重磁异常三维物性反演随机子域法方法技术

本研究针对三维物性反演中存在的困难和问题,提出三维物性反演的随机子域方法技术,首先是将正反演中保持不变的几何格架分离计算并存储,避免重复计算,从而提高正反演计算速度;其次是利用对称性等实现等效计算,明显降低格架计算和存储要求;再通过随机子域方式,降低反演的维数问题;另外,通过概率方式控制子域生成的分布,实现约束新机制. 模型和实例计算表明了方法技术的效果,为大面积重磁数据的三维反演提供了有效的途径.     

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.     

青藏高原冈底斯带及邻区重磁三维反演及岩浆岩特征研究

岩浆岩在青藏高原的大陆动力学研究中有着重要的作用,它既是构造演化的记录,又是重要构造-岩浆-成矿带的指示.本文主要基于冈底斯带及邻区的地面重力和航磁数据,首先进行地质-地球物理先验信息约束下的重磁2.5维交互式反演,再将2.5维反演结果作为参考模型加入到三维反演计算中,得到地下三维密度和磁化率结构.结合岩浆岩密度、磁化率统计资料和岩浆岩地球化学成果,推断研究区基性岩、Ⅰ型花岗岩和S型花岗岩的三维分布图,得到如下结论：S型花岗岩主要分布在冈底斯东带和冈底斯弧背断隆带以北;北冈底斯的西部无明显的岩浆活动,而在其南侧和北侧,发现大量的隐伏基性岩和零散分布的Ⅰ型花岗岩;中生代Ⅰ型花岗岩在南冈底斯和冈底斯弧背断隆带广泛分布,且到新生代才出现大量的S型花岗岩.上述结果为中生代班公湖-怒江洋壳和新特提斯洋壳的双向剪刀式俯冲模式的观点提供了重要佐证,并认为班公湖-怒江洋壳在北冈底斯西部约84°E-88°E的范围内先后存在向北和向南俯冲的可能,北向羌塘地体下俯冲,南向冈底斯地体下俯冲.

     

九瑞矿集区重磁三维约束反演及深部找矿意义

研究九瑞矿集区成矿地层和岩体的三维分布特征可为区域成矿背景和成矿规律研究提供新的信息,实现研究区深部及外围找矿突破.本文首先综合分析研究区区域地质及地层和岩石密度和磁化率特征,然后将区域地质和12条地质剖面信息利用自行开发的GIF2UBCmodel程序构建剩余密度和磁化率参考模型和上下边界约束模型,实现了带约束重磁数据三维反演.反演结果揭示九瑞矿集区剩余密度和磁化率三维分布特征,解译了矿集区主要地层和岩体分布特征.该区存在邓家山—东雷湾以及武山—丁家山两个大型岩体;盖层褶皱与结晶基底隆起方向一致,是深部基地隆起的继承.通过与矿集区已知矿床对比发现,高磁性岩体边缘和基底隆起(高密度体)两翼为成矿有利区.     

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.     

重磁异常反演的拟BP神经网络方法及其应用

把神经网络与重磁异常反演理论相结合,提出了用于重磁反演的一种拟BP神经网络方法．基于3层神经网络结构,把隐含层神经元设定为三维空间物性（磁化强度或密度）单元．对实测与理论重磁异常经S型函数变换,采用自动修改物性单元物性值的拟BP算法,反演三维空间的物性分布．利用该网络对理论模型数据和内蒙古某花岗岩体上的航磁资料进行了反演计算,取得了满意的反演效果．     

重磁异常反演的拟BP神经网络方法及其应用

把神经网络与重磁异常反演理论相结合,提出了用于重磁反演的一种拟BP神经网络方法．基于3层神经网络结构,把隐含层神经元设定为三维空间物性（磁化强度或密度）单元．对实测与理论重磁异常经S型函数变换,采用自动修改物性单元物性值的拟BP算法,反演三维空间的物性分布．利用该网络对理论模型数据和内蒙古某花岗岩体上的航磁资料进行了反演计算,取得了满意的反演效果．     

基于先验信息约束的重磁三维交互反演建模技术——以铜陵矿集区为例

三维地质建模是实现深部矿产勘查突破的重要途径,其通过控矿地质体的三维建模,直观刻画控矿要素之间的空间、成因和演化关系,帮助理解成矿系统,开展深部找矿预测.当前三维建模主要采用地质资料构建,在缺少钻孔等已知资料的情况下,难于构建出可靠的三维地质模型.为了克服常规三维地质建模方法可信度低、精度差的缺点,本文将重磁交互反演技术引入到三维地质建模中,提出了基于先验信息约束,通过二度半剖面交互反演、三维物性反演联合修正的三维地质模型方法.采用该方法建立了铜陵矿集区的三维地质模型,并开展了深部找矿预测,取得以下主要认识:1)基于先验信息约束的重磁交互反演建模技术能大幅提高三维地质模型的可信度,是实现地下地质体"透明化"的重要途径;2)铜陵地区重要控矿地层(C-P-T2)主要分布于向斜区和火山岩覆盖区,深部岩浆岩条件优越,深部找矿工作应从传统的背斜隆起区转向向斜区和火山岩覆盖区以及部分凹陷区,这将极大拓展铜陵地区找矿空间;3)铜陵地区传统的五大矿田的侵入岩均具有复合岩体特征,特别是与辉石闪长岩共生的矿产以铁铜矿为主,而与金矿密切相关的侵入岩则多为中酸性岩体,这一推断如果成立,将对铜陵地区找矿突破产生重大影响;4)铜陵地区的推覆构造十分发育,木镇凹陷区的早古生代基底和南陵盆地北西缘的戴公山背斜就是一套区域性推覆构造的产物,三维地质模型还揭示铜陵地区侵入岩具有深、中、浅三重结构,这为铜陵隆起的推覆成因提供了证据,也指示了在铜陵之外再寻找类似铜陵矿集区的良好前景.     

基于Gramian约束与高斯-牛顿算法的重磁三维联合反演

为了降低重力与磁法单独反演中的非唯一性问题,本文实现了一种基于Gramian约束的重磁三维联合反演算法.使用基于模型参数或其空间梯度的Gramian算子,将其添加到目标函数中,约束剩余密度与剩余磁化率模型参数或其梯度更具相关性.采用高斯-牛顿法对目标函数进行最优化求解,对求解方程进行了简化,节省内存并提高了计算效率.反演过程中使用对数法约束模型参数的上下界,使反演结果更符合真实地质情况.提出了新的模型更新步长计算策略,同时考虑了数据拟合与联合约束的影响,使联合反演更加稳定.通过三个数值模型验证了算法的可靠性,并进一步将该算法应用于加拿大McFaulds湖实测航空重磁数据.对比了反演结果切片并展示了交会图,联合反演得到的剩余密度与剩余磁化率的物性、梯度分布都比单独反演的相关性更强.联合反演提供了一个既能拟合数据又在一定程度上满足耦合条件的反演解.验证了所开发的联合反演算法在实际数据上的有效性与适用性.

     

重磁数据三维物性反演方法进展

综述了重磁数据三维物性反演方法中的几个关键问题.主要包括正演快速算法、反演框架、约束因子讨论、反演算法实现等方面.正演快速算法主要讨论了等效存储几何格架技术、基于GPU加速的并行计算技术以及小波压缩技术.三维物性反演则是在最小二乘意义下使目标函数达到极小的线性或非线性反演.指出,对于特定地质问题需要谨慎选择不同且合适的约束方法乃至反演算法,才能达到好的效果.最后讨论了重磁数据三维物性反演较好的应用前景及发展方向.     

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.

     

苏北大陆科学钻探靶区重磁异常反演解释

对江苏东海县毛北地区重、磁观测异常进行了处理和特征分析,并根据科学钻探主要目标体榴辉岩与其围岩有达0.9×103kg/m3的明显密度差,进行了等效密度反演成像与综合地震约束反演计算.给出了该地区重力异常模型,可作为综合地质与地球物理研究的一个基础.     

苏北大陆科学钻探靶区重磁异常反演解释

对江苏东海县毛北地区重、磁观测异常进行了处理和特征分析,并根据科学钻探主要目标体榴辉岩与其围岩有达0.9×103kg/m3的明显密度差,进行了等效密度反演成像与综合地震约束反演计算.给出了该地区重力异常模型,可作为综合地质与地球物理研究的一个基础.     

羌塘盆地中部中上地壳三维密度和磁性结构及构造意义

羌塘盆地位于青藏高原中部,经历了多期复杂构造运动,是研究青藏高原演化的良好窗口.本文利用1 ∶ 20万重力和磁力数据,基于1 ∶ 50万地表地质信息约束,反演获得了羌塘盆地中部区域中上地壳的三维密度和磁性结构,揭示了南、北羌塘坳陷、班公湖—怒江缝合带、可可西里—金沙江缝合带和龙木错—双湖缝合带的密度和磁性特征.根据反演结果,认为：主要构造单元与密度和磁化率异常有良好的对应关系,下地壳和上地幔是羌塘盆地大范围低值重力异常的重要来源;可可西里—金沙江缝合带向下切割较深,引起磁异常的岩浆岩大量存在于中地壳;双湖至唐古拉山一线不存在贯穿羌塘盆地的“中央隆起带”;北羌塘广泛分布的火山岩主要存在于上地壳,来源可能是下地壳和上地幔的低密度岩浆岩体;印度板块俯冲的前缘可能影响到了羌塘盆地下方.

     

对应分析约束下的重磁联合反演及其在塔里木盆地的应用

综合应用重磁对应分析和重磁联合反演的基础上提出对重磁联合反演的一种改进方法：约束联合反演，即利用重磁异常相关系数对联合反演中目标函数进行加权。实验结果表明，该方法有利于迭代反演的收敛性。把该方法应用于塔里木盆地东部库尔勒～若羌剖面，结果说明，以对应分析的结果作为先验认识，有助于合理地建立最优化反演的初始模型，能提高解释结果的质量     

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.     

中国海-西太平洋地区典型剖面的重-磁-震联合反演研究

重-磁-震联合反演是获取地壳结构的重要方法.此次研究,我们主要基于全球最新的水深、重磁异常、沉积物厚度等数据,结合实测地震数据和前人研究成果,分析了中国海-西太平洋地区的莫霍面展布特征,并利用重磁震联合反演方法获得了跨越中国海-西太平洋典型剖面的地壳结构和异常体分布,揭示了陆壳到洋壳的典型变化规律.结果表明,从浙江地区到马里亚纳俯冲带,地壳结构大致呈现由厚到薄、由老到新、由复杂到简单的特征.浙江地区（扬子块体和华夏块体）地壳结构复杂,三层结构明显,地壳内断裂带发育,并伴有广泛的岩浆侵入;东海地区莫霍面起伏剧烈,地壳厚度变化较大,冲绳海槽地壳明显减薄,是其过渡壳性质的体现;西菲律宾海盆、九州-帕劳海脊、帕里西维拉海盆、马里亚纳俯冲带等构造单元地壳结构相对简单,二层结构明显.其中,西菲律宾海盆和帕里西维拉海盆地壳内部磁异常变化较为剧烈,海盆扩张过程中形成的磁异常体分布广泛,地壳厚度（5~8 km）明显小于陆壳;九州-帕劳海脊地壳厚度可达~20 km,缺失中地壳,表现为岛弧地壳结构;同源的西马里亚纳岛弧和东马里亚纳火山弧地壳结构相似,浅层磁异常体分布广泛,西马里亚纳岛弧地壳厚度（~17 km）略小于东马里亚纳火山弧（~20 km）,体现了裂离的不对称性;马里亚纳海槽具有正常的洋壳结构（~7 km）,但扩张中心未发生明显破裂.对比各构造单元地壳结构的异同点,我们进一步认识到,陆壳与洋壳之间不是孤立的,陆壳可能会演化出洋壳的结构或组分,板块的演化总是处于动态循环过程中.此研究加深了我们对中国海-西太平洋深部构造特征的整体理解,促进了我们对大陆边缘演化与板块相互作用的认识,深化了我国管辖海域及邻近地区的基础地质调查.

     

中国东北地区剩余重磁异常特征与地质构造及成矿带的关系

在分析中国大陆宏观格架、全国布格重力异常和东北地区1:50万剩余重、磁力异常的基础上,结合东北地质及构造演化史,分析了东北剩余重磁异常特征,并探讨了剩余重磁异常特征与地质构造的关系.总结了与成矿有关的剩余重磁场特征,说明了剩余重磁异常可在刻画地质构造、断裂分布、地层分布及成矿带方面提供重要的参考信息.     

三维重磁交互解释及区域与局部异常的分离

探讨了三维重磁交互解释的方法技术,提出构制任意形状三维物体模型的用于计算机的橡皮膜技术．针对通常分离区域与局部异常所存在的问题,提出在异常交互解释过程中同时进行异常分离的方法,并提出相应的算法．最后介绍一个应用实例．