京津及河北省中部的重力三维正演结果及其地质意义

使用重力资料推断解释地壳深部构造,关键在于浅层影响的消除。作者广泛收集整理了研究区的浅层地质资料,用三维重力正演方法逐层消除其影响,获得了一些较好的结果。在正演计算中发现,一些构造在下第三系以下已基本消失;而另一些构造却在此深度才逐渐显露。我们认为,浅层地质资料越完整准确,则三维重力正演计算的结果也将越好。在地壳深部构造的研究中,此方法与人工地震测深得到的地壳厚度基本一致,而花费却很低廉。它也是研究深浅构造关系的一种好方法。      

重力-地震联合变密度剥层技术研究深层构造

在某些已经完成三维地震勘探工作的油气田区,因深层地震资料不好,深层构造难以得到解决。虽然结合地震资料与重力资料的重力剥皮技术得到开发和使用,但由于它没有考虑地层密度的横向变化,因此未能获得满意的处理效果。为了改善该类地区的重力勘探效果,本文提出了变密度剥层方法,它利用各地层的三维地震深度资料和三维地震层速度转换的具横向变化的密度资料,通过正演其重力效应,并从布格重力异常中去除,从而得到主要反映深部地质构造信息的变密度剥层重力异常。在北非某区块,除基底顶面外,各层地震资料良好,通过重力-地震联合变密度剥层处理得到的剥层重力异常,与已知地震和钻井资料吻合良好,为深部基底研究奠定了良好的基础。     

中国及邻区大地水准面异常的场源深度探讨

利用中国及邻区地形、地震层析成像、沉积层底面、Moho面及岩石层底面资料,正演计算出中国及邻区岩石圈大地水准面异常;再从全阶大地水准面异常中扣除正演模拟得到的岩石圈大地水准面异常与不同阶次波段的大地水准面进行比较,寻求表示中国及邻区地幔物质不均匀的大地水准面异常的最佳阶次为2-60阶. 结果表明,对应于岩石圈的大地水准面异常的重力位球谐函数阶数为61-20阶;下地幔重力位球谐函数阶数为2-6阶;而-60阶重力位球谐函数则表示中国及邻近区域上地幔大地水准面异常.     

晋东北及邻区重力三维正、反演的初步结果

本文根据地质和区域重力资料,利用重力三维正、反演方法研究得到了晋东北地区地壳深部构造。通过三维正演,得到了不同深度的剩余重力异常;用一个已知的莫霍界面的深度值,反演出了全区地壳厚度的平面分布。在此基础上,对一些活动断裂和构造的深度以及地震和第四纪火山活动的地壳深部构造背景进行了探讨。研究还发现,沿北纬40°线可能存在一条深部剪切构造带。     

三维高精度重力方法在深部潜山勘探中的应用

深层地震资料由于受到火山岩体或风化壳盖层的影响,质量品质往往不高,难以识别盖层之下的小规模的潜山构造。而重力勘探技术恰能利用潜山构造与上覆地层存在显著密度差异的特点来识别这种特殊的地质储层。文中以华北油田虎8北潜山构造区为例,在该地区地层密度模型的基础上进行了三维重力正演。正演结果表明,深部密度异常体在地表形成的低缓重力异常,与区域或局部背景重力异常场叠加在一起,在布格重力异常曲线上无法识别目标体异常。通过利用高阶导数、滑动滤波等处理方法把异常场从区域场中剥离出来,可发现虎8北潜山目标区存在小规模局部剩余重力高。在地震资料的约束下,根据剩余重力异常的幅值及地层密度差进行密度建模,实现了三维密度反演。反演的结果确定了虎8北潜山的存在,并给出了潜山可能的埋深与规模。证明了三维高精度重力方法在确定深部潜山构造上具有较明显的地质效果,这对于探测深部低速层覆盖之下的潜山构造油气藏具有重要的指导意义。     

台湾地壳中的古陆刚体和现代板块运动

古陆,泛指前第三纪变质基底:“刚体”,则相对第三纪柔性岩石而言.我们把台湾的基础地质和布格重力异常等资料,通过三维重力正演,得到了深部重力异常.与布格异常相比较,提出了两个地壳深部构造问题:(1)在北纬23.5-25.2°的台湾西部,潜伏着一个密度较高的块体,可能是陆壳;(2)北纬23.5°以南,还有一个密度更高的块体,可能是现代海洋地壳.作者初步认     

河北省南部及邻区的地壳深部构造与地震

本文利用区域布格重力异常图(1:100万)和地质构造资料来研究河北省南部及其相邻地区的地壳深部构造特征,并讨论其与强震发生的关系。方法主要是运用三维重力正演计算,层层消除地壳浅部对布格重力异常的影响,得出一系列剩余重力异常和剩余深部重力异常,再根据异常图形的变换,探讨一些活动断裂和构造由浅到深的变化趋势。还用三维重力反演计算,求出了全区莫霍界面的深度,得到了全区的地壳厚度图,进而分析强震区的深部构造背景,这些对地震地质和烈度区划是有意义的。     

1605年琼山大地震深部构造和应力状态研究

利用1605年琼山地震区已有的浅部地质、物探和钻井等资料,采用空间域三维重力正反演计算,消除了地壳浅部影响,依次得到由浅到深的各剩余深部重力异常值。然后由基底剩余重力异常值反演得到莫霍界面深度及起伏形态。分析上述结果可知:1605年的琼山大地震是一个以垂直向差异运动为主的地震,位于琼北莫霍面隆起区东北部、隆起向外凸出部位的陡坡上;北东东向的马袅-铺前断裂(中东段)呈反扭(左旋)状态,而北西向的铺前-清澜断裂(北段)呈顺扭(右旋)状态;云龙地区地下地幔物质上涌,造成云龙地块的上隆;如果1605年地震区出现NE30°左右的主压应力场作用和云龙地块异常上隆时,应考虑地震的复发问题。另外,分析各剩余深部重力异常等值线分布,还可以判定地质学给出的各断裂构造展布和延伸情况。     

应用卫星重力信息对横断山系地区布格重力异常特异分布的纠正

在云南省西部,跨越中、缅两国交界的横断山系地区（97°E~102°E,24°N~30°N）有近一半的面积尚没有重力测点、即重力数据空白区和重力测点稀少的普查级测区.以前的有关文献、图集中所给出对此地区的重力场都是十分模糊的结果与图件.因此应用这些资料无法详细地研究该地区重力场特征与深部地壳结构（构造）.本文应用卫星重力异常资料作为“近似空间重力异常”,经中间层改正后给出的“计算布格重力异常”,其分布特征与该地区的地形高程呈很好的镜像相关.对相应山脉、河谷以及断裂构造都有所反映.特别是在横断山系地区该布格重力异常呈现为近南北的走向.为此,据该“计算布格重力异常”,并选定对该区有代表性的一条重力异常剖面作正反演计算,以得到其地壳深部结构剖面.结果表明,在横断山脉地区的地壳厚度在51~56 km间起伏变化;滇西北云岭山系以及玉龙山区的地壳厚度约在60 km以上. 最后,对所得结果与图件进行了讨论,并提出了几点认识和纠正的建议.     

大港探区综合地质地球物理研究

遵循沉积盆地的综合地质地球物理研究思路，运用重力、磁力、地震多种数据，通过重磁正反演和综合地质地球物理解释，提供大港探区的深部地球物理场和深部界面的信息，阐明沉积层和基底的磁性特征和密度特征，通过这些地球物理方法的相互印证、相互补充，加深对沉积盆地结构与演化的认识，从而指导油气勘探．     

青藏高原三维地壳结构的重力正演模拟

青藏高原地壳结构的重力学研究主要集中于莫霍面深度反演及单个剖面的重力正演,但是,在亚东-格尔木与下察隅-共和之间没有地震测线的区域,地壳结构的研究受到限制.为了探讨从青藏高原中部到东部的地壳结构特征,本文采用三维重力正演的方法,对青藏高原三维地壳结构进行了重力正演模拟.研究结果显示,地壳各层界面起伏较大,表明高原地壳变形强烈.研究区域中,藏南喜马拉雅地体界面相对较浅,处于界面陡变带,往北进入拉萨地体,界面相对变深.正演剖面中,大的界面起伏与大的断裂构造有关,莫霍面的陡变也暗示着莫霍面存在错断现象.东构造结莫霍面有抬升现象,在玛多附近莫霍面有下凹现象.地壳分层正演显示,32 km以下地壳产生的重力异常占总异常的80%以上,低速层及高速体产生的重力异常最大可占到总异常的10%左右.     

基于MPICH环境下的复杂重力异常体并行正演模拟

任意多面体重力异常正演公式常用于解决复杂几何形态地质体的正演问题。 本文以均匀物性多面体重力异常正演公式为基础, 应用有限元技术中的网格离散化思想, 以任意四面体为基本单元, 通过并行计算技术在MPICH环境下实现了任意连续空间物性分布复杂异常体网格模型的重力异常正演模拟, 通过并行处理可以有效加速正演计算速度。 本文研究结果对于联合重力异常场正演建模和开展复杂模型网格的重力场计算有一定参考意义。     

豫鲁皖部分地区地壳厚度

在人工地震测深工作尚不能大面积开展的地区,利用重力资料推断解释地壳厚度的平面分布,来研究地震孕育和矿藏生成的深部环境,是一项既经济又具有科学性的工作。为了弥补采用平均场、向上解析延拓和频率域滤波等方法以及采用二维计算方法的不足,本文依据豫鲁皖部分地区(东经114°～116.5°,北纬32.5°～39.5°)的重力资料和浅部地质、物探资料,采用三维正演方法分别计算浅部各层密度界面产生的重力异常,并从布格重力异常中消除其影响,得到剩余深部重力异常;然后采用多次正演计算和异常曲面逼近的反演方法,求得该区地壳厚度的最佳分布。用重力反演方法得到的地壳厚度,2倍均误差小于1公里。与人工地震测深剖面对比,两者的起伏形态基本一致,相差一般不超过2公里。本文最后指出了震中位置相石油、天然气与地壳厚度的空间对应关系,并作了初步分析。     

青藏高原东北缘重力异常多尺度横向构造分析

本文研究了青藏高原东北缘地区布格重力异常特征,采用优化滤波法和归一化总水平梯度垂直导数法对研究区重力异常进行多尺度分离和横向构造分析.分离出的多尺度重力异常特征表明:1) 青藏高原东北缘地区大致以东经106°线为界,有一条醒目的重力异常梯级带,即贺兰山-六盘山-川滇南北构造带的北段,其东西两侧布格重力异常特征在形态和走向上截然不同,意味着两侧密度结构和构造特征存在明显差异. 2) 鄂尔多斯地块内部定边以北,重力异常高带走向由北东向转为近南北向,推测定边附近存在一个密度或构造界面,其两侧物质组成和构造特征具有差异,对比大尺度重力异常和中尺度重力异常,表明异常特征的这种差异主要是由上地幔深部结构引起的. 3) 青藏高原东北部各块体深部边界位置与地表构造分布不同,反映出该区构造复杂,深浅构造差异大. 4) 由于印度-欧亚板块碰撞及随后印度板块持续向北的挤压作用,造成青藏高原东北缘中、下地壳物质在巨大的北东向推挤力和鄂尔多斯刚性块体阻挡的共同作用下,沿着相对软弱的秦岭造山带方向蠕动.依据多尺度重力异常及其横向构造特征,综合推断出研究区内五条断裂带,即秦岭地轴北缘断裂带、海原-六盘山断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带和青铜峡-固原断裂带,并分析了它们在地壳深部的可能展布特征.     

南海东北部及邻区深部结构的综合地球物理研究

南海东北部及邻区,特别是洋陆转换带地区的复杂地壳结构特征一直是南海岩石层结构研究的热点.本文在Pn波地震层析成像结果和深部地震探测剖面的约束下,利用重力数据建立该区两条剖面的密度模型.两条重力剖面二度半密度正反演的拟合结果支持琼粤隆起至吕宋岛弧区一带的地壳结构中存在下地壳高速层的观点,同时认为台西南盆地的拟合结果表明南部凹陷区仍属于过渡型地壳.本文认为剖面AA′和剖面BB′的构造属性虽然均总体倾向于火山岩型,但二者的地质结构并不完全一致,表明了北部陆缘深部结构的横向差异与构造属性的复杂.     

考虑非均匀地幔的重力-地震联合建模

本文提出在综合地球物理研究中,为了使重力数据处理和反演更加符合实际的地质情况,重力-地震联合建模分析时应当考虑非均匀地幔物质的重力效应.本文针对含油气盆地结构、断裂构造、大陆边缘演化和洋陆转换带等热点地质问题,广泛调研了全球范围内多个地区的综合地球物理研究成果,及其对应的地幔深部结构,发现地幔的横向不均一性是普遍存在的.在以往许多基于重力、地震数据的综合研究实践中,重力异常分离和建模分析通常都是在地壳内部（莫霍面以上）进行的.这种处理方式实际上是以均匀地幔为假设前提,虽然简化了重力异常分离和建模分析的难度,但忽略了地球深部的不均匀性所带来的重力异常,所获得的剩余重力异常和在此基础上进行的密度结构反演、地质解释会存在偏差.本文通过对模型界面的2D正演,定量探讨了非均匀地幔对布格重力异常的影响.在对四川盆地的实例研究中,剥离了非均匀地幔的重力效应,2.5D重震联合模拟的结果明显优于均匀地幔假设条件下的结果.     

台湾地壳构造的三维重力正演研究

用三维重力正演方法处理了台湾地区的布格重力异常和地质资料.根据由浅而深分层正演(剥皮)得出的剩余重力异常,发现某些断层的深度并不大;而另一些断层或构造则越向下越清楚.根据正演的结果,还讨论了台湾所处的地球动力学环境.      

尼泊尔MS 8.1地震与青藏高原周边地区多尺度重力场特性分析

通过分析EGM2008模型提取的青藏高原及周边地区重力场细节信息,概述了尼泊尔M_S 8.1地震的均衡重力异常特征,并结合GPS数据对研究区的动力学进行综合分析。结果表明,在喜马拉雅山脉地震带区存在重力的正、负值异常区及梯度带,这与该研究区局部应力应变积累、构造活动加剧、深部物质向研究区迁移以及研究区局部密度增高有关。     

尼泊尔M_S 8.1地震与青藏高原周边地区多尺度重力场特征分析

通过分析EGM2008模型提取的青藏高原及周边地区重力场细节信息,概述了尼泊尔MS8.1地震的均衡重力异常特征,并结合GPS数据对研究区的动力学进行综合分析。结果表明,在喜马拉雅山脉地震带区存在重力的正、负值异常区及梯度带,这与该研究区局部应力应变积累、构造活动加剧、深部物质向研究区迁移以及研究区局部密度增高有关。     

基于小波变换的重力压缩正演和多尺度反演研究

解决多解性和计算效率等问题是重力反演中的主要难点。针对计算效率问题,本文基于小波压缩理论,提出一种改进的重力矩阵压缩正演方法。该方法通过引入一种新的灵敏度矩阵排序规则,降低灵敏度峰值和波动、减少高频信息,在保证精度的同时改善小波变换后灵敏度矩阵的稀疏性、提高压缩比,从而降低内存需求,提高正演速度。正演模拟分析结果表明,本文提出的正演矩阵压缩方法在保证正演精度的前提下压缩比可达300以上。其次,本文将基于小波变换的多尺度反演应用到三维重力反演中,通过将重力反演问题分解成不同尺度的子问题,充分利用不同尺度的数据信息来改善重力反演的多解性和稳定性问题。最后,我们分别对理论数据和实测数据进行常规聚焦反演和多尺度反演以证明多尺度反演在重力反演中的有效性。