重磁三维自动反演软件系统的分析与设计

由于三维反演计算非常耗时,导致目前的重磁三维自动反演系统的工作方式效率低。为了改善工作效率和提高反演结果的质量,提出实时可视化自动反演方式,设计并开发了一个重磁三维实时可视化反演系统。该系统在三维反演计算的过程中,将中间反演结果同时进行成图可视化,使得工作人员能及时分析和评价中间反演结果并能修改参数,以此来介入和引导复杂的反演过程,快速有效地得到比较理想的反演结果。该系统具有实时性、交互性和引导性特点。对该系统进行了分析和设计,并给出了其中的关键技术与设计方案。     

重磁2.5D/3D互相约束反演技术在三维地质填图中的应用研究

三维地质填图为我国启动的新一轮地质调查项目,为提高重磁资料在三维地质填图中的应用效果,笔者提出重磁资料2.5D/3D相互约束重磁反演技术方案:利用重磁资料2.5D剖面反演结果、3D物性反演结果作为彼此反演约束条件,并通过了理论模型试验。试验结果表明,该技术方案使反演结果中物性参数、空间位置更接近理论模型体。通过对本溪—临江地区思山岭铁矿磁异常及酸性岩体重力异常进行反演实践——估算磁异常铁矿资源量、研究酸性侵入岩深部展布形态的效果良好,可为大面积三维填图提供有效途径。     

磁异常化极效果的研究

在磁法数据的三维反演中,异常解释的磁异常化极法在实际运用中得到了广泛的应用。但是,化极后是否可以提高磁异常的准确性还有待研究。运用对化极后的磁异常数据进行三维反演的方法,对局部磁异常进行磁法反演;反演的结果与未进行化极的磁异常数据的三维反演结果进行对比,表明化极后的反演结果更接近异常体模型;同时运用三维可视化技术,建立3D地球物理模型。     

重磁软件架构设计及实现方案研究

近年来重磁方法软件的发展正追随地质解释的需求不断与时俱进,逐步向三维可视化定量综合解释发展,目前国内重磁方法软件的研发亟待进一步提高。笔者针对国内重磁方法软件研发在数据管理、三维可视化、定量表达和软件开发技术等方面存在的问题,采用面向对象的思想设计了基于分层体系的组件+插件的系统架构,并对重磁方法软件的数据组织管理、三维可视化、定量表达、综合解释等功能的技术难点进行研究,设计系统各功能体系的实现方案,开发了重磁数据处理及反演软件。软件能够实现插件功能动态加载,并将重磁数据处理及反演结果与多学科信息结合,实现了地球物理多元数据三维集成分析及综合解释。同时,系统有多种标准化的组件接口、规范的插件模块,具备跨语言混合编程能力,兼具稳定性、灵活性、可重用性和可扩展性,在架构设计和实现方面为重磁方法软件的开发研究提供了思路及方案。     

重磁异常数据三维人机联作模拟

在研究三角形多面体模型重、磁异常三维正演和反演技术的基础上,吸取人机交互正演模拟的优点,实现了三角形多面体模型重、磁异常数据三维人机联作反演。通过研究三角形多面体模型节点偏导数的计算方法,对目标函数进行线性化处理,形成了计算机自动迭代修改模型体的技术。利用计算机图形技术,在三维空间显示重、磁场和模型体,开发了模型的交互修改技术,使数据解释过程中,可以结合已知信息及人的推断和经验,完成重、磁异常数据的三维模拟,减少了数据解释结果的不确定性。     

长江中下游成矿带岩浆岩体三维空间结构:来自重磁三维反演的证据

长江中下游成矿带是我国重要的铁铜多金属矿产资源基地,燕山期中酸性岩浆岩对铜、铁、金等各种内生金属矿床的形成起着举足轻重的作用,识别和厘定岩浆岩体特别是隐伏岩体的三维分布形态对成矿动力学研究和深部找矿预测工作都有着重要意义。我们采用重磁三维物性反演技术,获得长江中下游成矿带磁化率和密度差三维模型,根据物性与岩性对应关系,识别和分析了区内岩浆岩体三维空间结构。推测了区内存在5个主要的岩浆活动中心,探讨了岩浆流动形式与轨迹。根据重磁三维反演反映的长江中下游岩浆岩三维分布特征,结合区域莫霍面、均衡重力异常和重磁多尺度边缘检测结果,以及区域成矿背景,预测了5个找矿远景区。结果表明,重磁三维反演技术是一种行之有效的岩浆岩体识别手段,通过对反演所得磁化率、密度分布情况的分析,可识别、圈定隐伏或半隐伏岩体,并可定量获取岩体三维形态特征,从而为寻找与火山岩、侵入岩体有关的金属矿产提供指示信息。     

危机矿山重磁资料精细处理与解释:以湖北省大冶铁矿为例

针对湖北大冶矿区复杂的地质问题, 基于高精度重磁实测数据, 采用三维重磁数据概率分析和物性反演技术, 实现了大冶矿区重磁资料的精细化处理与解释, 为大冶危机矿山深部及外围找矿提供了重要的参考.在无约束条件下对高磁异常源进行了三维概率成像反演, 并结合地质先验信息完成了矿区航磁异常的带地形人机交互三维反演, 预测了矿区沉积岩类与闪长岩体接触带的空间延展形态, 定量反演了矿区的三维物性特征, 反演结果显示在矿区深部(1000m以下) 及接触带弯折部位为有利的找矿区域, 目前通过实钻已得到证实.      

三维重力资料反演

我们介绍两种三维空间密度分布重力资料反演方法。在第一种方法中，我们根据重、磁间的泊松关系将重力资料转换成伪磁力资料并用三维磁法反演算法进行反演；在第二种方法中，我们研制了直接反演方法，由重力资料直接反演出密度分布的极小结构模型。在以上两种方法，三维地质体由大量长方体元密度分布构成，每一体元中密度值为常数。     

位场广义线性综合反演系统的建立

以BG理论为基础,首先在重磁异常线性反演中将该理论与吉洪诺夫正则化方法相结合求解地下密度源(或磁源)分布及质心(或磁质心)位置;在重磁非线性反演中结合应用正则化方法和马奎特思想给出一种确定地下密度(或磁性)界面的稳定迭代算法:正则—马奎特法其次研究一种综合多和磁两种异常联合反演既是磁界面也是密度界面的方法。最后,以判断重磁异常是否同源的对应分析为先导,将上述方法综合于一起建立了重磁异常广义线性人机交互式综合反演系统。实际地区的应用已取得较好效果。     

重磁反演约束条件及三维物性反演技术策略

重磁资料反演与其他地球物理反演一样也存在严重的多解性,要想得到好的结果,必须附加约束条件,而且尽可能是各种约束的组合。三维反演中多解性更加严重,同时与约束的结合又更加艰难。非线性的广义随机算法使反演求解过程稳定,约束条件容易结合,但计算速度和维数困难同样制约其发挥作用,采取针对性措施后,使三维反演进入实用化阶段。     

利用Radon变换进行三度体重磁异常反演

从Ｒａｄｏｎ变换角度分析解释了重磁三度体异常和二度体异常之间的等价关系，提出了利用Ｒａｄｏｎ正变换将三度体异常转化为二度体异常，对二度体异常做一维反演，然后将反演结果通过反Ｒａｄｏｎ变换实现三维场源图象重建的思想，并付诸实施，在微机上通过模型检验，证明该方法实用、可行。     

重磁异常的人机联作校正－迭代反演

本文提出了三度体重磁异常的人机联作校正－迭代反演方法。该方法用二度半组合多边形棱柱体来逼近三度体，从而把三度体重磁异常反演问题转化为二度半体的反演问题；为了消除组合体迭加场的影响，该方法采用了一种校正－迭代技术。理论模型反演计算表明，该方法实际可行。     

重磁异常的人机联作校正－迭代反演

本文提出了三度体重磁异常的人机联作校正－迭代反演方法。该方法用二度半组合多边形棱柱体来逼近三度体，从而把三度体重磁异常反演问题转化为二度半体的反演问题；为了消除组合体迭加场的影响，该方法采用了一种校正－迭代技术。理论模型反演计算表明，该方法实际可行。     

Gravity and magnetic 3D inversion of Morro do Engenho complex, Central Brazil

In the Goiás Alkaline Province, in central Brazil, some mafic–ultramafic alkaline bodies crop out, such as Morro do Engenho Complex (ME), whereas other intrusive bodies are completely covered by Quaternary sediments, such as A2 body, and can only be defined by their magnetic and gravity responses. The bodies give rise to strong gravity and magnetic anomalies. We inverted the gravity and magnetic data to estimate 3D density and magnetic intensity contrasts. The gravity inversion reveals that ME and A2 intrusions, totally emplaced in the upper crust, have maximum depths of about 10 and 6 km, respectively. The estimated density contrast distribution indicates a NE–SW preferential direction for ME intrusive body. Since the remnant magnetization is very important in the area, we inverted the magnetic data, testing two hypotheses: only induced field and induced plus remnant magnetizations. The results of the inversion using only induced field could not explain the observed magnetic field, which was about 1000 nT larger than the calculated one. Induced plus remnant field inferred from wandering polar path fitted the observations. 3D magnetic inversions when remnant magnetization was included recover deeper and thinner bodies compared with gravity inversion. The inverted bodies have spherical shapes which are more consistent with the model of magmatic chambers instead of plug intrusions.     

基于GPU的任意三维复杂形体重磁异常快速计算

提出了基于图形处理单元的任意三维复杂形体的重磁异常快速正演计算方法。将地下半空间剖分为大小相等规则排列的一组长方体单元,任意三维复杂形体可以表示成很多不同体积和密度(磁性)的长方体的近似组合。用解析方法计算出所有这些长方体在计算点的重力(磁力)异常,并累加求和,就可以得到整个模型体在计算点引起的重(磁)异常值。为了提高近似程度,需将地下半空间剖分得很细,用传统的CPU串行程序计算相当耗时。GPU在处理能力和存储器带宽上相对CPU有明显优势,采用GPU并行算法,可大大提高计算速度。相关试验结果表明,用GPU实现的正演快速算法计算结果正确,效率明显提高,为重磁异常三维物性反演提供了基础。     

双石垒子航磁异常查证中的重磁电综合解释

以航磁异常为基本线索,分析了卫宁北山多金属矿床（点）、矿化带与磁异常的关系。利用电磁测深和重、磁2.5D联对反演对双石垒子航磁异常进行了综合解释,发现引起双石垒子磁异常源体密度与本区域分布的中酸性岩体密度值一致,证实了磁异常为中酸性岩体所致。结合区域地质背景条件和卫宁北山地表矿化及化探异常分布特征,推测本区断裂构造、岩浆岩与金、铜金、银铅多金属矿化之间的依存关系。同时,表明可能存在的隐伏中酸性岩体可能就是本区多金属成矿的源和中心,也是深部多金属成矿最核心的控制因素,从而为卫宁北山多金属矿勘查寻找提供了基本线索。     

钟姑地区典型矿床的重磁找矿模式

钟姑地区位于宁芜中生代火山岩盆地南段,已发现有白象山铁矿等多个大型铁矿,是长江中下游成矿带以玢岩型铁矿为主的矿集区。本文以钟姑地区实测岩石物性参数为桥梁,以实测重磁数据为基础,分析了该区白象山铁矿、钟九铁矿和云楼铁矿的重磁场分布特征,并根据典型矿区已知地质条件,运用成熟的2.5D重磁联合反演技术进行计算,从定量角度认识铁矿体深部发育形态、位置与重磁异常之间对应关系,建立钟姑地区白象山铁矿等典型矿床的重磁找矿模式,为该区进一步找矿突破提供地球物理场信息。     

重磁数据处理系统设计

作者在文中采用Windows开发平台的面向对象程序设计语言Visual C^ ，设计开发了可视化和高度集成化的重套数据处理系统，系统包括预处理，小波分析，频谱分析，正演，反演，输入，输出，图形显示，帮助等九个模块，系统能够充分利用用户微机资源，特别是不受内存的限制，适用于重磁处理大面积，高密度数据的需要，系统提供给用户良好的图形用户界面和友好的应用环境，方便用户操作，使用；同时系统具有良好的可移植性和兼容性能，不受操作系统的限制，实例说明系统具有实用性强，快速，高效，高精度等特点。     

西藏朗县秀沟铬铁矿高精度重磁勘探效果

2010年笔者完成了西藏朗县秀沟工区1∶5 000高精度重磁勘探,重力测量总精度达0.069 4 mGal。根据岩矿石物性特征建立了铬铁矿地球物理模型与找矿标志。局部重力高异常0.1～0.6 mGal、宽度几十米至一二百米,并且磁异常中等强度、反向磁化的重磁异常组合特征是识别铬铁矿的标志;局部重力高异常带与环状镶边的正磁异常带的组合特征是识别超基性岩带的标志。运用小波分析提取铬铁矿与超基性岩体局部重磁异常,倾斜角(tilt-angle)法识别岩体边界,Paker法密度填图及2.5D交互反演推断了蛇纹石化橄榄岩的范围及14个铬铁矿与矿化体的重磁远景异常,其中6个远景异常已经得到证实。指出在西藏进行铬铁矿勘探,不仅要求野外施工精度高,而且要求室内处理解释工作精细,应充分运用各种数据处理的新方法技术,才能够获得良好的地质效果。