三度剩余磁力异常源全方位成像的理论和方法

首先在球坐标系中导出了三度磁性体的“拟引力位”V（p）、“拟引力场”F（p）、磁位U（p）、总磁场T（p）和任意方向磁场分量（p户）等球谐级数正演通式．然后,采用（p）,F（p）和V（p）等3个球谐级数正演通式,建立了复杂条件下三度剩余磁力异常源全方位成像方法．最后,给出了“成像”理论方法体系的应用实例．     

地磁正常场的选取与地磁异常场的计算

根据2003年中国地磁观测数据（包括135年地磁测点和35个地磁台）以及我国邻近地区38个IGRF计算点的地磁数据,计算中国地磁异常场的分布。选取两种地磁场模型作为地磁正常场,一是国际参考地磁场的球谐模型,二是中国地磁场泰勒多项式模型。根据各个测点的地磁异常值（观测值减去模型计算值）,用球冠谐分析方法计算地磁异常场的球冠谐模型,并绘制2003年中国地磁异常（△D,△I,△F,△X,△Y,△Z）。分析和讨论了中国地磁异常场。     

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.     

关千ΔT磁异常的解释

本文对于二度问题证明了总磁場强度△T与垂直磁場强度Z的一般表达式具有相同的形式,因此可以把△T异常曲线看成Z异常曲线,利用复变函数理论中的柯西-黎曼条件我们就可根据△T异常曲线计算出与H异常曲线相当的所谓△T的“负共轭调和函数”△T,文中指出了同时利用△T及其原函数△T将有助于磁测资料的解释工作,还举出了两个应用的例子:1)根据△T与△T计算二度体的磁矩及其倾角;2)利用观测水平上的△T及△T值将△T向下解析延拓。     

火山地区二维自然电位异常反演

将线性反演理论与正则化法相结合，提出一个火山地区二维自然电位（ＳＰ）异常反演方法．地下岩浆活动（对流体）是引起自电异常的极化源，反演的目的是计算地下视极化强度分布和极化源中心位置．可以通过用已知的各种资料改变地下极化源区域（简称源区）的方式来进行多次反演，以便获得一个比较合理的地下视极化强度分布模型．最后，分别给出意大利和墨西哥的两个火山地区的自然电位异常分析结果．     

基于相关搜索黄金分割重力密度反演的参数优选方法研究(英文)

对于借助重力异常进行密度反演来说,一旦反演方法确定,影响反演效果的主要因素在于反演参数和剖分方案的选择,合理的反演参数及剖分方案不仅能够提高反演方法的效率,更能保证反演结果的精度。基于相关系数搜索的黄金分割重力反演方法是位场反演中的物性分布反演的有效方法之一,可用于平地表及起伏地表上的二度体和三度体的物性反演。本文讨论了利用相关搜索黄金分割进行剩余密度反演的基本原理,提出了试探法判断反演结果是否为全局最优,并通过模型试验给出了各反演参数及剖分方案的合理选取原则,提高了剩余密度反演的精度。     

剖面曲线上的位场转换系统

我国山区面积很大,无论是地面磁测还是航空磁测,都有必要建立一个起伏观测面上的位场转换系统。本文从偶层位出发,找到了建立这种转换系统的新途径。 文中所提供的方法虽然是在二度问题上实现的,但完全可以推广到三度问题。     

等效源法三维随机点位场数据处理和转换

为了实现曲面随机点位场数据的曲面延拓和转换,以磁异常位场数据为例,采用一组磁偶极子作为等效源,置于观测面下方的一个曲面上,把观测磁异常作为这组磁偶极子所产生磁异常的边界条件,通过求解线性方程组的方法反演磁偶极子磁矩的大小,再根据反演结果正演所要计算的磁异常数据,实现了曲面随机点磁异常位场数据的向上延拓、向下延拓、求导以及化极处理.在数据量较大时,为了提高反演计算的速度,把磁异常数据和磁偶极子分成若干小块,再利用各块磁异常数据分别反演该块数据下方磁偶极子的磁矩,并通过迭代计算来逐步取得更准确的反演结果.模型试验表明,磁异常位场数据向上延拓的均方根误差小于±2nT,向下延拓和化极也可以取得较高的精度,所提出的分块处理方法提高了延拓和转换的速度,实际资料处理给出了曲面随机点航磁异常数据向下延拓和化极的一个例子.     

在地磁学与地球重力学中的球谐分析

球谐分析在地磁学与地球重力学中得到广泛的应用.由于地球磁场与地球引力场的不同,球谐表述有所不同.地磁场的高斯分析（球谐分析）的结果表明,地磁场没有单极子,而引力场有,地磁场有内外源场之分,而地球引力场只有内源场,地磁场的球谐级数收敛快,地磁场高斯级数所用的蒂合勒让德函数是Schmidt半标准化的,而地球引力场中用的是全标准化的,地磁场的高斯系数随时间变化快,每5年产生一个IGRF（国际地磁参考场）, 而引力场的变化是与地质变化有关,相对于地磁场来说,是缓慢的. 地磁场的高斯分析还存在一个唯一性问题.     

数据类型对三维地面可控源电磁勘探效果的影响

本文基于考虑人工场源辐射的可控源地面电磁勘探三维数值模拟技术,以目前常用的标量可控源音频大地电磁勘探测量方式为依据,讨论地面可控源三维电磁勘探中,为达到最佳的探测效果,如何选择合适的反演数据类型.地面可控源数据的三维反演采用有限内存拟牛顿方法.反演过程中,三维可控源频率域响应数值计算采用交错网格有限差分法,求解基于二次电场的Helmholtz方程.发射装置采用长度为1000m的有限长直导线源,测量频率为10Hz;测点个数200个,分布在10条剖面上.在异常体分布区分别观测(1)电场Ex分量的振幅和相位,(2)Ex振幅,(3)Ex与Ey分量的振幅和相位,(4)Ex与Hy的振幅和相位.反演的数据类型分别为上述4种数据以及导出的阻抗Zxy振幅和相位.反演模型由30×30×20个网格组成,测区内水平方向大小为50m×50m,垂直方向厚度为50m,最后5层厚度倍增.反演都从均匀半空间开始,迭代120次结束.数值模拟结果发现,(1)单个电场分量Ex,其相位信息对异常体信息提取非常重要,若只反演该电场振幅,深部电阻率分辨率低;(2)观测正交电场的效果比单个电场分量效果好,其浅部异常的边缘效应明显减弱,深部异常形态完整;(3)同时观测正交的电场和磁场,反演效果与只观测电场振幅和相位的相当;(4)从阻抗数据反演得到的异常位置和电阻率分布均有较大的改善,反演模型分辨率最好.因此,在理论上,建议在野外数据采集时,最好测量正交电磁场;次之,同时测量正交的电场;最次的,可以只观测电场Ex的振幅和相位,亦可取得较足够的信息.但如果只能获得电场的振幅信息,反演结果的深部将出现较大的不确定性.     

引力梯度不变量与相关边界条件

本文研究了以引力梯度的不变量作为基本数据来进行地球引力场恢复的方法. 该方法的特点是, 处理的数据只与卫星定位数据和引力梯度观测数据相关, 而与卫星的姿态无关. 首先从不变量出发对扰动位作了线性化展开, 得到了一般的线性化模型, 即: 卫星轨道上边界条件的一般形式; 其次在球近似下推导了该线性化模型的表达式, 并给出了相应的球谐级数解算方法; 然后进一步顾及了J₂项的影响, 改进了球近似模型, 得到了顾及J₂项情况下关于扰动位的边界条件, 并给出了相应的解法; 利用EGM96引力场模型对建立的边界条件的理论精度进行了验证和引力场恢复试验, 结果表明: 球近似模型的平均精度达到了10^-7, 恢复模型的阶次能达到200阶, 而顾及J₂项模型的平均精度则达到了10^-8, 恢复的阶次则可以达到280阶; 最后从理论上证明了使用不变量作为基本数据不会使数据组合的误差放大, 而且针对GOCE计划的情况论述了不变量的计算方法.     

地球重力模型中球谐函数阶数的异常源深度估计

利用大地水准面高度异常与重力异常的比值方法，通过选择合理的接近真实地球重力异常的异常源，为地球重力位球谐系数阶数与异常源埋深的关系进行了探讨，给出了异常源最大的深度范围。指出在核幔边界起伏的研究中，利用２－８阶重力位球谐系数的比较合理，这与Ｄｚｉｅｗｏｎｓｋｉ等人利用地球资料，在考虑地幔对流时推测的阶数具有较好的一致性。     

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.     

亚洲MAGSAT卫星磁异常冠谐分析

根据亚洲地区（15°S-60°N,55°E-160°E）MAGSAT卫星碰异常1°×1°网格值,使用冠谐分析方法,计算亚洲地区卫星磁异常的冠谐模型．球冠极点位于22°N,108°E;球冠半角为50°．该模型的最大截断指数Kmax=20,共有441个系数．根据冠谐模型,绘制卫星平均高度（400km）以及其他高度（300km和500km）的理论卫星磁异常图（△X,△Y,△Z）．卫星磁异常的冠谐模型能表示磁异常的三维结构,为探讨岩石层结构提供证据．     

用地表重力能否推求地球内部的密度分布——对“统一引力场表示理论”的看法

“统一引力场表示理论”的作者指出,这是一种新的理论．该理论认为,扰动位能满足重调和方程,亦即异常（扰动）密度能够满足调和方程,这样就可以用边界上的值唯一确定地球内部异常密度的分布,从而用牛顿位公式统一了地球的内外引力场．究竟能否用边界上的结果将地球的内外部引力场进行统一,这种异常密度能否满足调和方程,“统论”所定义的内部密度是否与真实地球内部密度有关,本文对以上及有关问题提出了自己的看法．     

多同性源阵列电阻率法隧道超前探测方法与物理模拟试验研究

直流电阻率法以其对含水构造响应敏感且适应性强的特点,是隧道施工期超前地质预报的常用方法.针对目前定点源三极观测方式易受到测线附近旁侧异常干扰与聚焦观测方式探测距离过短无法三维成像的问题,提出了一种基于多同性源阵列电阻率的隧道超前探测新方法,利用环形布置的多同性源供电压制隧道掌子面后方的异常体的干扰,同时增强掌子面前方远处异常体的敏感度,阵列电极测量可为含水构造的三维反演成像提供三维数据.首先,开展了含水构造超前探测的数值正演模拟,发现多同性源方法的视电阻率纵向微分曲线极小值以及与横轴的交点位置可对异常体位置进行定性判断,探讨了多同性源方法对后方及侧向异常干扰的响应特征及识别方法.其次,将电阻率光滑约束与轨迹光滑策略引入蚁群反演算法,提出了一种最小二乘方法与改进蚁群算法相结合的混合反演算法,反演数值算例表明混合反演算法能够实现含水构造的三维成像,较好地反演出不同距离的含水构造位置,并使其边界较为清晰.为了验证多同性源探测方法的探测效果开展了物理模型试验,多同性源阵列电阻率法能较好的反映含水构造的存在,与实际含水构造的位置较为相符.     

利用低阶卫星重力位系数研究下地幔横向密度异常分布

本文试图采用卫星重力资料和一种新的反演方法来研究地幔的横向密度异常分布.先将密度异常△（r,,（?））在一个三维正交函数系下进行展开,其展开系数待定.然后,根据密度异常与重力扰动位之间的关系建立观测方程组,其中未知向量由密度异常展开系数组成,重力扰动观测向量由 GEM10B 重力模型中的位系数计算而得,并通过适当选取重力位系数的阶数,对观测向量进行滤波.最后,就下地幔（670km——CM 界面）作了实际计算.计算中,重力扰动位阶数取为2——11阶,密度异常展开式的截断阶数取为 K=4和 L=6,求解观测方程组时采用阻尼最小二乘法.结果表明:密度扰动值在670km 不连续面及核幔界面处达到极大值,且在环太平洋地区存在一高密度带,太平洋中部对应于一低密度区,这些特征与 Dziewonski 得到的下地幔三维波速异常分布特征相一致.但是,在南极地区、大西洋及印度洋部分地区,所得的密度异常分布与三维波速异常分布呈负相关,文章就其原因作了初步分析.      

基于非结构化网格的井地电阻率法三维正演模拟及异常特征研究

起伏地形对类电阻率法的影响不可避免,纯地形会对观测的视电阻率造成异常假象,即使同一种地形对于不同的观测装置其地形引起的异常也完全不同,因此复杂地形条件下的视电阻率异常解释起来十分困难,近年来,在水平及起伏地表情况下的地面电阻率法三维正演取得诸多进展,已逐渐成熟化和实用化,但是起伏地形下井中类电阻率法的正演模拟研究不多,勘探前期对电性体的异常形态特征认识不足．本文采用Gmsh进行几何建模和网格剖分,基于非结构化四面体网格模拟复杂地形,实现了三维井地电阻率法的正演模拟,通过两个理论模型检验了代码正确性与算法的有效性之后,选择了山峰地形下低阻球体、山谷地形下低阻球体和一个山脉峡谷复杂地形模型作为研究对象,给出了井 地二极、井 地三极观测装置下的正演计算结果,对起伏地形下的典型地质体的异常形态特征进行了分析总结,可用于指导野外生产,提高勘察工作的效率和勘探效果,并为进一步研究起伏地表下三维井地电阻率反演奠定基础．     

不同激励源井地电位成像技术三维正反演方法研究（英文）

井地电位成像是通过套管向井中供电或将电源放在井中,在地表观测电位异常的一项技术,其供电源有线源和点源两种类型。为了研究这两种电源对地下异常体产生的电位异常特征,本文针对不同激励源,采用有限差分方法进行数值模拟研究,在线性方程组求解电位时引入不完全Cholesky共轭梯度(ICCG)迭代方法,分别实现了点源和线源井地电位成像技术的三维正演。最后,基于阻尼最小二乘法实现了井地电位成像技术的电阻率三维反演。设计不同地电模型分别进行正演和反演试算,正演结果表明,供电电源的类型不同,异常体在地表的电位异常特征也不同;反演结果表明,低阻体的反演结果要好于高阻体,点源置于异常体下方时反演的电阻率对异常体边界的识别比线源更加准确。     

陆地可控源电磁法三维勘探的激电效应影响研究

可控源电磁法(CSEM)的正演模拟与反演解释中常忽略激电介质的影响.本文基于电磁三维正反演开源平台ModEM,分别开展了陆地CSEM三维正反演以及考虑激电介质的陆地CSEM三维正演研究,并与一维模型解析解对比验证了三维计算的准确性.数值模拟结果显示,模型含激电效应与不含激电效应的电场E_x频率响应差异明显,激电效应会导致电场E_x幅值减小、相位增加,且对E_x的影响程度与激电异常体的频谱特性及观测的收发距均相关.合成数据的陆地CSEM反演结果显示,数据中含激电效应会使得反演出的异常体在深度、规模和电阻率值上都与真实异常体存在较大偏差,忽略观测数据中的激电效应会明显影响观测的准确性.本文研究表明当陆地CSEM三维观测资料中包含激电效应时,有必要考虑其影响.