence of Hu 8 north buried hill and its possible scale are basically determined. The results prove that the 3D high precision gravity method is effective in determining the deep buried hill structure in case that seismic data is not reliable.     

基于二阶导数的磁源边界与顶部深度快速反演

为实现磁异常反演,首先提出了磁异常非参数快速反演的概念,即无需提供先验信息.在Nabighian提出的磁场通用梯度公式的基础上,推导实现了基于磁异常垂向二阶导数的非参数快速反演(V2D_depth).它不仅可以获取场源的边界信息,同时可以反演场源的埋深.通过与Tilt_depth方法对比,本文方法计算的场源边界更清晰,反演的深度也更接近真实深度,同时较大程度上克服了Tilt_depth方法受叠加异常的影响.理论模型验证了方法的有效性,并通过准噶尔盆地某区块磁异常数据的处理,提取了受强大的区域背景场掩盖的石炭系火成岩产生的弱异常,突出了构造分区、断裂分布等信息,获取了火成岩的位置及埋深参数,为该区的火成岩油气藏勘探提供了有效的处理途径.     

综合物探技术识别地震反射异常体属性

埋藏在6000m以下的地震反射异常体是礁体还是火成岩体？或者是海底滑塌体？在高质量重磁电资采集的基础上，通过对研究区域内的地层岩石物性细致研究，利用CEMP资料界面约束二维反演、重磁力异常剥离技术和LCT重磁力地震联合反演解释技术细致研究了异常体的物性参数，从密度、磁化率、电阻率、速度等多种特征推测判断了深层异常体地质属性，为钻井部署提供了间接依据。     

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.     

南海重磁异常特征及火成岩分布(英文)

南海火成岩油气藏具有广阔的勘探前景,综合利用地球物理方法圈划与识别火成岩体、研究火成岩分布是火成岩油气藏研究的基础。针对南海重磁场特征,采用低纬度、变倾角化极技术进行了磁异常化极处理,利用优选延拓方法实现重磁异常分离并提取南海海域浅部火成岩重磁异常信息,利用磁异常三维相关成像给出南海火成岩的三维空间等效分布,在重磁梯度突出局部异常边界信息的基础上,通过梯度加权的重磁相关分析勾画不同类型火成岩的平面展布,火成岩的分布特征显示出受地壳深部结构及断裂构造的控制与影响。     

四川地区流动重力资料的位场 分离与异常特征提取

用于监测四川地区重力场随时间变化的流动重力测网于2008年5月12日汶川M_S8.0地震后进行了全面改造, 形成了新的闭合环线并对整网点位每年实施2次重力观测工作. 该文以2010—2012年获取的5期流动重力资料为基础, 分别采用小波多尺度分解和三维视密度反演等位场分离方法, 对测区内重力场的动态变化进行多层次分解及异常特征提取, 以探求四川测区范围内重力异常动态变化特征以及地震前后不同深度范围内密度变化情况与重力场响应之间的关系. 结果表明, 对同一期资料进行小波分解得到不同阶次的细节图像, 揭示了不同深度处重力异常动态变化特征; 分解结果同时也表明了四川测区范围内重力场的变化形态与川内特有的断裂构造格架和深部结构环境及过渡带特征密切相关. 通过对不同时期的差分重力异常资料进行三维视密度反演对比研究发现, 在地震前后四川测区范围内由浅到深密度变化呈现出不同程度的差异, 震区附近出现较为明显的横向密度变化特征且浅层物质密度局部性的异常变化差异较为突出, 测区范围内中上地壳深度层密度反演切片显示出的趋势性差异基本上反映了地震前后测区内地下物质的动态变化趋势, 因此, 深刻认识不同深度范围内重力场的动态演化特征, 对研究壳内物质密度变化以及与地震的孕育和发展有关的深部介质环境具有积极的意义.      

基于GPU并行的重力、重力梯度三维正演快速计算及反演策略

利用NVIDIA CUDA编程平台,实现了基于GPU并行的重力、重力梯度三维快速正演计算方法.采用当前在重力数据约束反演或联合反演中流行的物性模型(密度大小不同、规则排列的长方体单元)作为地下剖分单元,对任意三维复杂模型体均可用很多物性模型进行组合近似,利用解析方法计算出所有物性模型在计算点的异常值并累加求和,得到整个模型体在某一计算点引起的重力(或重力梯度)值.针对精细的复杂模型体产生的问题,采用GPU并行计算技术,主要包括线程有效索引与优化的并行归约技术进行高效计算.在显卡型号为NVIDIA Quadro 2000相对于单线程CPU程序,重力和重力梯度U_xx、U_xy正演计算可以分别达到60与50倍的加速.本文还讨论了GPU并行计算在两种反演方法中的策略,为快速三维反演技术提供了借鉴.     

基于地球物理方法预测二连盆地及邻区晚古生代潜在烃源岩分布

二连盆地及邻区是我国油气勘探的重点区域之一,普遍认为烃源岩层主要分布在中生代地层,对其晚古生代地层的烃源岩潜力研究较少,本文对研究区内晚古生代碳酸盐岩及泥岩进行了有机地球化学实验并分析其烃源岩潜力,评价结果表明二连盆地及邻区内晚古生代地层具有一定的生烃潜力,受高成熟度的影响,剩余潜力以生气能力为主.依据研究区内电法剖面、布格重力异常特征及磁性资料认为晚古生代潜在烃源岩层具有"低电阻、高密度、弱磁性"的地球物理性质,并初步预测了二连盆地及邻区晚古生代的深度大致分布在3～5km的范围内,进一步利用优化后的小子域滤波重力异常分离技术对晚古生代地层进行了厚度预测,刻画其平面分布特征,认为研究区内的晚古生代地层具有两个分布中心,其中心区厚度范围为1000～2000m之间,与野外地质剖面的厚度基本一致,晚古生代潜在烃源岩的平面预测可以为二连盆地油气勘探工作提供新方向.     

地球物理探测卫星数据分析处理技术与地震预测应用研究项目及研究进展

地震监测预警和预测预报是当前地球科学及相关学科所面临的最艰巨的问题之一,是关系到人类社会安全与国计民生的亟待攻克的科学难题.为进一步提高地震预测科学研究水平,推进地震监测预测能力建设,我国于世纪之交提出了建立地震立体观测体系的战略发展思路,并希望突破三维地球物理场获取能力瓶颈,发展地球多圈层耦合模型,通过卫星观测获取全...     

利用地球物理方法探测火山沉积型硼矿——在西藏阿里地区的应用

火山沉积型硼矿形成于新近纪特定的火山+湖相沉积环境条件下,含硼地层具有含硼湖相沉积岩与凝灰岩、安山岩等火山岩互层的多旋回二元沉积结构的特点.由于硼酸盐矿物的沉积发生多在沉积后期,通常与凝灰岩、粘土、灰岩等互层沉积,因此形成的硼矿层具有低密度、低电阻率的特征.针对硼矿层的这种特征,采用综合地球物理技术进行探测.在西藏雄巴地区,首先进行了1:5万高精度重力勘探,获得了研究区的布格重力异常,通过对重力资料的处理分析,获取了研究区的断裂构造发育和重力异常变化,推断了地下地层岩性空间变化特点并圈定出火山沉积型硼矿的发育有利区;在此基础上对有利区域进行了1:5000音频大地电磁测深,获得了研究区地下地层电性结构特征.通过对研究区电法数据的震电拟合及重力和大地电磁资料联合反演并与研究区地质资料相结合,进一步分析了该区地层构造、断裂体系、沉积单元与火山沉积型硼矿的形成关系,并对该区火山沉积型硼矿的分布进行了预测,最终钻探验证结果与预测结果基本一致.     

Improved preconditioned conjugate gradient algorithm and application in 3D inversion of gravity-gradiometry data

With the continuous development of full tensor gradiometer (FTG) measurement techniques, three-dimensional (3D) inversion of FTG data is becoming increasingly used in oil and gas exploration. In the fast processing and interpretation of large-scale high-precision data, the use of the graphics processing unit process unit (GPU) and preconditioning methods are very important in the data inversion. In this paper, an improved preconditioned conjugate gradient algorithm is proposed by combining the symmetric successive over-relaxation (SSOR) technique and the incomplete Choleksy decomposition conjugate gradient algorithm (ICCG). Since preparing the preconditioner requires extra time, a parallel implement based on GPU is proposed. The improved method is then applied in the inversion of noisecontaminated synthetic data to prove its adaptability in the inversion of 3D FTG data. Results show that the parallel SSOR-ICCG algorithm based on NVIDIA Tesla C2050 GPU achieves a speedup of approximately 25 times that of a serial program using a 2.0 GHz Central Processing Unit (CPU). Real airborne gravity-gradiometry data from Vinton salt dome (southwest Louisiana, USA) are also considered. Good results are obtained, which verifies the efficiency and feasibility of the proposed parallel method in fast inversion of 3D FTG data.     

THE DEPTH OF MOHO INTERFACE AND CRUSTAL THICKNESS IN SICHUAN-YUNNAN REGION,CHINA

By using moving average method to separate Bouguer gravity anomaly field in Sichuan-Yunnan region, we got the low-frequency Bouguer gravity anomaly field which reflects the undulating of Moho interface. The initial model is obtained after seismic model transformation and elevation correction. Then, we used Parker method to invert the low-frequency Bouguer gravity anomaly field to obtain the depth of Moho interface and crustal thickness in the area. The results show that the Qinghai-Tibet block in the northwest of the study area deepens and thickens from the edge to the interior, with the depth of Moho interface and the crust thickness of about 52~62km and 54~66km, respectively. The depth of Moho interface in Sichuan Basin is about 38~42km. In Sichuan-Yunnan block, the depth of Moho interface is about 42~62km from southeast to northwest. Beneath the West Yunnan block, west of the Red River fault zone, the Moho depth is about 34~52km from south to north. The Longmen Mountains and Red River fault zone are the gradient zone of the Moho depth change. Along the Red River fault zone, the depth difference of Moho interface is increasing gradually from north to south. No obvious uplift is found on the Moho interface of Panzhihua rift valley. The depth of Moho interface distribution in Sichuan and Yunnan is obviously restricted by the collision between the Indian plate and the Eurasian plate and the lateral subduction of the Indo-China peninsula. The mean square error of the depth of Moho interface is less than 1.7km between the result of divisional density interface inversion and artificial seismic exploration. At the same time, we compared the integral with divisional inversion result. It shows that:in areas where there is obvious difference between the crust velocity and density structure in different tectonic blocks, the use of high resolution seismic exploration data as the constraints to the divisional density interface inversion can effectively improve the reliability of inversion results.     

物理大地测量学与地球物理学结合中的有关问题评注

本文依据大地重力学反问题的有关研究，对重力场边界扰动量的本征含义进行分析，由此揭示出它们在逼近地球实际重力场源过程中所具有的物理意义及存在的不足。然后进一步论及正常场源的非物理性上，并对其解决途径进行了探讨，最后对大地得力学反问题研究中的物理核－－正交分解定理描述的场源量所具有的实际意义及其在地球物理反演中的具有的作用进行了分析和评注。     

用于区域重力场定量解释的多尺度刻痕分析方法

本文介绍一个把小波多尺度分析、表面刻痕分析以及位场频率域解释理论和反演方法结合起来的数据处理、反演解释和信息提取的方法系统.这一方法系统简称为区域重力场多尺度刻痕分析方法,应用于刻画地壳分层的三维密度结构、地壳变形带分布和构造单元分区.多尺度刻痕分析包含频率域重力场场源分层、重力场小波变换多尺度分解、场源分层深度及密度扰动反演、分层刻痕分析和构造边界定位四个子系统.文中扼要地介绍这四个子系统基本原理、方法技术及应用效果.从地球物理探测到大地构造学发现,是一个多学科综合研究的探索过程.要取得重大研究成果,必须研发和组合来自不同学科的多个新方法技术,使多学科综合研究有宽厚的理论支撑.本文介绍的四个子系统组合的理论支撑分别来自应用数学、地球物理学和信息科学.     

火山岩油气藏重磁电震综合预测方法及应用

通过准噶尔盆地陆东地区数十口钻井资料的对比分析、归纳总结,提出了火山岩油气藏重磁电震综合预测方法.将正则化下延与延拓回返垂直二次导数串联形成了一个新的滤波器,该滤波器相当于首先通过正则化下延将位场曲面延拓至地下目的层段,降低火山岩埋深对磁J异常幅值的影响,然后利用延拓回返垂直二次导数对弱信号进行增强,不仅提高了位场异常...     

重震反演中国东北地壳上地幔三维密度结构

本文利用重力和地震P波到时数据反演得到了中国东北地区地壳上地幔三维密度结构.与单一的重力或地震反演相比,重震反演一方面有效地克服了重力反演结果垂向分辨率低的问题,另一方面也提高了地震反演结果的可靠性.结果显示:中国东北地区的地壳及上地幔剩余密度异常分布与构造单元具有明显的相关性,造山带对应低密度异常,盆地对应高密度异常;区域内火山下方有明显的低密度体存在,可能是由于太平洋板块俯冲进入上地幔并部分滞留,在滞留板块深部脱水和软流圈热物质共同作用下产生了上涌岩浆,喷发后形成了火山.     

南海北部白云凹陷深水油气区的重-震数据处理与分析

白云凹陷位于南海北部陆缘深水地带,是我国深水油气资源勘探的重要地区。开展重-震成像研究,是分析该区烃源岩分布特征、大型构造圈闭、成藏层系与储层条件的重要方法。本文通过重力异常、地震Vs波速结构模型及地震勘探剖面分析,获得研究区自由空间重力异常、布格重力异常、水平和垂向梯度、密度反演图像、Vs波速度结构图像以及高分辨率地震勘探剖面图像。重力图像揭示:白云凹陷中心的强负值异常图像与较厚沉积和基底起伏有关;凹陷东侧相对高正值局部重力圈闭与中生代残余地层有关;凹陷北侧条带状正异常则与陆坡向洋盆过渡时基底下凹有关。白云凹陷的主凹陷和南凹陷存在明显的层状负剩余密度或相对低密度区,是有利的含油气层位。地震图像揭示:白云凹陷由北向南存在明显的细颈化带、外缘隆起带、洋陆过渡带等结构。在陆缘地壳强烈伸展薄化期间,白云凹陷形成大型三角洲-湖相烃源岩沉积环境的凹陷结构,沉积物源主体来自北侧。随着地壳强烈减薄的细颈化,凹陷出现明显的台阶式沉陷,导致陆架坡折带由南向北迁移,形成陆架边缘三角洲、深水重力流水道和深水扇等有利的储层。高分辨率地震资料获取的地震勘探剖面图像上,可以识别出许多浅层气运移通道,表明白云凹陷丰富的中、浅层气大多来源于深部地层。      

无井波阻抗反演在西沙水合物研究中的应用

为了更好地研究水合物的展布形态和赋存情况,对西沙海域天然气水合物的准三维地震资料进行无井波阻抗反演。详细论证针对水合物无井波阻抗反演的处理方法:根据水合物的地球物理特征对地震资料进行零相位化处理;根据地震资料本身特征,在工区多个构造稳定区提取地震子波,对求取的子波平均化保证子波的稳定性;根据叠加速度,通过网格插值、平滑、滤波、转换求取三维低频阻抗模型。最终得到的反演结果地质现象清楚,能够较准确地反映水合物的空间展布情况,利于后续水合物的综合分析研究。      

基于密度模型稀疏表征的重力反演方法

重力反演是恢复地下密度空间分布的有效工具,而选择合理的密度模型约束方法是提升重力反演分辨率和可靠性的关键.常规约束方法大多是从剖分网格空间中的密度模型出发,通过调整光滑或稀疏约束权重来匹配反演目标,但当地质体类型多样、异常分离不准确及网格剖分方案不合理时,模型约束的合理性与灵活性难以得到有效保证.为此,本文提出了一种基于密度模型稀疏表征的重力反演方法.首先假设待反演的密度模型表征为模型特征矩阵和稀疏分解系数的线性组合,之后重新推导了重力反演目标函数,并给出了分解系数的稀疏求解过程.相比现有重力反演方法,用于构建模型特征矩阵的特征模型可包含不同类型地质体的先验几何信息,分解系数的稀疏性保证了待反演目标来自于最典型的地质模式组合.最后,通过模型试验及实际资料验证了基于密度模型稀疏表征的重力反演方法的有效性.