一种断层重力异常定量解释方法_李丽丽
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2021年 2月下 世界有色金属217探矿区重、磁异常分析及解释杨文山,王鹏,李少华,程斌,郭润平(陕西地矿第二综合物探大队有限公司,陕西 西安 710016)摘 要:为探明青海省格尔木市某某矿区的矿产资源,通过组织物探队开展高密度的重力测量工作,寻找可能存在的基性或超基性岩体提供地球物理依据。
文章注意结合勘测实际,分析探矿区重、磁异常情况。
关键词:探矿区;重、磁异常;分析及解释中图分类号:P631.2 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2021)04-0217-2Analysis and interpretation of gravity and magnetic anomalies in prospecting areaYANG Wen-shan,WANG Peng,LI Shao-hua,CHENG Bin,GUO Run-ping(The NO.2 Comprehensive Geophysical Prospecting Brigade, Shaanxi Geology and Mining Group Co.Ltd.,Xi'an 710016,China)Abstract: In order to explore the mineral resources of a certain mining area in Golmud City, Qinghai Province, the geophysical prospecting team is organized to carry out high-density gravity survey work to provide geophysical basis for finding the possible basic or ultrabasic rock mass. In this paper, the gravity and magnetic anomalies in the exploration area are analyzed in combination with the survey practice.Keywords: prospecting area; gravity and magnetic anomalies; analysis and interpretation1 探矿区研究概况2009年青海省核工业地质局开展的1:5万高精度磁测工作,未采集磁物性标本,对磁异常区的地质特征未进行详细踏勘、了解,主要结合1:20万地质资料进行了初步解释、推断,认为磁异常可能由岩体接触带铁多金属矿化引起。
重磁(梯度)张量数据边界识别方法研究赵建宇;明彦伯;孙成城;张志东;刘晓甲【摘要】The boundary identification is one of the regular tasks of gravity and magnetic data interpretation,but gravity and magnetic raw anomaly data does not well correspond to the boundary of geological body.The maximum value of the horizontal derivative of gravity and magnetic anomalies are corresponding to the zero value of vertical derivative,which is used mostly to complete the assignment of gravity and magnetic boundary identification.We find that false boundary is caused by using current boundary identification method.This article summarizes the current boundary identification method and corrects the problem of excessive boundaries to present new boundary identification method.This new method can effectively remove excessive boundaries and reduces the disturbance of noise,which provides a new thinking way for gravity and magnetic data boundary identification method.%边界识别是重力数据解释的常规任务之一,但地质体的边界不能很好地与重力原始异常数据对应,而与重磁异常水平导数极大值、垂直导数零值相对应,因此大多利用该性质完成重磁边界识别任务.研究发现,现有边界识别方法会出现虚假边界,针对现有边界识别方法进行总结,并针对多余边界问题进行改进,提出新的边界识别,通过模型试验和实际数据证明,该方法可有效地去除多余边界,且降低了噪声的干扰,为重磁数据边界识别方法提供新的思路.【期刊名称】《物探化探计算技术》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】7页(P748-754)【关键词】边界识别;重磁(梯度)张量数据;重磁勘探【作者】赵建宇;明彦伯;孙成城;张志东;刘晓甲【作者单位】吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130021;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130021;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130021;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130021;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130021【正文语种】中文【中图分类】P631.2重磁勘探是一种可以有效地圈定异常,划分构造的物理勘探方法,由于它的经济、快速、范围广等特点而得到广泛应用。
地质勘探中的重力异常识别与解释方法探讨地质勘探是一项复杂的工作,为了对地下资源进行准确的勘探与评估,科学家和地质工程师们经常借助不同的方法和技术。
重力异常识别与解释是其中重要的一部分,它可以提供有关地下物质分布和岩石结构的重要信息。
本文将探讨一些常用的重力异常识别与解释方法,包括重力测量、异常特征的识别以及异常与地质构造的关联。
首先,重力测量是重力异常识别与解释的基础。
重力是地球上任何一点受到地球引力作用的结果,它与质量和距离的乘积成正比。
地面上的重力测量仪器可以测量地球表面上的重力场强度,从而获得重力数据。
这些数据被用来计算重力异常,即地球上表面的重力场与理论预期的重力场之间的差异。
一般来说,重力异常可以是正值也可以是负值,其数值大小与地下物质分布有关。
其次,重力异常的特征识别是重力勘探的关键步骤。
在地球表面上,不同的物质具有不同的密度,从而对应着不同的重力场。
通过观察重力异常的特征,可以识别地下存在的物质和结构。
常见的重力异常特征包括正异常和负异常。
正异常通常是由密度较大的物质引起的,如岩石体或矿床,而负异常则通常是由密度较小的物质引起的,如岩浆侵入或断层。
此外,异常的形状、强度和分布特征也可以提供有关地下物质和构造的信息。
最后,重力异常与地质构造之间的关联是解释重力异常的关键。
地质构造是地球表面和地下的岩石形态和结构。
在地球的不同地区,不同的地质构造通常与特定类型的重力异常有关。
例如,地球上的隆起和坳陷地区通常存在正和负的重力异常。
在解释重力异常时,科学家和地质工程师们通常会结合地质图、地震和电磁数据等多种信息来识别地下的地质构造,并与重力异常进行对比。
通过对比,可以确定异常的形成机制和异常下可能存在的地下矿产或构造。
总之,在地质勘探中,重力异常识别与解释是一项重要的技术。
通过重力测量和分析,我们可以获得有关地下物质和地质构造的宝贵信息。
重力异常的特征识别和异常与地质构造的关联是解释重力异常的关键步骤。
专利名称:运用地震资料确定三维空间内断层滑动参数的定量化方法
专利类型:发明专利
发明人:陆诗阔,王迪,管国健
申请号:CN201610480711.2
申请日:20160627
公开号:CN105911589A
公开日:
20160831
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种运用地震资料确定三维空间内断层滑动参数的定量化方法,其特征在于以下步骤:步骤S1:过工区内某一点选择两条不同方向地震剖面,通过剖面解释分别给出某一断层界面和被同一断层切割的两个不同产状的地层界面沿不同地震剖面方向的视倾向和视倾角,然后进一步确定出各地质界面的真产状;步骤S2:根据断层和断盘地层的真产状,运用作图法确定断盘地层界面和断层面的交线的产状;步骤S3:引入断层运动的地震学表征参数,根据断层效应特征确定断层在相应构造期的三维空间内实际滑动参数(总滑移量和滑移角)。
本发明的有益效果是:可用于准确判断断层的运动性质,同时可定量确定断层的运动参数(滑移量、滑移角)。
申请人:中国石油大学(华东)
地址:266580 山东省青岛市经济技术开发区长江西路66号
国籍:CN
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布格重力异常的地质地球物理意义-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分主要介绍本篇长文的主题——布格重力异常的地质地球物理意义。
布格重力异常是指在地球表面上的某个区域内,由于地下构造、地质体或其他因素的影响,引起地球重力场的异常变化。
它可以用来揭示地壳下的岩石结构、地壳变形以及岩石密度分布等信息。
本篇长文将从三个方面对布格重力异常的地质地球物理意义进行详细探讨。
首先,我们将对布格重力异常的概念进行解释,并阐述其产生的原因。
其次,我们将介绍布格重力异常的测量方法和数据分析,以及相关的技术工具和仪器。
最后,我们将重点讨论布格重力异常在地质地球物理领域的意义和应用。
通过对布格重力异常的研究,我们可以深入理解地球的内部结构和过程,探究地球演化的规律。
同时,布格重力异常还可以为矿产资源勘探和地下水资源的开发提供重要的信息和指导。
此外,布格重力异常的研究还对于地震活动的监测和地质灾害的预测具有重要意义。
本篇长文旨在全面系统地阐述布格重力异常的地质地球物理意义,并展望其在未来的应用前景。
通过本文的阅读,读者将对布格重力异常有更加深入的理解,并能够了解布格重力异常在地质地球物理领域的重要作用。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:文章结构本篇长文将从引言、正文和结论三个部分来论述布格重力异常的地质地球物理意义。
具体结构如下:引言引言部分将首先概述布格重力异常的背景和基本概念,包括对布格重力异常产生原因的简要介绍。
随后,文章将介绍本篇长文的结构和目的,以引导读者了解本篇文章的内容框架。
正文正文部分将分为三个子节:布格重力异常的概念及产生原因、布格重力异常的测量方法和数据分析以及布格重力异常的地质地球物理意义。
首先,在2.1节中,将详细介绍布格重力异常的概念和其产生原因,包括重力异常的基本定义和重力场的变化机制。
接下来,在2.2节中,将介绍布格重力异常的测量方法,包括重力测量仪器和数据处理技术,并说明如何从测量数据中分析和解释布格重力异常。
重力梯度数据处理与解释方法研究重力梯度数据是探地物理学中的一种重要数据类型,它可以提供地下物质分布的信息。
在地质勘探、矿产资源评价和地震活动研究等领域,重力梯度数据的处理与解释方法的研究具有重要的意义。
本文将探讨重力梯度数据的处理流程以及常用的解释方法。
一、重力梯度数据处理流程重力梯度数据的处理流程主要包括数据获取、数据预处理、特征提取和数据解释几个步骤。
1. 数据获取:重力梯度数据通常通过测量仪器获取,这些仪器可以记录不同位置上的重力梯度数值。
常用的重力梯度数据采集方法包括飞行测量、航船测量和陆地测量等。
2. 数据预处理:在进行进一步的数据处理前,需要对原始数据进行预处理。
这包括数据的滤波、去噪和校正等步骤,以提高数据的质量和准确性。
3. 特征提取:在对重力梯度数据进行处理前,需要提取出其中的有效信息。
传统的特征提取方法包括Hilbert-Huang变换、小波变换和傅里叶变换等。
4. 数据解释:在完成特征提取后,可以进行重力梯度数据的解释。
这包括地形解释、物性解释和异常体解释等。
地形解释可以通过重力梯度数据反演地表形态特征,物性解释可以识别地下物质的类型和性质,异常体解释可以定位地下的异常体。
二、常用的重力梯度数据解释方法1. 梯度异常推断法:梯度异常推断法是利用重力梯度场的空间变化特征来反演地下构造的方法。
通过对梯度异常场进行处理和解释,可以获得地下构造的类型和分布情况。
2. 数据反演法:数据反演法是通过建立地下模型与观测数据之间的关系来反演地下构造的方法。
常用的数据反演方法包括正演模拟、反演优化和参数反演等。
3. 特征分析法:特征分析法是通过分析重力梯度数据的特征来解释地下构造的方法。
这包括特征提取、特征分析和特征匹配等步骤,可以提供地下构造的定量信息。
4. 专家系统方法:专家系统方法是利用专家经验和知识来解释重力梯度数据的方法。
通过建立专家系统的规则和知识库,可以从重力梯度数据中提取出地下构造的信息。
地球物理学中的重力异常解释理论地球物理学是研究地球内部构造和物理学现象的学科,其中涉及到很多现代的科技手段。
其中,重力异常解释理论就是其中的一种重要的研究工具。
这种理论可以帮助地球物理学家更好地理解地球的内部结构和地质属性,并应用于地质勘探和自然资源的开发与利用。
一、重力异常的定义和分类重力异常是地球重力场在不同处产生的扰动,通俗地说,它就是地球表面处处的重量,与一定位置处平均重量之差。
重力异常可分为正负两类,正重力异常表示在正常重力场的基础上,某一区域的重力场比平均重力场增强,而负重力异常则相反。
值得注意的是,地球表面的重力异常分布是高度不均匀的,其中包含着丰富的地质信息。
二、形成重力异常的地质现象形成重力异常的地质现象主要有三种。
一种是密度不同的岩石侵占了另一种密度不同的岩石,这就形成了“重力胶合”,导致特定区域的重力场异常。
第二种情况是,在地球的构造运动过程中可能会形成溶洞、洞穴和空隙,这些洞穴等物质的密度较低,因此造成了区域重力场的异常。
第三种情况是地球内部物质组成与分布的异质性所导致,如地球内部自然放射性元素含量的不均匀分布,会形成类似的地球重力异常。
三、重力异常解释理论重力异常解释理论是一种利用重力异常研究区域地质信息的方法。
该理论是基于物理学原理构建的,对于区域的重力场异常进行解释和分析,以确定区域内地质物质的特征和分布。
该理论包括多种科学手段,如重力数据的采集和处理、地质勘探技术、地震勘探技术等。
在实践中,重力异常解释理论被广泛应用于地质勘探、矿产资源的开发和利用、遥感技术等领域。
例如,科学家使用重力异常解释理论研究了海洋地壳形成的过程和机制、大地构造和板块漂移等问题,并预测了地球内部某些物质的分布、某些石油和天然气资源的分布等。
此外,重力异常解释理论还被广泛应用于地震预测和监测等工作中。
四、结语地球物理学作为一门交叉学科,涉及的学科领域广泛,有着广泛的应用前景。
重力异常解释理论是其中的一种重要研究方法,通过研究地球表面区域重力场的异常来分析地质属性和分布等信息。
重力数据处理解释方法重力数据处理是指对地球或其他天体的重力测量数据进行处理和分析的方法。
通过重力数据处理,人们可以了解地球内部的物质分布和结构变化,研究地质构造、地壳运动和岩石的物理性质等。
下面将介绍几种常见的重力数据处理方法。
1.重力测量数据的收集与处理在进行重力数据处理之前,首先需要进行重力测量数据的收集。
常用的重力测量仪器有落体仪和重力仪等。
测量数据包括重力值、测量点的经纬度和高程等。
然后,对采集到的重力数据进行预处理,如去除仪器漂移、大气压力和海洋潮汐等影响因素,得到相对重力值。
2.重力异常的计算与分析重力异常是指实际测量值与参考重力值之间的差异,它反映了地下物质分布和地下结构的变化。
通过对重力数据进行异常的计算与分析,可以揭示地下构造和地质过程。
常用的重力异常计算方法有布格(Bouguer)异常和自由残差(Free-air)异常等。
布格异常是将测量值减去由海平面到测量点计算得到的理论重力值,同时考虑海平面以下的地壳质量;自由残差异常则是将布格异常再减去由海平面到一些参考高度计算得到的理论重力值。
3.重力数据的噪声处理重力数据中可能存在各种噪声,如仪器误差、大气压力和海洋潮汐等。
为了提高重力数据的质量和准确性,需要对噪声进行处理。
常用的噪声处理方法有滤波、平滑和插值等。
其中,滤波是通过将数据在频域进行变换,并去除高频成分来降低噪声影响;平滑则是通过对数据进行平均或加权平均来降低噪声的波动;插值是指通过已知数据点之间的关系来估算未知数据点的值。
4.重力数据的反演与解释通过对重力数据进行处理和分析,可以推断地下的物质分布和结构变化。
重力数据反演方法主要包括正演和反演两个过程。
正演是指根据已知的地下模型,通过数值计算得到理论重力数据;反演则是根据测量的重力数据,通过数值计算反推出地下的物质分布和结构。
常用的反演方法有二维反演、三维反演和重力异常分解等。
反演结果的解释需要结合地质、地球物理等其他数据,如地震资料和磁力资料等,以确定地下结构的精确性和可靠性。
重⼒勘探—重⼒的解释第五章重⼒资料的解释经过各种校正的重⼒观测数据在进⾏必要的数据处理之后、便是局部重⼒异常(剩余重⼒异常),它单⼀地反映了研究对象产⽣的重⼒异常场,通过对重⼒异常场特征的分析,研究引起异常的地质原因,就是重⼒异常的解释问题。
定性解释主要是推断引起异常的地质原因,确定异常源的形态、范围、⼤致埋藏深度。
定量解释是在定性解释的基础上,对异常源的深度、⼤⼩、产状等进⾏定量计算。
§5.1 重⼒异常解释的基本概念重⼒观测资料校正、处理→局部异常:单⼀反映研究对象产⽣的异常。
⼀、数学物理解释与地质解释1、数学物理解释根据异常分布特征和⼯区的地球物理条件来确定异常质量的形状、⼤⼩、埋深和在地⾯上的投影位置。
有条件时进⼀步确定异常质量的产状要素、剩余质量等。
2、地质解释结合⼯区的地质条件和特点,对质量异常作出地质上的判断。
→→说明引起异常的地质原因和对异常作出地质结论。
⼆、正问题与反问题为了正确地进⾏解释推断,就必须了解重⼒异常与各种地质因素(异常场源)之间的相互关系,包括数量关系。
1、正问题根据已知异常源(地质体)的形状、⼤⼩、深度、产状和物性,⽤数学物理⽅法研究它引起重⼒异常的分布规律、幅度⼤⼩和形态特征等,称为重⼒异常的正演问题,简称正问题。
解正演问题,⼀般都把⾃然界中某些地质休简化为简单⼏何形体(例如把等轴状的地质体近似地抽象成球休,垂直断层近似为垂直台阶等),这是为了研究问题⽅便。
当地质体的形状和密度分布⽐较复杂时,技照场的叠加原理,可把它划分成若⼲简单形态的地质体,然后计算每⼀部分的重⼒异常并把它们累加起来,这样简单⼏何形体的正演问题也就成了复杂形体正演问题的基础。
此外,还往往把密度⼤致均匀的介质宏观上作为均匀介质来研究。
由上述可见,当⽤某种简单形体的物理模型来代替真实的地质体时,总会产⽣⼀定的误差,只不过这种误差不致于影响对重⼒勘探的要求。
2、反问题根据重⼒异常的形态、幅度⼤⼩和分布规律等特征,来确定异常源的形状、⼤⼩,位置和产状等参数,称为重⼒异常的反演问题,简称反问题。
台阶重力异常的梯度解释
魏伟;刘天佑
【期刊名称】《石油地球物理勘探》
【年(卷),期】2005(040)002
【摘要】Stanley、Green与Butler等人提出的重力异常梯度解释方法都是先利用重力异常水平梯度-垂直梯度图得到台阶的倾角与坐标原点(台阶倾斜面与地面的交线上)位置,然后直接利用重力异常水平与垂直梯度确定台阶的上、下底埋深.这些方法必须由人工操作完成,而且当台阶倾角超过10°时会产生较大的误差甚至无法求解.本文在推导二维台阶重力异常一阶及二阶导数与台阶埋深、倾角及产状之间关系的基础上,对Stanley等人的方法做了重要改进:①用最小方差方法以一个二次曲线拟合重力水平梯度与垂直梯度,由此自动计算台阶倾角;②由重力二阶导数推导出计算台阶上、下底埋深的表达式,并自动计算台阶上、下底埋深.与以前方法相比,本方法能够更准确、更快速地求出台阶(接触带)的产状.文中在最后给出六盘山盆地重力资料的计算实例,表明此法能有效地解释台阶重力异常.
【总页数】5页(P238-242)
【作者】魏伟;刘天佑
【作者单位】中国地质大学·武汉;中国地质大学·武汉
【正文语种】中文
【中图分类】TE1
【相关文献】
1.改进的重力异常梯度法在二维断层几何参数定量解释中的应用 [J], 王同庆;陈超;董运洪;王恒信;党学会
2.中国布格重力异常水平梯度图的判读和构造解释 [J], 马宗晋;高祥林;宋正范
3.梯度法解释复杂二维断裂重力异常 [J], 魏伟;刘天佑
4.倾斜台阶重力异常正演计算公式剖析 [J], 马国庆;李宗睿;李丽丽
5.重力异常及其梯度张量DEXP定量解释方法的影响因素分析 [J], 邱峰;杜劲松;陈超
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布格重力异常建模反演在二连盆地油气勘探中的应用杨高印;王君恒;闫后振【摘要】二连盆地由众多小凹陷组成, 伊和凹陷是其中之一.重力资料在盆地\"探边摸底\"、\"定凹选带\"等方面发挥着重要作用.本文基于布格重力异常资料, 利用2.5D建模反演技术对其中横跨主洼槽的两条测线进行可视化建模及正演拟合.其中, 初始模型的几何参数取自二维地震解释结果;物性参数中的纵向密度取自测井声波波速与密度的相关公式.正演拟合为建模反演技术的关键环节, 密度横向变化, 是在拟合过程中通过人机交互试错调整实现.通过正演拟合, 揭示了主洼槽沉积层横向和纵向均存在较大的密度不均匀性, 主洼槽有利于油气生成.与地震解释结果对比, 二者在赛汉组-第四纪、腾格尔组深度相差不大, 但凹陷底部拟合结果与地震解释结果有明显差异.通过钻井结果验证, 正演拟合各沉积层深度与钻井揭示的各层深度结果一致, 二维地震解释结果偏浅, 其可能原因是时深转换选取的速度值偏小造成.%The Erlian basin is composed of many small sags, of which the Yihe sag is one.Gravity information plays an important role in surveys in basins such as\"exploring edges and bottoms\"and\"determining depressions and choosing belts\".Based on Bouguer gravity anomaly data, the two lines crossing the main subsags are visually modeled and forward fitted by using the2.5Dmodeling inversion techniques.In these procedures, the geometric parameters of the initial model are taken from the two-dimensional seismic interpretation results and the longitudinal density in physical parameters is derived from the correlation formula of the acoustic velocity and density of well logging data.Forward modeling is a key part of modeling inversion, and the lateral change of density is achieved throughtrial-and-error adjustment of human-computer interaction in the modeling process.The results of forward modeling show that there is a large density heterogeneity in lateral and longitudinal directions of the main subsags which are favorable for oil and gas pared with the results of seismic interpretation, the depth difference of them in the Saihan Formation-Quaternary and Tengger Formation is not obvious, but the results of the bottom fitting are different from those of the seismic interpretation.Drilling verification indicates that the depth of each sedimentary layer by forward modeling is consistent with that revealed by the drilling.However, the results of the two-dimensional seismic interpretation are relatively shallower, probably because the speed of early time-depth conversion is too small.【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2019(062)001【总页数】15页(P316-330)【关键词】二连盆地;伊和凹陷主洼槽;布格重力异常;建模反演;正演拟合【作者】杨高印;王君恒;闫后振【作者单位】陕西省地球物理学会,西安 710075;中国地质大学(北京),地球物理与信息技术学院,北京 100083;青岛地矿岩土工程有限公司,青岛 266100【正文语种】中文【中图分类】P6310 引言重力勘探是根据岩矿石之间存在的密度差异,进行地质构造研究及寻找矿产资源的一种传统的地球物理勘探方法.20世纪90年代以前,在沉积盆地的早期油气勘探、评价阶段,重力资料在盆地“探边摸底”、“定凹选带”等方面发挥着重要作用.如邓振球(1985)发现塔里木盆地已知几个含油气凹陷的分布与区域布格重力异常之间有着良好的对应关系,进而利用重力资料在该盆地内寻找新的含油气凹陷.杨俊杰和张伯荣(1989)利用简单的布格重力异常图,轮廓性地恢复陕甘宁盆地东部早古生代的沉积环境,进而确定含油气凹陷.重力建模反演技术是通过建立和修改场源初始模型拟合实测重力异常,求取场源物性参数和几何参数,通过正演技术达到反演的目的.已知的地质地球物理信息可以作为物性或者几何边界约束条件来使用,有利于建立更为合理的初始模型,制约拟合过程,提高拟合速度和准确性.常用的拟合模型分二度体、二度半体、三度体.布格重力异常的正演拟合作为建模反演的关键环节,由于计算量大,自20世纪90年代以后,随着计算机的普及才得以快速发展.例如黎益仕等(1994)建立了一套实时编辑、修改重磁模型的正演拟合程序,实现了DOS下的实时正演拟合,极大地提高了拟合工作效率.姚长利等(1998)对重磁异常正反演可视化实时方法技术进行了改进,给出了2.5D多边形截面棱柱体模型,进一步提高了计算速度和质量.不规则截面二度体重力异常的正演计算已经有很多方法(Talwani et al.,1959;Talwani and Ewing,1960;Bhattacharyya and Navolio,1975,1976).较常用的多边形截面法(Talwani et al.,1959)采用边数为N的多边形代替场源体轮廓,按Hubbert(1948)的线积分法计算模型的重力异常.利用2.5度体和三度体模型对任意形状场源进行正演,目前常用点元法、线元法和面元法.这些方法的基本思想是将复杂的地质体分割为众多简单地质体的组合,或将三重积分用数值积分来近似计算,注重剖分方法与实际场源体形状的拟合度以及数值积分替代解析积分的近似度.何昌礼和钟本善(1988)推出了计算复杂形体重力异常的高精度三维多面体法,使用任意三角形构成的多面体逼近地下任意复杂形体.田黔宁等(2001)在人机交互正演拟合技术的基础上,研究了三角形多面体几何特征自动反演技术,并与可视化技术相结合,实现了任意复杂地质体重磁异常三维人机联作反演技术.骆遥和姚长利(2007)统一了对多面体重力场、梯度和磁场正演表达形式进行了统一,在重磁场联合正演的过程中,可以相互利用计算过程中的结果,避免了重复计算,从而提高了正演计算效率.有限元法是重磁正演数值模拟计算中的重要方法之一,能够准确地反映复杂重磁场情况下的场源体分布,对于处理复杂边界问题有显著效果.徐世浙(1994)利用不同的边界条件来求解重力场的场源几何参数和物性参数,其结果具有更高的精度和计算速度.朱自强等(2010)将有限元法应用于二维重力梯度张量正演计算,通过对截面为矩形的两个二度体组合模型进行有限元正演拟合,验证有限元建模方法的精确度,其结果表明,正演拟合曲线与理论模型曲线吻合.台阶模型是重力异常正演拟合的基本模型.在自然界中,如断层、不整合面均可以被近似看作台阶模型,断裂构造可以近似成台阶模型的组合.因此,对断层构造的重力异常进行深度反演和位置解释中,台阶模型及其重力正演公式被广泛使用(张凤琴等,2008;李丽丽等,2012;郇恒飞等,2012).岩石的密度在垂直方向和水平方向常常是变化的(徐世浙等,1984).地层的密度一般随深度增加而增大.根据统计数据(郭武林,1982),地层密度随深度主要呈现线性、双曲线、多项式和指数函数等形式的变化.Cordell(1973)在研究加利福尼亚San Jacin地堑重力异常时首次应用了密度差随深度呈指数变化的模型.Murtly和Rao(Murtly and Rao, 1979; 默撒和罗,1980)提出了密度随深度线性变化的任意二度体的重力计算方法,其中在深部地层的密度随深度呈线性变化,浅部地层的密度呈指数变化,并将均一密度差的Hubbert(1948)的线积分法引伸到密度差随深度变化的情况,从而导出了密度呈线性和指数变化情况下的二度体重力异常正演的方程式.Rao(1985,1986)给出了密度随深度呈二次多项式函数变化的二度矩形棱柱体所构成的断裂模型的重力正演解析表达式.姜枚等(1986)通过采用密度随深度线性变化的梯形组合模型来模拟地壳的密度结构.陈胜早(1987)在苏浙皖地区进行重力盆地模拟时采用了密度为深度的三次多项式函数,指出多项式函数可以很好地描述不同深度密度变化的实际情况.张建中等(2000)用任意的多项式函数表示地层密度随深度的变化,提出了一种二度体变密度的重力正演建模方法.至今,对于密度的横向变化研究相对较少,密度横向变化在重力盆地模拟拟合时尤其重要.1 建模反演原理建模反演技术是基于地震和声波测井资料建立初始模型,然后通过“人机交互式”修改模型的形态及密度参数来进行可视化正演拟合.其中,正演拟合解决反问题,为建模反演的关键环节.正演模型的二维假设或近似难以满足实际复杂的地质情况,在进行实际资料拟合时,不能真实的反映地下地质特征;针对重力异常直接进行三度体正演,由于其数据量大,计算效率低;而对2.5D场源体采用有限长棱柱体的任意组合,几乎可以逼近任意复杂的场源体,数据计算效率较高,并且对于像二连盆地中的小凹陷,密度横向和纵向均有变化的场源体具有较好的拟合效果.1.12.5D棱柱体模型2.5D体(即二度半体)是指沿走向截面位置、形状和物性参数不变的有限延伸地质体.对如图1所示直角坐标系下的一个多边形2.5D棱柱体,设其密度为ρ,则在空间任一点p(r)引起的重力异常Δg(r)(姚长利和管志宁,1997)为(1)其中,(2)G为引力常数,i为棱柱体角点的标号,N为棱柱体的边数,图1 多边形棱柱体模型示意图Fig.1 Polygonal prism model实际正演计算时发现,在上半无源空间,当2.5D棱柱端面与计算点共面且共线情况下(如计算点位于AiAi+1的延长线上),表达式中反正切项均出现分子和分母同时为零的情况,以及在重力公式中也有可能出现部分对数项为零的情况.这些测点的场值成为正演表达式无法计算的解析“奇点”.针对这些解析“奇点”,骆遥,姚长利等推导出了2.5D重力异常无解析奇点理论表达式.得出:(3)其中,ui,ui+1,wi,ri,ri+1,Ri,Ri+1表达式与之前相同,而φi不同.(4)cosφi= sign[(xi+1-xi)(zi+1-zi)](5)其中,1.2 变密度模型徐世浙等(1984)利用奥氏公式将重力异常的体积分变换成闭合曲面上的面积分,然后将闭合曲面剖分成许多三角单元,并利用高斯求积公式对每一单元进行数值积分,最后将各单元的积分相加,即得到所求的重力异常.在变密度的情况下,计算重力异常的公式是Δg(x,y,z)=G∭(6)式中场域计算点的坐标为(x,y,z),ρ(ξ,η,ζ)是物体的密度差,它是场源域坐标的函数.令ρ(ξ,η,ζ)=Aξ+Bη+Cζ+D,其中A,B,C为ξ,η,ζ方向的密度变化率,D为坐标原点的密度差.徐世浙是基于密度在横向和纵向上均呈现线性变化构建变密度正演模型,而本文所使用的2.5D棱柱体模型是利用波速换算的地层密度(见3.2.2节),赋予每个棱柱体初始的密度值,通过多个棱柱体在纵向的叠加实现密度随深度的变化,以及适当改变单个棱柱体的密度值实现密度在横向的变化.在伊和凹陷,密度模型不仅在纵向上随地层深度的增加呈现线性或二次函数形式的变化,而且在横向上也存在一定规律的变化,即沉积凹陷中心的密度较小,边部较大.2 二连盆地地质与地球物理概况二连中生代含油气裂谷盆地群位于我国北部,行政区划属内蒙古自治区锡林郭勒、乌兰察布和巴彦淖尔三个盟管辖,面积约13.9万km2(见图2).传统上划分为2个隆起与5个坳陷,二级单元划分为58个凹(断)陷和22个凸起(费宝生,2001).这58个经正断层强烈拉伸、裂陷而形成的凹陷组成了小微盆地群.盆地分割性强,单个凹陷的规模较小(崔周旗等,2001;吴少波等,2003;易士威等,2006;李金良等,2007).图2 伊和(沙那)凹陷地质与地理位置图Fig.2 Yihe Sagging geology and geographic location二连盆地在同一裂谷期(早白垩世),各凹陷不同程度地发育了巴彦花群沉积地层,自下而上为阿尔善组、腾格尔组一段、腾格尔组二段和赛汉塔拉组,构成纵向完整的粗-细-粗旋回.主要的生油层系为阿尔善组、腾格尔组一段.储集层的种类繁多,主要为沉积碎屑岩,砂岩体的成因是多种多样的,最重要的是浅湖相带中的扇三角洲,此外,浊积岩体也是重要类型.盖层岩石类型单一,主要为泥质岩类,下白垩统巴彦花群沉积时期发生了3次湖侵,总时间连续约1600万年,自上而下形成了阿尔善组、腾一段和腾二段3套泥岩盖层,其中腾二段暗色泥岩在凹陷内分布广泛、厚度大,是重要的区域性盖层(郝银全等, 2006).二连盆地沉积物的分布具有离盆地边缘愈远,沉积物的粒度愈细、密度愈小的特点,以及沉积凹陷深水区是泥岩的发育中心区域,发育有生物质泥岩,而泥岩密度较小,这会使得沉积凹陷中心密度较小,边部较大.对于这种密度横向变化的刻画有重要意义,凹陷中心密度越小,引起重力负异常幅值就越大,如果岸边物质补给越少,凹陷古沉积中心深水环境维持时间就越长,对盆地生油就越有利.二连盆地布格重力异常具有明显的东高西低的特点,重力异常最高为-10×10-5m·s-2,西部最低值达-154×10-5m·s-2.这一特征主要反映了莫霍面埋深的变化,表明东部地壳厚度薄,向西逐渐加厚.局部重力异常主要反映凹陷的位置,如赛汉塔拉、阿南、乌里雅斯太、巴音都兰、伊和等多个凹陷均与局部重力异常吻合.3 伊和凹陷地质地球物理概况伊和凹陷又称沙那凹陷(据中石油),位于我国北部的内蒙古高原中部,行政隶属于内蒙古自治区锡林郭勒盟阿巴嘎旗(见图2)伊和高勒苏木.3.1 地质概况二连盆地自20世纪80年代在马尼特拗陷发现了阿尔善油田之后,开展了大规模石油勘探,在伊和高勒地区,完成了1∶20万重力、磁力、电法普查和测网为1 km×1 km至1 km×2 km的二维地震勘探工作,发现了伊和凹陷,并于1984年11月钻探了B6井,发现了下白垩统暗色泥岩.构造上,伊和凹陷位于二连盆地马尼特坳陷西部地区,是一个呈北东走向的中生代凹陷,东西长约60 km,南北宽约20 km,面积约1200 km2,白垩系最大埋深约2800 m.凹陷呈不对称双断,北陡南缓,中心偏于北侧断裂,分东、中、西三个次级洼槽,中洼槽是主洼槽(图3).油气藏分布严格受控于主洼槽,从油气生成到聚集成藏,主洼槽自成体系,并经过长期深水环境,形成大量生物质黑色泥岩,这是形成生油岩的必要条件.图3 伊和凹陷断裂与构造单元分布图Fig.3 Yihe sag fracture and tectonic unit distribution单一地震资料解释认为凹陷分割性强、基底T11埋深浅,最深处不超过2500 m.主洼槽又被“中央隆起构造带”分解为南北两个面积更小的沉积中心,湖相、浅湖相沉积范围局限,综合评价为Ⅲ类凹陷,为欠有利凹陷,因此,中石油终止了该区的勘探工作(杨高印,2014).2008年初,作者对伊和凹陷及其邻区重力资料进行了重新的精细处理与解释,认为伊和凹陷是一个有利的下白垩统生油凹陷.2013年8月YHB1井于井深1198~1302 m发现厚104 m的油气显示段,并获工业油流,实现突破.同时发现底部存在一个可疑的沉积旋回(介于阿尔善组和古生界之间),这个可疑旋回在后面的分析中多次提到.3.2 地球物理特征在伊和凹陷,有1∶20、1∶1万重力资料,磁力普查资料和测网为1 km×1 km至1 km×2 km的二维地震勘探资料,B6、YHB1、YH-3、YH-5和YH-6井的测井声波速度资料.3.2.1 布格重力异常特征伊和凹陷布格重力异常的形态呈南北高、中间低、北东向的特征(图4).东南部布格重力值最高可达-92×10-5m·s-2,研究区西南部重力值最低达-119×10-5m·s-2. 在研究区中东部,布格重力异常北东向展布,在西部重力异常则南北向展布.布格重力异常的特征反映出凹陷前中生界基底面起伏及各沉积地层的起伏形态和密度变化特征,三个重力低与三个洼槽有好的对应关系,还间接地揭示了古沉积深水环境的稳定性和生物质泥岩的发育程度.布格重力异常有面积和异常幅值的大小,在二连盆地各凹陷重力负异常处理和解释中,也需要考虑这两个因素.异常的面积由凹陷面积大小决定,负异常的幅值由凹陷的深度,特别是主洼槽的深度,以及其中的岩性所决定.在考虑凹陷的生油条件时,主洼槽的生物泥岩厚度和面积是主要因素.在凹陷重力低异常幅值大小形成机理中,有两个方面的内容.一个方面是由于凹陷存在质量亏损,另一个方面是质量亏损的大小和类型.其中,质量亏损的大小涉及凹陷的深度,类型涉及深水生物泥岩的厚度.比如同样面积和深度的凹陷,如果岸边物源补给强度较弱,即有相对长期的深水环境,形成的生物泥岩较厚,重力负异常的幅值就越大;如果岸边物源补给强度较强(如哈邦凹陷),深水沉积有较多的泥砂成分,形成细砂岩、黑色泥岩的薄互层,平均密度较大,重力负异常幅值就小.所以,在一般条件下,负重力异常越低,面积规模越大,预示深水沉积环境越好,生油岩越发育.在二连盆地中,重力异常和凹陷含油气状况有密切关系(见表1).表1 重力异常与凹陷面积、深度、深水环境和烃源岩的关系Table 1 The relationship between gravity anomalies and depression area, depth, deep water environment and source rock布格重力异常凹陷面积凹陷深度深水环境烃源岩异常面积大大/可能稳定可能好小小/不稳定差负异常幅值大/大稳定好小/小不稳定差图4 伊和凹陷布格重力异常(含二维地震测线位置)图Fig.4 Yihe sag Bouguergravity anomaly (including the position of 2D seismic line)再从凹陷形成过程的角度分析,决定布格重力异常有两个关键因素:凹陷基底深度和砂、泥岩分离程度.基底埋深与重力负异常幅值大小密切相关.砂、泥岩分离程度决定了凹陷(找油角度)优劣程度,凹陷的分离程度越好,找油前景越好.其中,搬运距离和水动力活跃程度是决定砂、泥分离程度的两个决定性因素.搬运距离越长、水动力越弱,砂、泥分离程度就越好,就更易于形成深湖相暗色生物泥岩沉积区. 凹陷形成过程中“砂泥同源”,砂、泥分离程度具有以下一般特征:①凹陷之间比较:凹陷大,搬运的距离长,砂、泥更易于实现彻底的分离;②坳陷内部比较:靠近坳陷中心的凹陷,砂、泥更易于完成彻底的分离(一般地水动力弱),靠近隆起区或者山区,则不易于实现砂泥的彻底分离;③一个凹陷的内部,主洼槽更利于砂泥的彻底分离(如阿南凹陷的多个洼槽,只有善南洼槽有油气勘探的价值);④一个主洼槽的内部,缓带比陡带更易实现砂泥的分离(缓带距离长、水动力弱).伊和凹陷主洼槽面积358 km2,YH175地震测线对应的布格异常幅值最大-131.0 mGal,平均-125.6 mGal,YH177地震测线对应的布格异常幅值最大-131.5 mGal,平均-124.1 mGal.主洼槽较深面积较大,深水沉积环境维持周期较长,生物泥岩发育;砂、泥分离较好.3.2.2 密度特征地质体中的密度值与地震波在地质体中的传播速度是密切相关的(徐公达等,1995),利用速度资料换算的密度参数会方便准确.前人通过露头标本测定、钻井岩芯测定、声波测井及地震速度换算得到二连盆地密度资料(见表2).表2 二连盆地岩石密度统计表Table 2 Statistics on rock density of Erlian basin地层测定密度(g·cm-3)换算密度(g·cm-3)备注KzQ+R2.052.03一般几十米厚K22.20-局限K1bs2.172.15MzK1bK1bt2.252.30K1ba2.472.48J2.552.55Pz2.652.68火成岩花岗岩、花岗闪长岩2.55辉长岩、辉绿岩2.7~3.0伊和凹陷的内部,沉积物粒度大小所引起的密度变化大于相同粒度不同沉积时代的沉积物密度变化,泥岩密度小于砂岩的密度,剧烈的锯齿状密度-井深变化曲线清楚地反映出砂、泥岩之间的密度差异情况(图5).利用最小二乘法对波速和密度进行线性、二次函数拟合和指数拟合(图6).对比三种拟合曲线,发现二次拟合与指数拟合效果不明显,线性效果较好,选择地震波速与地层密度线性关系公式.最小二乘法公式如下:图5 YHB1测井P波波速与密度曲线图Fig.5 P wave velocity and density curve of YHB1(7)将各点的数据代入(7)式,计算出参数a0=2.8178、a1=-0.0018,即密度与波速关系式为:ρ=-0.0018VP+2.8178.利用关系式对YH-11和YHB1井密度与深度数据进行分析(图7),证实地震剖面解释得出的伊和凹陷存在三个速度界面,也是密度界面,存在密度差异,即T3、T8和Tg界面两边密度有明显变化.这些界面将凹陷沉积层按密度分为4个:图6 YHB1井地震波速与地层密度拟合曲线对比Fig.6 The comparison of seismic wave velocity and stratigraphic density fitting curve of YHB1 (1) T3以上地层(包括新生界、上白垩统的赛汉组)为赛汉组-第四纪,计算平均密度为2.16 g·cm-3;(2) T3-T8之间的层位为腾格尔组,计算平均密度为2.3 g·cm-3;(3) T8-Tg之间的阿尔善组,计算平均密度为2.39 g·cm-3;(4) Tg以下地层为基底,密度最高,计算平均密度为2.6 g·cm-3.T3上下地层之间的密度差为0.14 g·cm-3,T8上下地层之间的密度差为0.09 g·cm-3,Tg上下地层之间的密度差为0.21 g·cm-3.4 建模反演伊和凹陷油气藏分布主要在主洼槽,所以选择横穿主洼槽的两条测线做拟合,并且,这两条测线与二维地震YH175和YH177测线重合,便于建模和多种资料对比.通过人机交互,先计算初始模型异常曲线,然后修改模型几何参数,最后修改物性参数的办法使得计算曲线与实测曲线重合.4.1 初始模型建立初始模型包括几何参数和物性参数.几何参数主要有各地层界线深度及地层厚度,断裂及其对地层的切割状况,不整合面等,物性参数主要有各地层平均密度、剩余密度以及密度的横向和纵向不均匀等.图7 YH-11 (a)和YHB1 (b)井密度曲线Fig.7 The density curve of YH-11 (a) and YHB1 (b)4.1.1 物性参数的选择如3.2.2节所述,伊和凹陷存在的三个密度界面(T3、T8和Tg),将凹陷分为4个层位,即赛汉组-第四纪(K1bs-Q)、腾格尔组(K1bt)、阿尔善组(K1ba)和基底(古生界Pz ),根据波速与密度的关系式,计算每层平均密度值分别为2.16 g·cm-3、2.30 g·cm-3、2.39 g·cm-3、2.60 g·cm-3.由于腾格尔组厚度较大,另将其分为腾二段(K1bt2)、腾一段上和腾一段中下(K1b-K1b),计算密度分别为2.30 g·cm-3、2.32 g·cm-3、2.35 g·cm-3.初始模型暂时不考虑密度横向不均匀的影响.4.1.2 几何参数的选择根据地震剖面解释结果可以得到赛汉组-第四纪、腾二段、腾一段上、腾一段中下和阿尔善组的厚度大致为500~650 m、300~400 m、550~700 m、600~750 m和300~400 m,以及这些界面的走向、倾向和倾角.在伊和凹陷共有大小断裂17条,走向主要为北东向和北北西向,均为正断层.规模较大的两条断裂(F1和F2 )走向北东,分列主洼槽南北两边(图3和8a),其他的断裂基本上都发育于这两条大断裂之间,并对每个界面形成复杂的穿切.T3分界面为角度不整合面.4.2 正演拟合4.2.1 横向和纵向密度不均匀结果对4.1节所述的YH175线初始模型进行计算,正演曲线和实测曲线在测线中心位置具有显著的差异,即模型布格重力异常幅值小于实测布格重力异常,最大相差3 mGal(见图8a).因此,利用地震解释结果建立的密度横向均匀初始模型与实际地质体存在一定的差异,需要对初始模型做进一步修改.保持初始模型密度保持不变,通过改变模型的几何参数(各层边界)拟合实测布格重力异常值,当模型重力异常曲线与实测曲线吻合时,得到的各地层界面高低起伏不平,与地震资料矛盾,也不符合自然沉积规律,尤其是赛汉塔拉组-第四系底部较为明显(图8b).将模型的深度增大,同时考虑物性参数横向不均匀性,即将模型中心密度适当减小,边部增大,经反复试错拟合,使模型异常曲线与实测曲线重合.拟合的各地层界限变得平整(见图8c),与地震解释相符,但凹陷深度比地震解释结果要大.经过同样的过程,可做出YH177线同层密度不均匀时正演拟合结果(图10a).将正演拟合结果与伊和凹陷地质特征对比分析得出:(1) 沉积凹陷在其形成过程中,凹陷周缘的物质由于风化作用形成的沙粒及黏土,搬运到凹陷后,形成砂、泥岩.伊和主洼槽面积大,搬运的距离长,砂、泥实现彻底分离,粗的砂岩分布在凹陷的边部,泥岩分布在凹陷的中心;凹陷的沉积中心是泥岩最发育的区域,而砂岩密度较大,泥岩密度较小,这会使得沉积凹陷中心密度较小,边部较大,形成密度横向不均匀.(2) 沉积凹陷中心为深水区,既是泥岩的发育中心区域,也是好烃源岩发育的区域,。
略说对重力异常的分析1理论模型数据试验对比优化滤波法以频段3为浅源信息、频段1和2为深源信息进行滤波,结果见.对比上述各图可见,带通滤波法、熵滤波法、非线性滤波法和优化滤波法均能有效地压制高斯噪声干扰,除了C层有效信号保留得不是很好外(因为其频率与噪声较接近),和B层的有效信号都得到了较好的保留;而向上延拓法在压制高斯噪声干扰的同时,也部分压制了有效信号.在进行分离区域异常时,带通滤波法的滤波波长为4000m,向上延拓高度为1000m;熵滤波法滤波窗口为3000m;非线性滤波法的滤波波长为4000m;优化滤波法以频段2和3为浅源信息、频段1为深源信息进行滤波,所得结果如b所示.通过对比分析可知,带通滤波法、向上延拓法和熵滤波法在有效压制高频噪声干扰及B,C层局部异常的同时,也部分压制了层的区域异常,尤其是向上延拓法的区域异常被压制最多;非线性滤波法较好地保留了区域异常,但B层的局部异常压制不够彻底,部分遗留在区域异常上;优化滤波法不仅有效地压制了高斯噪声干扰及B,C层的局部异常,层的有效信号也得到了较完整的保留.分别利用各种方法去除高斯噪声后的异常减去区域异常,即可得到分离B,C 层的局部异常,所得结果如c所示.通过对比上述各图可知,带通滤波法、向上延拓法和熵滤波法都能有效分离出B,C层的局部异常,但也遗留了层的部分区域异常,尤其是向上延拓法的区域异常遗留较多;非线性滤波法分离结果没有明显的区域异常,但B层的局部异常被部分压制;优化滤波法则有效压制了高斯噪声及层的区域异常,B,C层的有效信息都被较好地保留了下来.通过上述理论模型数据试验对比分析得出,优化滤波法异常分离效果最好,非线性滤波法次之,带通滤波法和熵滤波法再次之,向上延拓法分离效果最差.因此,下面我们将利用优化滤波法对芦山地震震区布格重力异常进行处理,以初步分析认识此次地震发生的构造背景.3芦山地震震区重力异常分离与特征分析本文采纳的布格重力异常数据来自ZG地质调查局,比例为1∶100万,XX格化点、线间距均为5km.研究区内布格重力异常均为负值,异常值由南东北西逐渐减小,异常幅度。