基于优选延拓的重力异常分离方法及其应用(英文)

本文在Pawlowski优选延拓思想的基础上,提出了在深源长波长信息和浅源短波长信息互不相关、延拓高度足够大的前提下,基于优选向上延拓算子的重力异常分离方法与步骤,通过分析理论模型重力异常分离算子的频率响应随不同延拓高度的变化规律,给出了估计最佳延拓高度的办法.利用本文方法对某铁矿区实际重力异常进行处理,有效地分离出了区域异常和局部异常,异常分离效果好.     

基于重力异常分离方法寻找深部隐伏铁矿 ——以安徽泥河铁矿为例

重力异常是地下不同规模、不同形态和不同埋深的不均匀地质体的综合响应,重力勘探主要通过从重力异常中提取感兴趣的局部异常,以便探测深部结构,寻找隐伏矿床.为探讨重力异常分离原则并检验方法效果,本文从各方法原理入手,加上模型试验以及在安徽省泥河矿区深部隐伏铁矿的探寻实践检验,阐明:趋势分析法是整体拟合不同于最小二乘圆滑的局部拟合,由于是多项式拟合区域场,趋势分析法不适宜范围大、地质情况复杂的测区;插值切割法以计算点场值与四点圆周平均值的插值运算为切割算子,通过连续切割,得到重力异常的切割区域场和局部场,插值切割法对于小测区单个异常的分离效果较好,切割次数选择1到2次即可;匹配滤波法通过分析实测异常功率谱曲线、选择合适的滤波段、建造适宜的低通和带通滤波器进行滤波,从而提取不同波数成分的异常场,匹配滤波更适合垂向叠加的异常分离;解析延拓是根据一个面上的一组位场数据确定另一个不同高度面上位场值,应用中要把握延拓高度;垂向二阶导数法可以起到突出浅源异常,区分水平叠加异常,确定异常体的边界,消除或削弱背景场的作用.通过安徽泥河铁矿重力异常分离实验,发现三阶趋势分析、向上延拓以及插值切割法能很好地分离出矿体异常和背景场,同时发现在泥河矿区东南部和东北部还存在剩余重力异常,可为泥河铁矿扩大规模提供新的线索.     

接收函数和重力联合反演中国东北地区高精度莫霍面和波速比分布及地质意义

本文通过接收函数和重力数据联合反演获取了中国东北地区高精度的莫霍面和平均地壳波速比模型,新的联合反演方法综合考虑了接收函数在纵向上和重力数据在横向上的优势,在某种程度上可以降低单一接收函数数据易受盆地沉积层、莫霍面倾斜、介质不均匀分布等因素的干扰.在接收函数数据的预处理中,通过远震接收函数波形重建方法构建规则化的虚拟台站,提升整体的空间分辨率.在重力数据的滤波中,分别对莫霍面上方的浅部区域和岩石圈以下的深部背景场采用速度结构导向和向上延拓的滤波手段.新获得的莫霍面分布显示,海拉尔盆地、二连盆地、三江盆地、渤海湾盆地的莫霍面深度略浅于周围地区,而大兴安岭、小兴安岭、张广才岭的莫霍面略深.与前人结果相比,本研究得到的精细莫霍面模型与地形起伏和盆地边界有更好的对应关系,且在南北重力梯度线两侧的差异更明显.松辽盆地东部的莫霍面相对较浅,且存在高波速比异常,可能是由于松辽盆地区域的横向拉张引起的地幔热物质侵入地壳引起的.长白山火山地区下方地壳存在高波速比,意味着该处可能存在由于地幔热物质上涌引起的地壳部分熔融.     

基于卫星重磁资料的南海深部构造研究

南海深部构造对研究南海构造演化和油气勘探具有重要意义.本文对南海地区的自由空气重力异常进行布格校正、海水层校正和沉积层校正,得到布格重力异常,再对布格重力异常进行区域异常和局部异常分离,利用位场界面反演方法对区域布格异常进行反演计算得到研究区域的莫霍面深度分布;采用全变倾角化极方法对研究区域的卫星磁异常数据进行化极处理,并进一步对化极磁异常作向上延拓,得到延拓后化极磁异常结果.分析布格重力异常、莫霍面深度及化极磁异常特征,结合天然地震层析成像的证据,得到以下结论：推测南海北部陆缘的古俯冲带位置是从118.5°E,24°N沿北东向延伸至109°E,15°N;红河断裂入海后经过莺歌海盆地在海南岛南部转为南北向与越东断裂相接并延伸至万安盆地;推测中特提斯洋的部分闭合位置是从110°E,2°N到101°E,21°N.     

南海及邻区莫霍面深度分布特征及其与各构造单元的关系

为了研究南海及邻区莫霍面分布特征及其与边缘海盆、海沟、岛弧、新生代沉积盆地的关系等构造单元的关系,本文通过对研究区的空间重力异常数据进行全布格改正,得到研究区内的布格重力异常,并以近年来的声纳浮标探测与海底地震仪探测剖面所得到的莫霍面深度资料为控制点采用三维带控制点界面反演方法得到了研究区的莫霍面深度图和地壳厚度图.本...     

黄海及邻区莫霍面起伏特征

针对地壳构造形成的动力学机制,在广泛收集区域地质、地质构造和地球物理等资料的基础上,着重对重力数据进行了数字化、坐标、重力公式、投影方式和比例尺的统一化处理,进而进行了网格化处理.为将区域异常和局部异常分离开来,以便以对深部构造的系统研究,笔者选取趋势分析法分别对研究区内预处理后的布格重力异常数据(Δg)进行了三维多项式迭代拟合计算,得到了区域布格重力异常二阶、五阶、十阶趋势分析结果.继而,利用二级近似公式迭代法对布格重力异常五阶趋势分析区域异常数据进行了三维运算处理,得到了黄海及周边地区的莫霍面埋深值.分析了黄海及邻区莫霍面起伏特征,并进行了深部构造区划,探讨了深部断裂构造与莫霍面起伏间的成因联系,为深部构造和活动断裂演化的地球动力学研究提供了依据.     

基于位场分离方法寻找梅山铁矿接替资源

在重力勘探中,重力异常分离的目的是消除干扰,有针对性地突出目标异常.为探讨各种分离方法的理论基础及使用效果,应用位场分离方法对理论模型产生的重力场进行分离并做误差分析.试验结果表明:趋势分析法和解析延拓法获得的区域异常场重力等值线呈长轴为南北向的椭圆状特征,局部异常在南北向呈"两低夹一高"的特征,与理论模型布格重力异常图有差别.经剖面线形态比较和误差分析,二阶趋势分析、向上延拓225 m分离出的局部场高值区基本与理论模型相符.插值切割法和匹配滤波法获得的异常场重力等值线仍呈同心圆状,与模型重力等值线形态吻合.当切割半径为4 m、切割2次时,其剖面线整体拟合效果好于解析延拓法,但中心点附近的曲线拟合效果较差,且切割次数增大时,易产生震荡效应.匹配滤波法的关键在于合理地选取功率谱曲线的中高、低频段,通过适宜的滤波器滤波以提取不同波数成分的异常场.为寻找梅山铁矿接替资源,对该区重力异常进行分离.实践表明:二阶趋势分析、向上延拓700 m、切割半径10 m切割一次、匹配滤波法的分离结果具有较好的一致性:萝卜山—刘家村带、梅山村南部、黄林库—吴家洼带、主矿区深部及东南部存在幅值较高的剩余重力异常,揭示了铁矿资源分布的一般特征,为寻找梅山铁矿接替资源指明了方向.     

约束等效源稳定向下延拓方法研究

在等效源向下延拓方法的理论基础上,研究提出加入观测平面以下空间实测数据作为约束的等效源约束向下延拓法,用于二维位场数据向下延拓.与传统的向下延拓方法和等效源法延拓相比,等效源约束向下延拓法抗噪声性强,能延拓出由于延拓深度过大而衰减至难以探测的高频信号,使延拓结果更接近真实值.理论重力模型数据的延拓结果显示该方法有效,延...     

航空重力测量数据的滤波与处理

我国首套航空重力测量系统(CHAGS)于2002年研制成功.本文设计了CHAGS观测数据的滤波处理流程,着重讨论了比力及各项改正的滤波计算方法,提出了'两步滤波法'.基于某航空重力测量实测数据,对测线重力异常的计算精度作了比较和分析,重复测线计算结果表明,CHAGS确定测线重力异常的内符合精度优于±3mGal,相应的波长分辨率为8km;与地面实测数据向上延拓数值比较表明,对于同样的波长分辨率,外部符合精度优于±4mGal.     

基于Lp范数正则化的V字型密度界面重力反演

V字型密度界面是一类常见的密度界面,如海沟、半地堑以及俯冲带之下的莫霍面,利用重力数据刻画此类密度界面形态对于区域构造研究、油气勘探以及物理海洋学等都具有重要意义.本文首先建立了L_p-范数形式的模型约束函数,并利用正则化原理将其与重力数据误差函数和已知深度约束函数结合形成V字型密度界面反演的目标函数,推导了目标函数的梯度表达式,并以非线性共轭梯度法为核心给出了反演流程.二维简单模型试算结果表明p=5时该方法能准确地刻画V字型密度界面起伏特征,且亦能准确地应用于二维复杂密度界面和三维界面的反演.最后将反演方法应用于挑战者深渊及邻区的实际资料处理之中,利用研究区海底地形数据和沉积层厚度数据对自由空间重力异常逐层剥离而得到莫霍面引起的重力异常,用本文方法对此重力异常进行反演,结果呈现了板块俯冲作用引起的V字型莫霍面起伏特征.     

Use of non-linear filtering for the regional–residual separation of potential field data

Regional–residual separation is essential in gravity and magnetic data interpretation and a variety of techniques have been proposed. Graphical determination of the regional allows geological information to be taken into account. Upward continuation can be used to obtain the regional field either empirically or using some hypothesis about the geology. In some cases, a matched filter can be designed and used to separate deep and shallow sources. Simple low pass filtering has also been used but without much success. Here we propose to use a non-linear filter approach to remove gravity and magnetic anomalies smaller than a given width. This technique attempts to mimic the graphical separation method. The results from synthetic models are presented as well as the results from a case study in eastern Canada and compared to regional gravity and magnetic anomalies obtained by other techniques. Contrary to the regional fields obtained by upward continuation, non-linear filtering does not have any physical meaning. However, its main advantage is that it gives a regional component of the gravity or magnetic field similar to the one obtained from a graphical separation.     

基于变密度模型的位场界面反演

在波数域中用重力反演莫霍面深度时通常假定壳幔密度差为一常数,但这只是一种近似的密度模型,本文采用了密度随深度呈指数变化的变密度模型来反演莫霍面深度,给出了利用指数密度模型在波数域中计算重力异常的正演公式及界面深度的反演公式.利用指数密度模型及重力资料反演了青藏高原莫霍面的深度,分析了莫霍面的特征.结果表明,青藏高原莫霍面呈现出边缘浅、中部深的特点,边缘变化快、梯度大,中间变化梯度趋缓.中心地带的羌塘地体莫霍面深度达74 km,向四周慢慢变浅至67 km左右,边缘地区突然变浅至50km左右.通过常密度模型、变密度模型及地震反演得到的莫霍面的比较,证实变密度模型更适合于莫霍面结构的反演.     

重力异常分离的小波域优化位变滤波方法

在重力异常分离中,频率域滤波分离方法是以全局数据频谱特征设计针对性的滤波器实现的.滤波器参数与空间位置无关,因此无法针对局部数据频谱特征动态调整滤波器参数.针对该局限性,在小波域滤波理论和优化滤波方法的基础上,本文研究提出了小波域优化位变滤波法,该方法具有空间变化滤波能力,在不同空间位置实现不同的滤波器特性,从而能实现局部数据频谱与全局数据频谱存在较大差异的重力异常分离问题.理论模型数据分离实验结果表明,在局部数据频谱与全局数据频谱差异较大的情况下,该方法相对于Butterworth滤波和优化滤波等方法具有优势.最后,用一个实例进行检验计算,体现了所提方法技术的效果和应用前景.     

视密度反演在东海及邻区重力异常解释中的应用

简要介绍了基于位场分离的视密度反演法的原理,并利用该技术对东海的重力异常进行处理并进行了区域地质解释应用.视密度反演的方法在对研究区内的区域性大断裂如郯庐断裂、江绍断裂以及东引—海礁隐伏断裂有很好的分辨能力.不同深度的视密度切片信息能够帮助我们了解这些大断裂的发育深度和规模.在沟弧盆等地形以及构造复杂地区利用视密度反演法研究深部地质构造,可以揭示不同深度上补偿质量分布情况,从而推测莫霍面的起伏情况.     

基于抛物线密度模型的频率域三维界面反演及其在川滇地区的应用

密度界面反演作为了解地球内部结构的一种重要方法,长期以来都是重力学研究的主要内容.本文结合抛物线密度模型及频率域算法的优点,将抛物线密度函数应用于Parker-Oldenburg算法,经过理论推导得到了抛物线密度模型的频率域公式,从而建立了基于抛物线密度模型的三维密度界面重力异常正反演的算法和流程.理论模型数据试验表明本方法快速、有效,适用于大多数浅部比深部增加更快的实际地壳密度.研究中还利用该方法对川滇地区重力异常进行了反演,获得了该区的莫霍面深度分布,并与接收函数研究结果进行对比分析,进一步验证了本文方法的正确性和有效性.     

3D inversion of gravity data by separation of sources and the method of local corrections: Kolarovo gravity high case study

We present a novel methodology for 3D gravity/magnetic data inversion. It combines two algorithms for preliminary separation of sources and an original approach to 3D inverse problem solution. The first algorithm is designed to separate sources in depth and to remove the shallow ones. It is based on subsequent upward and downward data continuation. For separation in the lateral sense, we approximate the given observed data by the field of several 3D line segments. For potential field data inversion we apply a new method of local corrections. The method is efficient and does not require trial-and-error forward modeling. It allows retrieving unknown 3D geometry of anomalous objects in terms of restricted bodies of arbitrary shape and contact surfaces. For restricted objects, we apply new integral equations of gravity and magnetic inverse problems. All steps of our methodology are demonstrated on the Kolarovo gravity anomaly in the Danube Basin of Slovakia.     

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...     

The gravity and isostatic Moho in North China Craton and their implications to seismicity

The Bouguer gravity is the combination of field sources in different depths. Based on the multi-scale analysis of the Bouguer gravity, we can get the gravity anomaly caused by the Moho undulation. This study presents the various orders of approximation of gravity anomaly in North China Craton (NCC), the possible source depths with radial logarithmic power spectrum, and the relationship between the deep structure and gravity anomaly. Furthermore, we discuss the isostatic compensation about the Moho depth from gravity and deep seismic sounding profiles (DSS). The results show that: (1) the fourth approximation could have resulted from the Moho undulation, (2) in contrast to the isostatic Moho, the inverted gravity Moho and the DSS Moho show that most of NCC has been isostatically compensated, and (3) the isostatic compensation rate has some close relation to the seismicity.     

补偿向下延拓方法研究及应用

位场向下延拓是重、磁处理和解释的常用方法,但其不稳定性限制了其在资料处理及反演中的应用.本文基于补偿圆滑滤波思想以及空间域向下延拓迭代法,通过逐次补偿的办法实现位场的稳定向下延拓.同时,在频率域空间给出了该下延方法的频率域响应因子,并讨论了其低通滤波特性,理论模型和实际位场资料试验表明该方法向下延拓稳定性具有较高的延拓精度.将其应用于重力密度界面反演中,改进反演的稳定性,实际莫霍界面反演表明下延因子具备实用性.