重磁场联合反演技术在庐纵盆地基底构造解释中的应用
基于重磁联合反演的宁芜盆地钟姑矿田深部地质结构解析及成矿预测
Ｘｉｎｚｈｉ ｅｔ ａ１．，２００９）。从理 论上 来 说 地球 内部 的 找 矿空 间分 布在 地 表 至 地 下 １０ ｋｍ，因此 深 部 找 矿 具 有 很 大 的 潜 力 （Ｌｎ Ｇｕｘｉａｎ ｅｔ ａ１．，２００４）。在 安 徽 省 铜 陵市冬 瓜 山 １ ｋｍ 以下 发 现 的大 型 铜矿 证 实 了深 部 勘 探 开 发 的 巨 大 潜 力 （Ｌｔｉ Ｑｉｎｇｔｉａｎ ｅｔ ａ１．， ２００７）。 目前 ，我 国大 多数矿 山开采深 度 小于 ５００ｍ， 预计 未来 十年 内 ，我 国 三 分之 一 的矿 山开 采 深 度将 达到 或超 过 １０００ｍ。基 于此 ，很 多学 者提 出了“第 二 找矿 空 间”的概念 （Ｔｅｎｇ Ｊｉｗｅｎ ｅｔ ａ１．，２００７）。然 而 受 限于技 术条 件 和资 金 等 问题 ，寻 找 深 部 矿 一 直 很 难有 较大 的 突破 ，而 其 首要 条 件 是 获 取 研 究 区 的 深 部地 质结 构构 造等 信息 。随着 “第二 找矿 空 间”工 作 的深入 进 展 ，地 球 物 理探 测 方 法 技 术 越 来越 成 为深 部 地质 找 矿不 可或 缺 的重 要 手段 之一 ，其 中使 用 最 广 、技术 最 成熟 的就 是 重 磁技 术 。磁 法 在 圈定 隐伏 岩体及 扩 大 已知岩 体 的范 围有着 重要 的意 义 ，重力 在 圈定 隐伏 构造 方 面也 有着 独特 的作 用 。 已有 研究
关 键 词 ：钟 姑 矿 田 ；深 部 地 质 构 造 ；重 磁 ；控 矿 地 质 要 素 ；靶 区
近年 来 ，随着 找 矿 工 作 的 不 断 深入 ，地 表矿 、浅 部矿 和易 识别 矿越 来 越 少 ，因此 找 矿 的工 作 也 转 向 寻 找隐 伏 矿 、深 部 矿 和 难 识 别 矿 （Ｐｅｎ Ｓｈｅｎｌｉｎ ｅｔ
合肥盆地中郯庐断裂带西支乌云山-合肥断裂最新活动特征
地 震 地 质
ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＧＥＯＬＯＧＹ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４９６７．２０２０．０１．００４
Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．，２０２０
合肥盆地中郯庐断裂带西支 乌 云 山 －合 肥 断 裂 最 新 活 动 特 征
郑颖平１） 杨晓平２） 疏 鹏 １，２） 路 硕１） 方良好１） 石金虎３） 黄雄南２） 刘春茹２）
１）安 徽 省 地 震 局 ，合 肥 ２３００３１ ２）中 国 地 震 局 地 质 研 究 所 ，活 动 构 造 与 火 山 重 点 实 验 室 ，北 京 １０００２９ ３）中 国 地 震 局 地 球 物 理 勘 探 中 心 ，郑 州 ４５０００２
摘 要 前人对于郯庐断裂带安徽段出露部分的活动性开展了不 同 程 度 的 研 究，并 获 得 了 丰 富 的
文中研究证实了郯庐断裂带穿切合肥盆地，且第四 纪 以 来 仍 有 活 动，所 得 成 果 充 实 了 对 郯 庐 断 裂 带
安徽段总体活动的认识。
关键词 郯庐断裂带 隐伏断层 钻探联合地质剖面探测 最新活动 合肥盆地
中 图 分 类 号 ：Ｐ３１５２
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：０２５３－４９６７（２０２０）０１－００５０－１５
０ 引言
郯庐断裂带是中国东部最大的走滑断裂系，自 ２０世纪 ６０年代通 过航磁 发现 其存在 以来， 受到了国内外学者的广泛关注，并对其形成、演化过程进行 了大 量的研究 （Ｘｕｅｔａｌ．，１９８７；徐 嘉 炜等，１９９２，１９９５；Ｙｉｎｅｔａｌ．，１９９３；Ｇｉｌｄｅｒｅｔａｌ．，１９９９；朱光等，２００５）。郯庐断裂带还是中国 主要的地震构造带，其地震活动分段特征明显，大地震多集中在潍坊—嘉山段和渤海 段，如在 渤海段曾发生 １５９７年和 １５４８年 Ｍ７地震、１９７５年 Ｍ７３地震和 １９６９年 Ｍ７４地震等，潍坊— 嘉山段发生过 ７０ＢＣ安丘 Ｍ７地震和 １６６８年郯城 Ｍ８ 地震等，因 此关于郯 庐断裂 活动 构造的 研 究多集中于这 ２段（方仲景等，１９８７；李家灵等，１９９４；施炜等，２００３）。随着研究的深入，不 同学者对郯庐断裂分布在山东及苏北境内的中段，即 昌 邑 －大 店 断 裂 （Ｆ１）、白 芬 子 －浮 来 山 断 裂（Ｆ２）、沂水 －汤头断裂（Ｆ３）、? －葛沟断 裂 （Ｆ４）和 安 丘 －莒 县 断 裂 （Ｆ５）等 ５条 近 平 行 的 断
综合地球物理联合反演综述_杨辉
第17卷 第2期 地 球 物 理 学 进 展 V ol.17 N o.2 2002年6月(262～271) PROG RESS I N GE OPHY SICS June 2002综合地球物理联合反演综述杨 辉1 戴世坤1 宋海斌2 黄临平1(1.石油大学,北京102200;2.中国科学院地质与地球物理研究所,北京100101)[摘 要] 阐述了综合地球物理研究的必要性、方法学及研究思路,指出联合反演是综合地球物理重要的定量解释工具,通过回顾联合反演的研究现状与进展,指出联合反演的发展方向.[关键词] 综合地球物理;联合反演;综述[中图分类号] P631 [文献标识码] A [文章编号] 100422903(2002)022*******0 引 言“没有盆地,就没有石油”.以盆地为主要研究对象的油气勘探正向着新地区、新领域、新类型和新深度进军.虽然石油地球物理勘探方法已随着计算机科学技术的迅猛发展有了长足的进展,但是我们现在所面对的勘探目标要比以前复杂的多,难度大的多.主要表现在以下四个方面:(1)复杂地表条件.如黄土塬、沙漠、戈壁、冻土、沼泽、山地、碳酸盐岩裸露区、火山岩覆盖区等,这些地表地质条件使得难以得到高讯噪比的资料,甚至得不到有效反射信号或其能量很弱;(2)复杂地下构造.如断块、岩性、风化壳、盐下构造、火成岩等特殊油气储集体等;(3)上述两种情况的复合.即不仅地表地质条件复杂,而且地下构造也复杂,如山前高陡构造等;(4)大深度基底结构研究.如大深度基底埋深、起伏、断裂、岩性及基底内幕的研究.面对这样复杂的勘探目标,单凭一种方法就表现出了某种局限性,必须以其他方法作必要的补充.非地震方法虽然精度和分辨率不如地震方法,但它们有各自的特点,由于任一种地球物理方法所利用和反映的只是其一个侧面,实难以偏概全.综合各种地球物理方法,从不同角度来研究同一对象就较全面地接近于实际,将其综合解释不仅有可能解决上述问题,而且还可对地下构造有更全面的认识.另外,市场经济要求“最小的投入,最大的回报”因此,近年来十分重视综合地球物理方法的研究.1 综合地球物理的方法学每一种地球物理勘探方法都有它的特长和局限性,如重磁方法横向分辨率较高,而电磁勘探是介于地震和重、磁勘探方法之间的一种勘探方法.它比重、磁方法有较好的垂向分辨和分层能力,但是,由于电磁场强度随深度呈指数规律衰减的特点,其分辨能力也随着深度按指数规律减小,所以它与地震方法相比,其垂向分辩率与分层能力要低.但是,其频谱范围丰富的大地电磁场其穿透能力可达地下几十千米甚至上百千米,并且该方法具有不受高阻屏蔽且对低阻层反映灵敏等特点,使得它在研究深部构造、基底结构、火成岩分布等方面具有独特的优势,成为地震勘探方法的一种重要补充.[收稿日期] 2001212226; [修回日期] 2002202221.[基金来源] 石油大学(北京)物探重点实验室资助项目.[作者简介] 杨辉,男,1961年生,2000年获同济大学理学博士学位,高级工程师,现为石油大学(北京)博士后.研究方向:综合地球物理方法.(Email:yanghui2phd@)石油地球物理勘探发展的一个重要方向,就是开展综合地球物理研究.地球物理反演问题的多解性、单一地球物理方法解决地质问题的局限性,以及地质、地球物理条件的复杂多样性,都决定了油气物探必须在先进的地质理论指导下走综合物探之路[1].只有这样,才能充分发挥各种地球物理方法的优势和特长,高效率、高效益地评价含油气沉积盆地,加快石油勘探步伐.刘光鼎根据长期的综合地球物理勘探工作,在20世纪70年代末,总结出了“一、二、三、多”的综合地球物理解释原则[2—6],即:1.一种指导:以活动论构造历史观为指导,对具体盆地作具体分析,努力认识其演化,求得盆地形成时空分布规律性.2.二个环节:地球物理场是地球内部物理性质的综合反映,具有丰富的地球内部的信息.但要充分认识这些信息,首先必须紧紧抓住岩石物性这一重要环节,因为它是联系地质与地球物理之间的纽带;其次一个重要环节是物理模型,因为它是地球物理资料由定性解释向定量解释过渡的关键.3.三项结合:为了深化地质认识,在解决任何问题的全过程中都必须努力使各种地球物理资料与地质资料相结合,使定性解释与定量解释相结合,使正演问题与反演问题相结合,因为这是一个特定系统工程的不同层次.4.多次反馈:在地球物理这个系统工程中,必须依靠各种反馈信息进行修正和完善,减小多解性,取得比较全面的认识.该原则是我们进行综合地球物理研究的方法学,对进行综合地球物理研究有十分重要的指导意义.2 综合地球物理重要的定量解释工具—联合反演地球物理响应是由地下介质的物理特性差异激发的,虽然各种地球物理响应互不相同,但由这些响应推断的地下介质是相同的.因此,由同一地下介质激发的地球物理数据推断该图1 地质—地球物理综合解释研究思路Fig.1 Research flowing chart of integrated geologic and geophysical interpretation地下介质的特性,如埋深、厚度、速度、密度、电性等,都应相互一致.所谓联合反演就是在地球物理反演时联合应用多种地球物理观测数据,通过地质体的岩石物性和几何参数之间的・362・2期 杨辉,等:综合地球物理联合反演综述 相互关系求得同一个地下地质、地球物理模型.由于我们要推测的地球模型只有一个,它必须和地表观测到所有物理现象保持一致.因此,联合反演是地球物理数据分析的理想工具[6].联合反演的基本条件是参加反演的方法一定有公共的物性界面或地质体.联合反演分为[7]:同步反演、顺序反演、剥离法反演、伸展法反演.其总体研究思路如图1.3 联合反演的研究历程与现状联合反演包括两层意义:第一,基于相同物性地球物理观测数据之间的联合反演,如反射地震的旅行时和振幅联合反演,地面地震和垂直地震剖面(VSP )资料的联合反演,纵波和横波资料的联合反演;不同电法或电磁法所取得的观测数据的联合反演,大地电磁测深(MT )和瞬变电磁法(TE M )联合反演,MT 和垂向电测深法(DC )资料联合反演,MT 和可控源音频大地电磁测深(CS AMT )资料联合反演等.这种联合反演有天然的合理性,因为它们均基于相同的岩石物性差异,物理基础相同,观测场之间必然存在着相关性,这种联合反演已有大量的成功实例.第二,基于不同岩石物性的地球物理观测数据之间的联合反演,如地震和重力,地震和MT ,重力和MT 等.这种联合的基础是不同物性之间存在着相关的内在联系,在沉积岩地区,这种假定是合理的,因为岩石的沉积环境相同,它们的物性参数之间必然存在一定的内在联系.如纵波速度和密度之间存在明确、稳定的定量关系,可以用G ardner 公式或其它经验公式进行换算.在一定地质条件下,电阻率和速度之间可以用Faust 公式换算.由相关的物性参数必然会诱发相关的物理异常,这是利用多种地球物理信息进行联合反演的地球物理基础.这种联合反演法,是地球物理资料反演的必然趋势和最佳选择,因此引起了众多地球物理学家的高度重视[8].3.1 联合反演方法的发展历程20世纪70年代中期,澳大利亚的V ozoff 和Jupp 和[9]开创了联合反演的先河,用迭代二阶马奎特阻尼最小二乘法实现了一维直流电测深(DC )和大地电磁测深(MT )资料的联合反演.解决了层状介质中的各向异性问题.他们详尽地描述了修改的广义逆算法,还叙述了如何利用阻尼因子特征参数以及误差范围来分析反演结果的可靠程度.由于MT 和DC 均基于岩石的电性差异,物理基础相同,其共同参数为电阻率和层厚度.两种方法的互补性使反演不仅改进了电性参数的分辩率,而且减小了单一资料反演方法的多解性.进入80年代,联合反演得到了迅速发展;S ovino 等[10]利用地震P 波走时和重力资料联合反演,研究华盛顿东部地区地壳上地幔密度、速度结构.由于速度和密度这两种物性间存在着相关的内在联系,故文中以此作为其约束条件,取得了一定的效果.G olizdra [11]在对模型参数化的基础上将反演的参数化分为S (Separate ),U (Unified )和M (Mixed )三类模型,在S (独立)类模型中,没有假设密度和速度差界面的匹配关系.而且,密度差和速度界面是独立的.在U (综合)类模型中,假设密度和速度的匹配关系以及共同的密度、速度界面,Savino 等使用了这类模型.M (混合)类模型为S 和U 的混合,并且在密度和速度模型之间,假定存在着某种关系.为了减小重、磁异常反演的多解性问题,在重、磁异常由同一场源引起的情况下,Menichetti 等[12]研究了使用广义反演方法来实现二点五维重、磁联合反演,反演参数为异常体多边形的角点坐标及每一矿体的密度差及磁化率,结果说明这种类型的反演使用广义反・462・ 地 球 物 理 学 进 展 17卷演算法是合理的,并且说明了方法的实用性.G omez 2T revino 等[13]利用电磁(E M )和直流电阻率法来联合反演一维模型情况下的电阻率和地层厚度,效果明显.王一新等[14]利用地震构造图和层速度资料构成重力模型,计算其重力效应并与实测重力值对比,以检验地震构造图的准确性或配合层速度资料研究地下岩性变化.M ottl 等[15]使用非线性规化方法实现了二维重、磁联合反演,取得了一定的效果.杨文采等[16]在地层近似水平的假设条件下,利用阻尼最小二乘法对均方根速度和反射波走时联合反演速度分析道上地层的层速度和反射面的深度.通过数值计算的例子说明联合反演算法的稳定性,实际例子效果良好.Chavez 等[17]在假设重、磁观测数据的响应为同一场源所引起的前提下,通过一个参数比值建立了密度差和磁化强度的关系,使用线性规划方法实现了二维重磁联合反演.通过这个比值参数可推断异常体的岩石类型.Lines 等[18,19]使用地面地震数据、声波测井,地面重力及井中重力等资料研究了地震、重力同步反演及顺序反演方法,在反演过程中,充分利用了已有的地面地震、井下声波测井、VSP 数据、地面及井下重力数据等资料,从而大大缩小了模型的选择范围,减小了反问题的多解性,强化了解释过程.通过研究得出了如下结论:完全自动联合反演是非常困难的,也是不需要的,由于顺序反演不要求给出地震、重力贡献明显的先验权系数,因此,顺序反演更容易控制,由于这种原因,同时反演所有数据时,优先选用顺序反演.Sasaki [20]研究了二维大地电磁测深(MT )和偶极—偶极电阻率数据的联合反演,二维正演程序均使用了有限元法,将地下划分为大量的矩形网格,且每个网格内电阻率相同,使用约束圆滑最小二乘法与G ram 2Schmidt 方法联合运用,从而使解稳定,并且避免了不合逻辑的电阻率特征,理论和实际资料表明联合反演优于单种数据的反演.胡建德[21]研究了瞬变电磁测深和直流电磁测深资料的联合反演,众所周知,直流电测深对良导层和高导层都反映灵敏,但对薄层出现的多解性又使问题变的复杂化,瞬变电磁测深对良导层反映灵敏,对高阻层却不灵感.这两种方法的联合反演能扬长避短,消除单一方法中存在的某些缺陷,增加重要参数的个数.到上世纪90年代,随着计算机技术的发展,联合反演得到了广泛的应用;D obroka 等[22]对垂直地震剖面(VSP )走时数据、电法数据,采用基于最大频率值(MFV )的加权最小二乘算法进行联合反演,与阻尼最小二乘算法相比,该算法具有估计误差小以及初始模型选择对结果影响较小两个特点.用联合反演方法求取煤层的厚度、电阻率及速度等物性参数.研究结果认为,与单独一种资料的反演相比,基于MFV 算法的联合反演算法稳定、结果可靠.Ras 2mussen 等[23]用瞬变电磁测深和重力数据联合反演确定盆地的深度,取得了一定的效果.王西文等[24]利用相对准确的地震勘探结果作为分离重力场的先验信息,然后用分离后的剩余场来反演地震反射不详段界面(剥离法反演),得出了这种重力、地震联合反演的方法有可能比任何一种单一方法的效果都好的结论.Sun 等[25]提出了一个在层析成像反演中多个目标函数的极小化过程,该过程在层析成像反演中是十分有用的,特别是同时做几种类型数据模拟,该过程将分级的优化问题转成为等效约束优化的问题,从而使问题简单化.Z eyen 和P ous [26]在具有先验信息的基础上,如密度、磁化率、剩余磁化强度等,对重、磁场的联合反演问题进行了研究,而张贵宾等人[27]以BG 理论为基础,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.在此基础上,研究了一种综合重、磁异常联合反演既是磁界面也・562・2期 杨辉,等:综合地球物理联合反演综述 是密度界面的方法,并由此建立了重、磁广义线性综合反演系统.Alekseev 等[28]定量描述了联合反演问题的解及其一般特征.指出,通过原始数据把各个单独反演问题结合成一个联合反演问题,可降低联合反演在描述参数几何形态、特别是各单独反演问题之间的自由度数,从本质上提高了地球物理调查研究的功效,从理论上给出了联合反演问题比单独一种地球物理资料反演更优越的结论.在重、震联合反演方面,汪宏年等[29]提出了一种利用重力、地震资料联合反演层状介质的层速度、层密度及界面深度的迭代算法,并首次提出层状介质中的双摄动处理方法,以及在双摄动情况下理论波场和重力异常变化的一阶线性解.对理论模型进行重力、地震联合反演的结果表明,该方法不仅可减少未知参数的个数,提高反演的收敛速度,而且可减少反演的不适定性.冯锐等[30]按照地震测深的常用方法,采用二维四边形非块状模型,通过网格节点的密度值来刻划连续性或间断性的物性分布.以此来解决地震、重力联合反演中关于建立一致性模型的问题.张树林等[31]研究井间地震和逆VSP 联合层析成像,联合反演的效果优于单一的井间地震层析成像,理论模型和实际资料的联合反演获得了令人满意的效果.关小平等[32]研究了传统的重、震联合反演中存在的问题,建议充分利用地震资料作为形体参数进行分场,对分离出的目的层位的重力效应再利用Parker 公式进行反演,以求出那较深的或没有可靠地震资料的界面.在此基础上,利用速度、密度参数之间的关系,进行地震、重力资料联合反演,并给出了两个实例,取得了较好的效果.周辉等[33,34]利用广义线性反演方法及非线性反演的预条件最速下降法开展了一维地震—大地电磁测深资料反演方法研究.得出了顺序反演的效果优于地震、电磁单独反演的效果,而同时反演的效果最优,以及非线性联合反演方法比广义线性联合反演方法更优越的结论.范兴才等[7]叙述了二维重力、地震资料的联合反演方法,并讨论了反问题解的不唯一性和约束条件的使用.对联合反演进行理论模型和实际资料运算,说明该方法在同时求取深度、速度和密度参数问题上是有效的.Zhao (1995)在红河活动断裂研究中,将重力观测数据和全球定位系统(G PS )观测数据进行联合反演,取得了一定的效果.陈冰等[7]叙述了剥离法进行联合反演的应用条件及关键问题,理论模型及实例说明了其效果.Hering 等[35]提出了一维直流电测深(DC )和地震面波数据的联合反演公式.运用线性规划反演法和最小二乘法得到浅地表(几十米以内)两种数据反演结果,电阻率和面波慢度数据的联合反演得到了更好的参数估计并且减小了平均估计误差.关小平等[36]对重力、地震资料进行了联合反演,取得了一定效果.B.T ezkan [37]利用音频大地电磁法(AMT )和瞬变电测深法(TE M )的联合反演,解决了德国C ologne 地区某一矿体的底界及边界问题.Max well [38]对一维瞬变电磁测深(TE M )和畸变的大地电磁测深数据进行联合反演,由于MT 受浅部三维效应的影响较大,而瞬变电磁受浅部三维效应的影响较小.因此,二者的联合反演可以不用对MT 数据做静校正.该法的实质是回避了受浅部不均匀体影响较大的MT 视电阻率数据,而用受浅部影响较小的MT 阻抗相位与TE M 数据做反演.由于磁异常的反演具有固有的非唯一性,而地面和井中三分量数据包含有场源信息的互补信息.因此,Li [39]研究了二者的联合反演,理论和实际资料的试算说明了该方法的效果.Vasco 等[40]研究了地震波旅行时和振幅的联合反演方法,用该法推测了Ray 2m ond 附近花岗岩裂缝的速度和Q 值,预测结果与独立的测井和地球物理资料相吻合.为了更详细地划分层序边界及层序体,改进地震剖面的分辨率,Du 提出了测井和地震数据的联合反演方法,该法分三步进行:(1)声波测井统计处理;(2)井旁声波和地震数据的相互迭代・662・ 地 球 物 理 学 进 展 17卷拟合;(3)地震剖面的宽带约束反演,试验处理表明了该法是最有效的改进地震数据垂向分辩率的方法之一.Misiek 等继Hering 理论模型研究之后,给出了野外电法(DC )和面波实际数据的联合反演结果.同样,证实联合反演要优于任一种单独资料反演的结论.G rechka 等[41]实现了P 波和PS 波旅行时的联合反演,利用该方法可以找到垂直对称平面的方向和所有九个介质的弹性参数,取得了好的效果.王西文[42]采用剥离法对重力、地震资料联合反演目的层密度值,进而预测油气藏.该方法利用深度偏移地震剖面解释的地质构造信息为地质模型,利用重力正演公式消除非目的层的密度界面对目的层的影响;然后,将目的层压缩成为一个等效密度界面,再用消除非目的层影响的剩余重力异常反演该界面的视界面密度差,最后,根据目的层反演出的视界面密度差值的相对低值区来预测油气藏的位置.Fu [43]利用多层反馈神经网络实现声阻抗的联合反演,利用地震和测井数据以井旁可利用的资料训练学习,然后再进行反演,实际例子说明了方法的效果.Aric 等[44]利用地震和大地电磁联合成像,调查最上部(小于1K M 深度)的结晶地壳,以了解传统地质制图方法未能解决的区域构造和构造关系,实例说明该方法可以用来结晶基岩范围内的构造成像.R ossi 等[45]对反射波和折射波的旅行时进行联合反演来产生一个更可信和稳定的3D 速度变化及层结构,由联合反演得到的改进速度场进行叠前深度偏移,不仅对浅层而且对深层提供了更好的成像效果.R oth 等[46]利用遗传算法联合反演高分辨率地震数据中的瑞雷波和导波,通过瑞雷波和导波两者频散特性,而利用它们之中所包含的互补信息.该方法的有效性已用来自实际地震模型的合成数据作了试验和证实.杨振武等[47]采用广义逆方法实现了一维大地电磁和地震数据联合反演,通过岩性或矿体的物性和几何参数之间的相互关系,建立待求的地球物理模型.杨辉[48]以地震资料解释的三维构造图作为先验信息,用重力三维正演剥离基底及基底以上界面所产生的重力效应,然后对分离后的基底岩性异常用稳建的S VD 算法来线性反演基底密度差.最后,利用重、磁、电、震、地面地质、钻井等资料综合解释了盆地的基底时代及岩性,取得了令人满意的地质效果.Anders on 等[49]用顺序法对地震和重力资料联合反演速度和密度资料,为深度偏移成像提供准确的速度模型,减少了深度偏移成像的迭代次数,改进了深度偏移成像的效果,预示了该方法的前景.过仲阳等[50]改进了遗传算法,并用于联合反演地震资料和大地电磁资料,认为在一维情况下采用同步反演较顺序反演合理,在二维情况下采用顺序反演较同步反演合理和有效,实际资料的反演说明了方法的有效性.Vladimir 等[51]实现了P 和PS 旅行时的联合反演,对于正交模型,P 波和PS 波的反射旅行时的结合,使得纯剪切模型的重建成为可能,并且能够得到由P 波数据不能单独确定的各向异性参数,实验室物理模型数据的联合反演展示了其效果.Y ang 等[52]用直流电测深(DC )及瞬变电磁测深(TE M )数据进行联合反演以确定淡水和盐水的界面的纵、横向分布,得出DC 和TE M 在不同深度上资料的结合可以给出比使用单一种方法更好的界面图像的结论.王斌贝等[53]采用遗传算法解决重、磁、电资料的联合反演,得出了随机联合反演同单独反演相比有优势的结论.Sharma 等[54]用最优化和VFS A 联合反演评价1D 电磁和直流电阻率法中的等效性的抑制问题,研究表明全局最优化的单独数据的反应不能解决内在等效性,而联合反应非常好的克服了等校性.Wang [55]应用反射地震的旅行时和振幅同时反演模型几何形状和弹性参数,使用该方法可能改善传统的振幅随炮检距变化(AVO )分析中对地下弹性参数的估计,通过北海实际数据应用证明这种反演方法.刘崇兵等应用广义线性反演方法研究了地震面波和重・762・2期 杨辉,等:综合地球物理联合反演综述 。
重磁三维反演伊犁盆地中部密度和磁性结构
重磁三维反演伊犁盆地中部密度和磁性结构索奎;张贵宾;梅岩辉;马勇胜【摘要】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.【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2018(061)008【总页数】10页(P3410-3419)【关键词】伊犁盆地;重磁;三维反演;断裂;火成岩【作者】索奎;张贵宾;梅岩辉;马勇胜【作者单位】华北水利水电大学资源与环境学院,郑州 450046;中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院,北京 100083;中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院,北京 100083;中国地质调查局油气资源调查中心,北京 100029;中国地质调查局油气资源调查中心,北京 100029【正文语种】中文【中图分类】P312;P6310 引言伊犁盆地是在天山造山带所夹持的微地块上发展演化而成的山间叠合盆地，属于伊犁—中天山微板块，矿产资源丰富，有较好的油气前景.多位学者对伊犁盆地及邻区的构造特征及形成演化等问题进行了研究，取得了丰富的成果.廖世南(1992)认为伊犁盆地是具有陆内裂谷和山间陆相的双层结构盆地，初步讨论了盆地的生成和发展；刘俊霞等(1997)利用航磁资料对盆地中部的基底结构、起伏变化、构造特征及盖层分布等问题进行了研究；张国伟等(1999)认为伊犁盆地分为中上元古界变质基底、中下石炭统裂谷火山岩系褶皱变形基底和盆地沉积岩系的三层结构，并将伊犁盆地主要构造划分为二山三盆；左国朝等(2008)基于野外调查结果和前人研究结论，研究了包括伊犁盆地在内的西天山地区的地层系统及演化过程.伊犁盆地阿吾拉勒地区出露了多处的火成岩，为研究盆地构造演化提供了丰富的证据(Yang et al.，2014；Ge et al.，2015；李永军等，2017).熊小林等(2001)研究了阿吾拉勒中酸性火成岩的地球化学特征，认为可能是晚古生代后碰撞阶段幔源岩浆底侵作用导致玄武质岩石熔融形成的；李注苍等(2006)基于大哈拉军组火山岩地球化学特征推断火山岩位于岛弧区，为板块俯冲造山带构造环境，这是目前的主流观点之一(李锦轶等，2006；Wang et al.，2007；Sun et al.，2008)；李晓英(2013)基于花岗岩的分析结果，认为阿吾拉勒地区在晚古生代不同时期存在岛弧、碰撞伸展和大陆裂谷环境；韩琼等(2015)认为阿吾拉勒大哈拉军山组时代跨度大，火山岩自西向东由老变新，铁矿床受火山活动控制.此外多人对伊犁盆地的油气前景进行了研究评价，钟红利(2011)基于二叠系以来古构造演化、烃源岩、储集层的沉积特征和油气的运移聚散特点，在伊宁凹陷划定了三个有利油气区；王亚军(2013)将伊犁盆地及邻区的构造演化划分为七个阶段，认为北部坳陷是演化条件最好的区域，上二叠统和中上三叠统是相对较好的油气层位.前人的成果为伊犁盆地的深入研究提供了良好的基础，但多数尺度较大，针对局部重点区域的精细研究有待加强.本文研究区域位于伊犁盆地中部多个次级构造单元交汇区域，以白石墩次凸为中心，包含了乌孙山隆起、阿吾拉勒凸起、伊宁凹陷的南部斜坡带和巩留次凹等构造单元的部分区域(图1).研究区是雅马渡—白石墩北西向断裂和赛里木湖—莫合尔北东向断裂这两条主要断裂系的交汇处，断裂带造成了白石墩凸起，分隔了伊宁凹陷和巩乃斯凹陷，并控制和影响了其他构造单元的构造分布形态和中新沉积(张国伟等，1999).由于研究区大部分被第四系地层覆盖，因此需要利用地球物理方法对本区域地下构造进行反演，获取精细构造，以期为盆地的构造演化等相关问题的深入研究提供地球物理证据.1 数据与方法1.1 数据本次重力测量设计网格为500 m×500 m，磁测量设计网格为500 m×250 m，在白石墩区域加密为250 m×250 m，实际重力测点数5004个，磁测点数10025个.对原始数据分别进行各项改正后得到了布格重力异常和ΔT磁异常，如图2所示.图1 伊犁盆地中部区域地质简图1 第四系砂土、砾石； 2 水西沟群含煤碎屑岩沉积； 3 石炭纪灰岩、碳酸盐岩、砂砾岩； 4 二叠纪花岗岩； 5 小泉沟群砂岩夹泥岩、砾岩； 6 二叠纪闪长玢岩； 7 二叠纪辉长岩； 8 晓山萨伊组、哈米斯特组、塔木其萨伊组、巴斯尔干组并层； 9 研究区范围； 10 断裂.Fig.1 Geological sketch map of central Yili Basin1 Quaternary System sandy soil，gravel; 2 Shuixigou Group; 3 Carboniferous Period limestone, carbonate rock, sandstone and conglomerate; 4 Permian Period; 5 Xiaoquangou Group; 6 Diorite porphyry; 7 Diorite gabbro; 8 Xiaoshansayi Formation, HamisiteFormation, Tamuqisayi Formation, Basiergan Formation; 9 Study area; 10 Fault.图2a显示研究区布格重力异常为负值，根据异常特征被分为五个区域.其中有三个高异常区域，分别是位于阿吾拉勒凸起的a、b和位于乌孙山隆起的c；有两个低异常区，分别是位于伊宁凹陷的d和巩乃斯凹陷的e；以及一个过渡交汇区f.与图1中阿吾拉勒凸起的范围相比，a范围向西北方向有所扩大，且a和b之间区域的低异常非常明显；c区与图1中乌孙山隆起相比向东北方向扩展较多，这可能是乌孙山隆起在地下的延伸的反映，也可能是伊宁凹陷和巩乃斯凹陷之间的次凸的反映；d和e为两个显著的低值区，与f区的交界处暗示了凹陷的边界位置.从图2b中可以看出，研究区磁异常总体较为平稳，其中有三个较为显著的高磁异常区g、h和k.g区与高重力异常区b吻合较好，磁异常略显杂乱，可能与阿吾拉勒凸起中的高磁性岩石分布有关；h是磁异常最高值区域，异常曲线较为平缓，闭合完整，可能是地下有一定埋深和体积的高磁性岩体反映；k区磁异常幅值相对较低，且较为散乱，反映了磁源可能埋深浅且体积较小.本次研究区岩石物性测量共采集标本321块，密度和磁化率统计结果如表1所示.结合东方地球物理公司在伊犁盆地进行的地质物性调查结果，总结研究区的主要物性特征如下：地层从上到下由新到老，密度逐渐增大；存在主要三个密度界面，第四系和新近系、三叠系和二叠系以及二叠系和石炭系；酸性岩浆岩为中低密度，中基性岩浆岩为高密度；新生界、中生界和古生界正常沉积地层为无磁性-微弱磁性地层，古生界二叠系火山岩地层为强磁性地层，岩浆岩由酸性到基性磁性逐渐增强.1.2 数据处理为了研究区域构造格架，本文使用三维反演方法获取地下密度和磁化率分布情况.基于实测数据分布范围和分辨率，确定反演垂向范围为地表到海拔-10 km，水平范围则为测区.由于研究区地表海拔高度从692 m到1593 m，差异较大，本文采用了带地形的三维物性反演方法，目的是尽量避免数据处理过程中引入的误差影响反演结果.图2 伊犁盆地中部重磁异常等值线图(a) 布格重力异常等值线图；(b) ΔT磁异常等值线图.Fig.2 Contour map of gravity and magnetic anomalies in central Yili Basin(a) Bouguer gravity anomaly contour map；(b) ΔT magnetic anomaly contour map.表1 伊犁盆地中部地层岩石物性参数统计表Table 1 Summary of densities and magnetic susceptibility measured from samples in central Yili Basin地层岩矿石名称标本数(件)密度(g·cm-3)磁化率(10-5SI)Q砂砾岩482.21217N砂岩、泥岩、砂砾岩102.37841J砂岩、泥岩、砾岩242.44333T砂岩、泥岩、砾岩402.39429P2tP2xP1砂岩、泥岩、页岩、砾岩、玄武岩、安山岩、安山玢岩252.54358712.59797182.621935C2C1d安山岩、安山玢岩、玄武岩、火山角砾岩、流纹岩、砂岩、泥岩、砾岩、灰岩222.649358522.678480岩浆岩花岗岩112.606123注：密度和磁化率均为几何平均结果.首先需要提取反映海拔-10 km到地表的密度不均匀体和磁性异常体产生的重磁异常场作为三维反演的依据.反演范围的顶面(地表)有起伏，侧面和底面则为直立或水平，为了避免插值运算引入的误差，尽可能保留原始数据的有效信息，经与多种先验信息对比后使用反演法(Li and Oldenburg，1998a；Li et al.，2012)获得了浅源的重力场和磁场.该方法的优点是提取到的浅源场数据均处于原始测点位置，避免了多次插值导致的误差，确保了高程数据准确，提高了三维反演数据的精度. 地形数据来自实测高程数据和STRM DEM数据融合.为了减少测量误差及浅层噪声对反演结果的影响，同时避免进行带地形反演时出现“观测点在地下”的情形，在异常分离时分别对浅源重磁场向上延拓了150 m，各个测点的高程也增加了相同高度.1.3 三维反演1.3.1 基本原理本文使用基于空间导数约束的重磁物性三维反演方法(Li and Oldenburg，1996，1998b)进行计算，该方法能够加入多种约束条件并实现大数据量的快速反演.反演目标函数如式(1)，通过最小化目标函数可以获得最佳解模型.(1)式中φd为数据拟合差函数；φm是模型目标函数；μ是正则化因子，用于平衡拟合差函数和模型目标函数的权重；最后一项为界限函数，λ为界限参数；aj是j单元的物性下限，bj为j单元的物性上限，mj为j单元的解模型，ln函数限制mj必须在aj和bj之间，形成了“硬约束”.数据拟合差函数φd为φd=‖Wd(G m-dobs)‖2，(2)式中Wd为各个单元的权重diag(1/σi)，σi为第i个单元的标准差；G是核函数矩阵；m是待求的物性模型；dobs为实际观测数据.式(1)中模型目标函数φm为(3)式中m0是参考物性模型；wr是距离加权函数；αs是模型长度系数；αx，αy和αz是模型光滑系数.从式(1)—(3)可以看出，该方法可以加入多种先验信息来对结果形成有效约束，包括根据先验信息建立的参考模型(m0)、参考模型的可靠程度(Wd)、解模型的数据范围(aj和bj)、解模型与参考模型的差异程度(αs)、解模型在各个方向的光滑程度(αx，αy和αz)和噪声水平调节(μ)等，从而获得最大程度逼近实际情况的解模型. 1.3.2 反演参数(1) 反演网格反演时地下剖分网格的设计需要基于实测数据分辨率和解释的需求，兼顾计算效率，同时考虑目标体的复杂程度和地形的起伏情况等因素.其中数据分辨率最为重要，实测数据的最大分辨率为数据的间隔，无法反映小于最小间隔的异常体，而且一般在浅部确定一个异常体的存在，该异常应该覆盖2～5个网格单元的范围.试验结果表明，反演网格尺寸小于数据采集间隔的1.2倍时都可以达到数据采集的最大分辨率(Boulanger and Chouteau，2001).基于上述因素，本文对重磁三维反演设计了相同的剖分网格：中心区域水平方向分辨率为300m ×300 m，四周各向外扩展3600 m；垂向分辨率为150 m(浅部)和200 m(中深部).反演网格范围是x：-3600～41400 m，y：-3600～39000 m，z：-11400～1600 m，共计1080576个网格单元.(2) 约束条件本文使用1 ∶20万的地质图基于物性统计结果建立了参考模型，该模型以地表信息为主，没有先验信息的深部区域设置参考模型的物性为0，且有先验信息的区域权重高于未知区域.基于物性统计结果设置解模型密度变化范围为-0.5～0.5 g·cm-3，磁化率变化范围为0～0.1 SI.考虑到研究区域以层状地层为主，设定重力反演模型的长宽高比值为10 ∶10 ∶1.磁反演的目标主要是区域内的火成岩体，经过初步反演后确定了区域内有两个主要的火成岩体，根据岩体的比例设定模型的长宽高比值为8 ∶10 ∶8. (3) 噪声水平模型试验结果表明，每个测点分别给定适当的噪声时，反演结果精度略优于全区域给定相同水平噪声的结果.本文根据实测数据的精度对噪声总体水平进行估计，再利用基于能量阈值的二维小波方法估计了每个测点的噪声，一般在异常变化平缓的区域噪声水平相对较低.最后根据反演结果对正则化因子进行微调，直至获得与先验信息拟合最佳的反演结果.2 反演结果及评价2.1 重力反演结果使用CPU为I7 2600，内存为8G DDR3，操作系统为Windows 7 64位专业版台式计算机进行计算，重力三维反演耗时36分33秒，获得的密度扰动结果如图3所示，显示出以下几个主要特征：密度扰动变化幅度较小，过渡平缓，但高低密度区域界限明显，为划分断裂位置提供了依据；高密度体主要分布在阿吾拉勒突起和乌孙山隆起区域，低密度区域则主要与凹陷带吻合；不同深度密度特征继承性较好，随着海拔高度的逐渐降低，横向密度不均匀性逐渐降低.2.2 磁反演结果使用与重力反演相同配置的计算机，磁三维反演耗时3小时6分54秒，获得的磁化率分布如图4所示，从图中可以看出：高磁化率区主要集中在东北部和东部两个区域，向下延伸较深且为整体；中部区域异常分散，幅值相对较低，埋深较浅；磁化率垂向变化较明显，差异随深度的增加逐步降低；伊宁凹陷区域在中深部有低幅值异常体存在而浅部没有.2.3 结果评价重力反演数据拟合差在-0.825～0.537 mGal之间，磁反演拟合差在-17.33～30.08 nT之间；在数据幅值较大的区域的归一化误差水平高，幅值小的区域归一化误差水平较低，与理论值相符合；两个解模型较为平滑，且与其他先验信息基本相符；这表明本次三维反演参数选择较为合适(Williams，2008).图3 伊犁盆地中部不同海拔高度密度扰动分布图(a) 海拔180 m； (b) 海拔-500m； (c) 海拔-1100 m； (d) 海拔-2100 m； (e) 海拔-5100 m； (f) 海拔-10100 m.F1、F2、F3、F4和F5为本文推断构造单元边界；ga、gb和gc为高密度异常区.Fig.3 Density distribution of different altitude in central Yili Basin(a) Altitude 180 m； (b) Altitude -500 m； (c) Altitude -1100 m； (d) Altitude -2100 m； (e) Altitude -5100 m； (f) Altitude -10100 m.F1, F2, F3, F4 and F5 are the inferred boundaries of different tectonic units. ga, gb and gc are high density abnormal areas.图4 伊犁盆地中部不同海拔高度磁化率异常分布图(a) 海拔180 m； (b) 海拔-500 m； (c) 海拔-1100 m； (d) 海拔-2100 m； (e) 海拔-5100 m； (f) 海拔-10100 m.ma、mb和mc为高磁化率异常区.Fig.4 Magnetic susceptibility distribution of different altitude in central Yili Basin(a) Altitude 180 m； (b) Altitude -500 m； (c) Altitude -1100 m； (d) Altitude -2100 m； (e) Altitude -5100 m； (f) Altitude -10100 m.ma, mb and mc are high magnetic susceptibility abnormal areas.3 讨论3.1 盆山构造和断裂从图3中可以看出研究区的主要构造格架，伊宁凹陷和巩乃斯凹陷呈现低密度特征且沉积层厚度较大，阿吾拉勒凸起和乌孙山隆起为高密度特征；随着深度的增加，密度的横向不均匀性逐渐降低，整体性增强；推断的主要断裂和构造单元边界基本位于高低密度异常过渡区.研究区北部边缘属于阿吾拉勒凸起，地表出露的是二叠系晓山萨依组(P2w)，由砂岩、砾岩和火成岩组成，密度范围变化较大.本次反演揭示了研究区内的高密度岩体，主要分布在ga、gb和gc三个区域.ga区域高密度体体积较小，埋深较浅，横截面积从海拔180 m到-5100 m几乎没有变化，再向下至-10100 m逐渐消失，这表明阿吾拉勒凸起在该处边界接触面倾向可能是北东向，F1为高角度逆断层.ga 东北部未进行数据采集，没有反演结果，根据反演的趋势结合地质图推断高密度体可能向北东向继续延伸.研究区东部阿吾拉勒凸起地表主要有二叠系乌郎组(P1w)的中基性火成岩出露，均为中高密度，反演结果显示gb区域存在一个整体性较好、体积较大的高密度体，在浅部(180～-1100 m)呈“C”字型，在深部则为一个整体，横截面积基本不变，结合磁反演结果，推测该区域浅部可能存在逆冲推覆构造，方向为从东北向西南，深度达到海拔-1100 m.该岩体一直向下延伸到-10100 m仍有显示，与白石墩次凸的接触面倾角较高，这表明F2为高角度正断层，倾向为南西向.该区域在本次测区的边缘位置，推测其在东北部和东南部应会继续延伸.gc 区域位于研究区西南部，范围最大，地表基本被新生界覆盖，其下方的高密度体体积大、埋深深，在-3100 m以浅高密度体为分散分布，随着深度的增加逐步融为一体，横截面积逐渐变大，向下延伸至-10100 m仍有明显的显示.该区域是乌孙山隆起与白石墩次凸的过渡区域，深部的高密度体可能是乌孙山隆起的延伸，据此本文认为乌孙山隆起的界线与前人划分的相比向北西向最远延伸了5 km.刘俊霞等(1997)认为该区域可能为逆掩推覆构造，乌孙山北缘断裂向北逆冲了15 km，本次反演结果显示为超覆构造，可能由于浅部的磁异常体存在干扰了推断结果.研究结果显示研究区内断裂均以中浅层断层为主，从反演结果可以看出区内几条主要断裂向下延伸的深度基本不超过11 km，属于盆地内部次级断裂，且各条断层角度较高，这与前人的结论基本一致.在前人确定构造单元边界位置的基础上，本文认为F1和F2断裂为阿吾拉勒凸起的边界；F3和F4为伊宁凹陷南部斜坡带和乌孙山隆起的边界；F5则可能是巩留次凹的边界.与前人划分的边界位置相比有变化，这是因为考虑了构造单元在地下延展情况.综上，本文认为研究区以白石墩次凸为主发育了一个南西—北东向不对称型凹陷，特点是北断南超，越靠近北部断层处沉积厚度越大，与阿吾拉勒凸起之间为高角度逆断层接触关系，且北部的山前凹陷浅部可能发育逆掩断裂；凹陷南部属于超覆沉积，厚度逐渐变小直至尖灭，超覆于乌孙山隆起之上；区域内沉积层厚度较大，生烃中心的主要层位是中生界和上古生界(王亚军，2013)，受到区内次级断裂的控制，其埋深从北向南逐渐变浅.3.2 火成岩研究区域内出露的中基性火成岩主要是位于阿吾拉勒凸起的二叠系火成岩，由安山玢岩、玄武岩、玄武玢岩、火山碎屑岩以及凝灰砂岩等组成；中酸性火成岩主要位于研究区域南部，主要是由安山玢岩、安山质凝灰岩及碎屑等中酸性喷发火成岩组成的下石炭统大哈拉军山组(C1d)，局部有酸性或基性的变化(王晓地，2001).物性资料统计结果显示，中基性火成岩呈现高磁化率、高密度的特征；中酸性火成岩的磁性变化范围较大，但一般是弱磁性显示且平均密度低于围岩的密度.本文以磁性反演结果为基础，结合重力反演结果圈定了6处中基性和1处中酸性火成岩分布区域，如图5所示.图5 伊犁盆地中部火成岩分布推断结果示意图1 已知基性火成岩； 2 已知中酸性火成岩； 3 推断基性火成岩； 4 推断中酸性火成岩.Fig.5 Deduction of igneous rocks distribution sketch map in central Yili Basin1 Known basic igneous rocks； 2 Deduction of intermediate-acidic igneous rocks； 3 Known basic igneous rocks； 4 Deduction of intermediate-acidic igneous rocks.从图5中可以看出，出露的中基性火成岩主要分布在阿吾拉勒凸起的范围内.图3和图4显示，图5中J1区域下方存在一个高密度、高磁化率岩体，主要形态特点是地表横截面范围较大，随着深度增加到海拔-500 m附近时横截面变小，再向下到-5100 m附近时横截面最大，深度再增加时横截面变小，在海拔-10100 m时有零星显示，推断为中基性火成岩，可能是底侵玄武质岩石(熊小林等，2001).J1的位置与已知火成岩出露区域基本相同，范围略大.J2区域地表全部为第四系覆盖，反演结果显示J2下方是与J1区域相似的高磁化率异常体，横截面积从地表到海拔0 m左右变化不大，再往深处逐渐变大，在海拔-2100 m横截面积最大，并在-5100 m附近分为南北两个岩体，南部岩体在-10100 m仍有显示.测区边界处为低重力异常，推测可能是由于低重力异常区位于巩留次凹的范围，盆地引起的重力低淹没了可能存在的高密度体引起的重力高，因此推测J2区域大部分为隐伏的中基性火成岩，且可能延伸到测区外.J3区域地表也为第四系覆盖，该区域以高重力异常和小范围不连续高磁异常为主，推断中基性火成岩分布较为零星，没有形成较大的岩体，且各个岩体埋深较浅，主要在海拔-1100 m以浅，推测可能为喷出岩，对深部构造影响有限.J4区域位于研究区西南部，有相对较弱的平滑磁异常场.在地表无明显高磁异常体存在，单纯根据磁异常数据处理结果难以确定J4下方深部是否存在火成岩，反演结果显示存在高磁性、高密度体，MT结果显示为高电阻率岩体，推断存在基性火成岩体，可能为侵入岩.J5范围较小，其所在区域在地质图上显示为中二叠统的晓山萨依组(P2x)，以碎屑岩—碳酸盐岩为主，但J5区域有较为明显的高磁异常和高重力异常显示，据此推断该区域有可能存在小规模的中基性火成岩，埋深适中.J6区域位于研究区域北部，属于阿吾拉勒凸起，根据地质图看该区域出露的为石炭系中酸性火成岩，而重磁异常(图2)和反演结果显示该区域为高密度高磁性岩体，研究表明本区域中的石炭系中酸性火成岩中也有部分中基性火成岩(王晓地，2001)，因此将其划分为中基性火成岩，范围较地质图上标明的范围有所扩大，向下延伸到海拔-1700 m左右逐渐消失，在其北部可能会继续延伸.研究区下部S1区域中部也有一个和J6类似的中基性火成岩体，磁三维反演结果显示为高磁异常，重力反演结果显示为高密度异常，MT结果显示为高电阻率异常，据此推断为中基性火成岩体.图1显示S1区域出露了石炭系大哈拉军山组，文献(白建科等，2015)显示乌孙山地区大哈拉军组有酸性-基性-中性-酸性的火山喷发旋回，本文划分的中酸性火成岩分布区域完全位于该范围之内，属于乌孙山隆起边缘位置，主要为弱磁异常和低密度异常显示；推断S1中部有中基性火成岩的主要原因是其显示了高磁性和相对高密度，这也与文献提到的局部基性变化相符(王晓地，2001).综上，本文认为区域内中深部的火成岩以侵入岩为主，这与前人的结论基本一致(李晓英，2013；熊小林等，2001；李凤鸣等，2015)，J3区域为喷出岩的可能性较大.4 结论本文利用高精度重磁数据在多种先验信息的约束下反演，揭示了伊犁盆地中部地下三维密度和磁性结构，为该区域构造演化的进一步研究提供了深部证据.基于反演结果本文认为：研究区为南西—北东向不对称型北断南超凹陷，沉积层厚度较大且北部沉积层厚度大于南部，南部沉积超覆于乌孙山隆起之上；区内主要断裂为高角度次级断裂，北部山前凹陷可能发育逆掩断裂；区内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.本次反演尽可能利用了已知的各种约束信息，限于数据精度和算法，所得解模型与实际情况会存在差异，随着勘探程度的不断加深，更多的先验信息的加入，会使得反演结果越来越接近实际情况.致谢感谢中国地质调查局油气资源调查中心提供了部分观测数据和相关资料，并且在研究过程中提供了诸多帮助.感谢两位审稿专家提出的宝贵意见. ReferencesBai J K, Li Z P, Xu X Y, et al. 2015. Detrital zircon U-Pb dating of Dahalajunshan Formation in Wusun Mountain region, western Tianshan, and its geological implications. Geology in China (in Chinese), 42(1): 85-95. Boulanger O, Chouteau M. 2001. Constraints in 3D gravity inversion. Geophysical Prospecting, 49(2): 265-280.Ge S S, Zhai M G, Safonova I, et al. 2015. Whole-rock geochemistry and Sr-。
松辽盆地长岭断陷综合地球物理场所研究与深层构造识别
Ｃｈａｎｇｌｉｎｇ ｆａｕｌｔ ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｙ，ｓｅｉｓｍ，ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｗｅｌｌ，ｐｅｔｒｏ－ｐｈｙｓｉｃａｌ
中南大学博士学位论文
摘要
出了３个Ｉ类远景区，即：腰英台．达尔罕次断凸、长岭牧场次断凹和乾安 断凹；另有３个ＩＩ类远景区，即：查干花次断凹、大安南断凸与苏公坨．龙 凤山断阶带西段。 关键词重磁，ＣＥＭＰ，联合反演，深层构造，长岭断陷
ＩＩ
中南大学博士学位论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｃｈａｎｇｌｉｎｇ ｆａｕｌｔ ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｓ ａ ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｆａｕｌｔ ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ Ｓｏｎｇｌｉａｏ
答辩委员会主席
中 南 大学 ２０ １ ２年１ ２月
原创性声明
本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。
ｂａｓｅｍｅｎｔ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｂｙ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄａｔａ ｗｉｍ ｇｒｅａｔ ｄｅｐｔｈ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ
ｄｅｅｐ ｅｘｐｌｏｒａｔｏｒｙ ｗｅｌｌｓ ｉｓ ｌｅｓｓ，ｔｈｅ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｌｉｍｉｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ
分类号ＶＤＣ……………
我国重磁勘查方法技术及仪器的发展与展望
我国重磁勘查方法技术及仪器的发展与展望雷振英傅学信米宏泽（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所）一、重磁勘查方法技术主要发展重力勘查方法是地球物理勘查方法中一种传统、常规方法，至今也有六十多年发展史。
可分为两个阶段，20世纪80年代以前，为第一代重力勘查，其特征是，观测精度低（毫伽级10-5m/s2），勘查对象单一（寻找铬铁矿、超基性岩体），工作比例尺大、工区小，工作量少。
这一阶段常作为普查工作阶段中辅助方法投入施工。
第二代重力勘查是从20世纪80年代以后随着先进科技的高度发展，其整体勘查方法的技术含量增加，观测精度高，由毫伽级（×10-5m/s2）到微伽级（×10-8m/s2）；采用GPS三维定位技术后可进行特殊景观区（如沙漠戈壁等）的观测工作。
仪器具有读数、记录、改正等项自动化功能，成为区域地质调查、矿产资源勘查、水工环勘查工作中一种成熟的全新方法技术[1][2]。
磁力勘查方法也是地球物理勘查方法中一种传统、常规方法，历史悠久。
在我国也有六十多年发展史。
20世纪80年代以前，数据采集精度低（n×10nT～n ×nT），80年代以后，其观测精度提高几个数量级，达到了0.1nT，分辨率可达0.01nT或更高（如质子式磁力仪）。
磁力勘查不同于重力勘查方法的是：应用最早、用途最广、效率最高、成本最低、理论最成熟，在地球物理勘查方法中磁力勘查是最具有基础性地质调查功能[1、2]。
作为常用普查方法的磁力勘查是矿产资源调查重要手段之一，尤其在研究隐伏地质构造和金属矿矿产勘查方面有着不可替代的作用。
近些年，随着当代科技快速发展，磁法高精度仪器设备及三维数据处理技术等有了长足的进步，勘探能力和效果有了明显提高，尤其是GIS、GPS技术的应用，航磁全梯度磁力测量和三分量磁力测量，卫星测量，航磁和地磁异场弱信息提取等具有创新技术特征的研究与成果有了实质性进展，这对今后寻找深部矿产的勘查将会起到重要推动作用。
安徽庐枞盆地铁矿含矿建造构造特征与成矿
安徽庐枞盆地铁矿含矿建造构造特征与成矿杜玉雕;魏国辉【摘要】庐枞盆地是长江中下游成矿带重要的矿集区之一,盆地内发育众多铁矿床(点).本文以玢岩型铁矿和沉积-热液叠改型铁矿为研究对象,在前人大量研究成果的基础上,通过野外地质调查和钻探等工作,对含矿建造构造特征进行了综合研究.结果表明:玢岩型铁矿的含矿建造包括粗安岩-凝灰岩建造、与膏辉岩化有关的变质建造和闪长玢岩建造;沉积-热液叠加改造型铁矿的含矿建造包括灰岩建造或钙质粉砂岩建造及粗安斑岩建造,与矽卡岩化有关的变质建造和正长岩建造关系密切;铁矿化与基底断裂、基底隆起带和岩侵型穹窿息息相关.初步认为庐枞火山岩盆地铁矿成矿作用可划分为沉积作用成矿期和岩浆热液成矿期.【期刊名称】《地质调查与研究》【年(卷),期】2018(041)004【总页数】10页(P270-279)【关键词】庐枞盆地;铁矿床;含矿建造;构造;成矿【作者】杜玉雕;魏国辉【作者单位】安徽省地质调查院,合肥230001;安徽省地质调查院,合肥230001【正文语种】中文【中图分类】P618.31安徽庐枞盆地位于长江中下游断陷带内，北临华北板块，西接郯庐断裂带，地处扬子板块北缘，构造特征复杂，岩浆-成矿作用活跃，区内广泛发育与火山-潜火山岩及侵入岩有关的铁、铜、铅锌、明矾石等矿床，是长江中下游成矿带中7个重要的矿集区之一[1-3]。
近几年，庐枞地区开展了系统的研究工作，已在庐枞盆地岩浆岩的时空格架，地球化学特征及其源区、演化、深部过程以及盆地内典型矿床的研究等方面取得了重要的进展[4-10]，但关于矿床的形成机制还有待深入研究。
庐枞地区自开展深部找矿以来，铁矿不断取得重大找矿突破，在罗河铁矿外围和深部先后发现和探明泥河铁矿和小包庄铁矿；在无为县尉山地区、枞阳县义津桥含山地区深部也发现铁矿；因深部找矿工作的新突破再次引起人们对铁矿的高度关注。
目前为止，许多学者和高校在年代学、地球化学和成矿流体等方面对铁矿床进行了系统的研究和探讨[5，11-16]，为铁矿床成因提供了重要约束。
井震联合反演在塔南凹陷储层预测中的应用
化， 而深 浅侧 向电阻率 岩性 特征 十分 明显 。为此 ， 用
深 浅侧 向电阻 率 曲线构 建 拟声 波 曲线 ， 行地 震 地 进
地震记录适合层状介质的褶积模型［为 ： ３
Ｓ（ ） Ｒ（ ）＊Ｗ （ ） ｔ一 ｔ ｔ （） １
质层位标定、 子波提取来进行储层岩性反演预测 。
井 震 联 合反 演 ［， １ 它综 合 应 用 了测 井 资 料 在 垂 向上 ］
的分辨能力和地震资料在横 向上的连续性以及所包
含 的 丰富 的岩 性 和 物性 信 息 ， 二 者有 机 的 结合 起 将
来进 行 波阻抗 反演 。
１ 反 演原 理
曲线高频信息， 同时结合声波的低频信息 ， 合成拟声
塔木察格盆地位于蒙古 国东部， 向北与 中国海
拉 尔盆地 属 同一 沉积盆 地 。本次 研 究的 区块 位 于塔
ｌ Ｄ 一 ±！ ± 二 、
一 ± 二
，
ｊ Ｐ＋ ｖ＋ ＋ ｐｖ — Ｚ＋ ＋ Ｚｉ — ｉ１ｉ１ ｉｉ ｉｌ
厶
木察 格 盆地 中西部 的塔 南 凹 陷 ， 内构 造复 杂 ， 区 局部
质 条件 ， 用 Ｊ ＯＮ 地 震反 演软 件 ， 地震 、 应 ＡＳ 将 测井 、 地质 信 息有机 结 合起 来 ， 用地 震一 测井 联合 反 演 ， 采 通过 对 地 震反 演 资料 补 充测 井数 据 高低 频成 分、 声波 曲线 的构 建 以及 建立 合理 准确 的地质 模 型 ， 高 拟 提
其 中： ｐ为介 质 密度 ； ｖ为介 质 层速 度 ； 波 阻 Ｚ为 抗 。将 （） 代入 （） ２式 １ 式的 离散褶 积公 式 ：
７． 一 ７
Ｓ 一 ｉ
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磁异 常 中确定 场源 边界特 征值 。通 常 的做法是 对 重
磁异 常 中的场 源边界 信息 进 行增 强 ， 后 利用 某 种 然 边 缘检 测 的手段 确 定 边 界 位置 ， 利用 空 间分 析 技 再
处 重力 低异 常 ， 它们 共 同形 成 了本 区 的二 级 叠加 异 常 。重 力高 异 常一 般 与 中基 性 岩 体 分 布 、 局部 基 底
推断 与基 底 隆起 区 的划分 。本 文采 用 的重 、 场 联 磁
０ 引 言
地球 物理 信息 可 以反 演 深部 地 质 构 造 ， 用 区 利 域 重磁场 研究 深部 构造 的空 间架 构是 一种传 统 的方 法＿ 。根据 断 裂 构 造 、 质 体 边 界 的物 理 差 异 所 ｌ ］ 地 产生 的地 球物 理 场 畸 变进 行 分 析 研究 ， 往 主要 根 以
磁场联合反演技术的多层面边缘检测方法 （ ０ ｗ ＲＭＳ法 ） 庐 枞 地 区 多 层 面 边 缘 进 行 检 测 ， 到 了 对 得
地 下 不 同 深 度 的密 度 或 磁 性 信 息 以 及 重 、 异 常 边 界 。根 据 上 延 层 高 度 布 格 重 力 异 常 ， 合 航 磁 磁 结
合反 演技术 即属于这 类方 法 。
１ 庐 枞 地 区的 重磁 场 特 征
１ １ 区域 重 力 场 特 征 及 解 释 ．
重力一 级 场呈 ＮＥ向的多 级叠 加带 状 重力 高 分
布 。高值 区边 界 ： 西 边 缘 位 于 陈态 进 行 解 译 ，如 借 助 一 些 梯 度 带、 区域场 分界 线 、 等值线 的同 向或 反 向扭 曲等标 志 判 断断裂 构造［ ］ ３ 。但 由于这些 特 征 的极 值 点 或梯 度 峰值不 易确 定 ， 往 给地 质 体 边 界 或 断裂 构 造 位 往
出 庐 枞 盆 地 磁 性 基 底 为 “ 隆两 凹” 态 （ 一 形 ｒ 盆地 基底 界 面 三 维 结 构 图 ） Ｐ枞 的新 认 识 。 关 键 词 ： 重 磁 联 合 反 演 ； 造 解 释 ； 底 三维 结 构 ； 纵 盆 地 ； 构 基 庐 安徽 省
中图 分 类 号 ： Ｐ ３ ； ５ ８ 文 献 标识 码 ： Ａ ６ １Ｐ ４ 文 章 编 号 ： １ 。 － ４ ２ ２ １ ） ２０ ２ － ６ 。 Ｉ １ １ （ Ｏ ２ ０ — ２ ７０
作者简介 ： 付建民（ ９ ４） 男 ， １ ５一 ， 硕士 ， 副教授 ， 从事地球物理 勘探 和计算 机相关工作 。通 信地 址： 安徽省合肥 市梁园路 １号 ， 安徽工业 经
济 职 业 技 术 学 院计 算 机科 学 技术 系 ； 邮政 编 码 ：３ ０ １Ｅ ｍａｌｆ ｅ＠ｓｎ． ｏ ２ ０ ５ ； ～ ｉ ｊ ｔ ｉａｃｒ ： ｍｎ ｎ
区 域 和 局 部 异 常 分 布 特 点 ， 行 了 断 裂 构 造 的 推 断 与 基 底 隆 起 区 的 划 分 ， 利 用 空 间 分 析 技 术 对 进 再
这 些 圈 闭 区 域 进 行 相 交 计 算 ， 分 出重 磁 同 高 、 低 磁 高 、 高 磁 低 、 磁 同 低 等 ４种 组 合 空 域 ， 划 重 重 重 提
（ ． 徽 工 业 经 济 职 业 技 术 学院 ， 肥 ２ ０ ５ ； ． １安 合 ３ ０ １ ２ 安徽 省 地 质 调 查 院 ， 肥 ２ ０ ２ ） 合 ３０ ２
摘 要 ： 安 徽 庐 枞 地 区位 于怀 宁
庐 江 “ 高 重 高 ” 级 异 常 带 的 枞 阳一 庐 江 次 级 异 常 区 。采 用 重 磁 一
方法 和计 算机技 术 的发展 ，逐渐 发 展 出若 干半 定 量
或定 量 的解释方 法 ， 这些 方 法 的主 要 目的就是 从 重
小圩 、 项铺镇 、 沟 镇 、 潭 镇 、 寺 、 汤 周 柳 中沙 溪 、 边 、 井 泉 塘集 等地 分 布有 一 系 列 局部 区域 重 力 高异 常 ， 在
ｄ ｉ ０ ６ ５ ／ ｓ ｎ ０ — １ ２ ２ １ ２． １ ｏ ：１ ． ０ ３ ｊ ｓ １ １ ４１ ０ ２ ０ ０ ５ ｉ ０
重 磁 场 联 合 反 演 技 术 在 庐 纵 盆 地 基 底 构 造 解 释 中 的 应 用
付 建 民 ， 陈永 宁 ， 静平 宋蓓 蓓 曹 ，
隆起有关 ， 重 力低 异 常 多 为 火 山 喷发 中心 和 正 长 而
术对 这些 圈闭 区域 进 行 相 交计 算 ， 完成 断裂 构 造 的
收 稿 日期 ： ２ １ －２ ０ ； ０ １ １ － ９
改 回 日期 ： ２ ｌ － ４ １ Ｏ ２ ０ —８；
责 任编 辑 ： 赵 庆
基 金 项 目 ： 安 徽 省 地 质科 研 项 目“ 枞 盆 地 及 其 周 缘 中晚 三 叠 世 地 层 含 矿 性研 究 ”编 号 ：０ ９０ ） 助 。 庐 （ ２ ０ —２ 资
第 ２ ７卷
第 ２期
地
质
找
矿
论
丛
２１ ０ ２年 ６月 ： ２ — ３ ２ ７２ ２
Ｃｏ ｒｂｕ ｉ ｓ ｔ ｏ ｏ ｎｄ Ｍ ｉ ｒ ｌＲｅ ｏｕｒ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ｎｔｉ ｔｏｎ ｏ Ｇｅ ｌ ｇｙ ａ ｎｅ ａ ｓ ｃ ｓＲ ｓ ａ ｃ
Ｖｏ１ ２ Ｎｏ ２ ． ７ ． Ｊ ｎ ２ １ ２ ７ ２３ ｕ ． ０ ２： ２ － ２
置 的准确 划定带 来 一定 的人 为偏 差［ ６。随着 理 论 ５３ －
双庙 镇一 线 ， 南东 边 缘 位 于 襄 安 镇一 普 济 圩一桂 家坝～ 喻 家楼 一 带 。低 值 区 为 高 值 区 两侧 ， ＮＥ 即 向分 布 的重 力低 值 区（ １ 。推测 其 为 三叠 系 隆起 图 ） 和 中基 性岩 基侵 入共 同作用 的结 果 。在 总铺 、 双店 、