基于地球物理反演结果对沂沭断裂带中段深部结构再认识

沂沭断裂带为郯庐断裂带山东段的大断裂,其深度切穿莫霍面,把鲁中造山带与苏鲁造山带隔开,断裂带的活动情况影响山东地区大地构造的稳定性。以往的工作多集中在地表或近地表地质要素的调查和研究,局部也开展了一些地球物理探测工作,大多以剖面为主,对区内地质构造的认识比较局限。本文收集沂沭断裂带约14600 km2范围的区域重力数据,并对其进行了定性解释和三维定量反演,获得了区内地下30 km内的相对密度分布。综合研究了从诸葛镇到五连金矿的精测剖面,其中包括重力、磁法和大地电磁3种方法。由此得到以下几点结果:(1)揭示了区内东部地下存在一条巨大的隐伏隆起构造,深度约2 km到10 km,从南南西方向延伸到北北东,有3个局部核心区:分别是石桥子镇往西南约30 km范围、由桑园镇、五莲县金矿及许孟镇三者之间的区域、以湖头镇为中心向北向南各延伸约30 km范围。(2)地表观察的断裂F1和F2比由反演的相对密度确定的断裂F′1和F′2向东偏移,而且北部偏移比南部更大。(3)重力、磁法、大地电磁测深综合剖面S1—S2研究表明,沂沭断裂带北段内岩矿石具有较低的相对密度、较低的磁性和较低的电阻率特征,意味着断裂带在北部具有张性特点。综上所述,研究区内东部上地壳内存在隐伏隆起构造,昌邑—大店断裂和安丘—莒县断裂在北部具有张性断裂特征,在南部具有挤压特征,莒县以南小地震方式释放部分应力。

淮南-溧阳大地电磁剖面与地质结构分析

研究跨长江中下游成矿带宽频大地电磁测深剖面得出，华北板块与扬子板块的电性差异明显，二者以张八岭隆起为界线，其西侧为合肥沉积盆地，主体电阻率较低。合肥盆地上地壳深度约12km，电阻率约50～500Ω·m，为相对高阻，中下地壳为大片低电阻率，约10～20Ω·m，推测与高温、含盐度、结晶水有关。电性莫霍面深度约34～38km。在张八岭隆起以东，扬子板块导电性较差，电阻率较高，约500～5000Ω·m。主要原因与火山岩侵入活动和中生代灰岩出露地表有关；宁芜盆地和溧阳盆地上地壳电阻率相对较低，中下地壳电阻率较高；溧阳盆地电性莫霍面明显，深度约30～32km；宁芜盆地之下电性莫霍面不明显，可能与岩体侵入有关。宁芜盆地成矿带与燕山期多期次火山侵入活动密切相关，大量富含金属离子的岩浆和热液沿地层界面或断层裂隙上涌，并与沉积围岩发生强烈矿化作用，最终形成了铁、铜、银等多金属矿床。

三维坑道直流聚焦法超前探测的电极组合研究

在坑道超前探测方法中,直流电阻率法原理和操作简单,应用前景广阔,其中侧向聚焦电阻率法应用在测井中已经成为一种常用方法.本文研究了三维坑道直流聚焦法电极组合,首先计算分析了两个同性点电源的电流分布规律,指出由于电流的相互排斥作用,电流密度在这两个点电源的中垂线下一定深度处产生最大值,这个深度与这两个点源之间的距离成正比.基于上述原理,设计出三种电极组合:四点电源、五点电源和九点电源布极方式.其次,用三维有限单元数值模拟的方法计算了上述三种电极系的空间电位分布,得出九点电源方式对电流聚束效果较好,而且当主电极电流小于屏蔽电极电流时效果最好.

浅部不均匀体对目标体电阻率异常影响的研究

浅部不均匀体能使电阻率测深曲线产生严重的畸变 .为了从根本上消除浅部不均匀体的干扰 ,本文采用三维有限元数值模拟的方法 ,计算出浅部不均匀体异常和混合体 (目标体 +不均匀体 )异常 ,通过一定的校正方法 ,把不均匀体影响从混合异常中校正掉 。

三维地形直流电阻率有限元法模拟

基于稳定电流场的基本方程、三维区域满足的边值问题以及相应的变分问题,研究了三维起伏地形条件下电阻率的有限单元数值模拟算法.离散积分区域时,以三棱柱为最小研究单元,推导了含有地形特征信息的三线性插值型函数以及单元刚度矩阵.采用变带宽、一维数组方式只存储稀疏刚度矩阵中非零元素,能够节约内存.利用Cholesky分解法只分解一次大型稀疏矩阵,通过回代可以求出方程组的全部解,当求解有多个供电点的测深问题时可以缩短计算时间.模型计算表明,在水平层状介质模型上,三维计算结果与解析解或二维数值解十分吻合,计算精度满足误差要求.在二维山脊上的二极剖面或三维山谷上的中间梯度剖面上,其三维计算结果与相应模型的土槽实验结果或边界元法计算结果也非常接近.

煤矿巷道直流三极法超前探测的可行性

全空间巷道超前探测由于受到掌子面前方及上下左右岩土介质的影响异常要复杂许多,应用直流电阻率法进行超前探测也会遇到同样的问题.本文从理论计算和三维数值模拟两个方面分析了直流电阻率三极测深法超前探测的能力,结果表明:在理想情况下,当掌子面前方存在一定规模的低阻体时只能引起巷道底板上三极测深视电阻率曲线单调下降,且影响很小,仅凭几条这样的曲线还无法判断低阻体的空间位置.因此,目前在煤矿巷道广泛使用的三极超前探测方法前景令人担忧.

航空瞬变电磁法的全时域视电阻率计算方法

鉴于ATEM数据量大质低的特点,视电阻率仍是最有效而直观的参数.本文给出了适用于ATEM多种观测条件下(包括各种装置类型,发送波形,关断电流等情况)的全时域视电阻率的计算方法,并对典型层状大地模型的理论瞬变电磁响应作了全时域视电阻率及其对应等效深度的计算.结果表明,全时域视电阻率随等效深度变化的曲线可定性反映地下介质电性特征,并可近似估计低阻或高阻层上界面深度.对于非单调下降的瞬变电磁曲线,该方法也能取得较好的计算结果.

固定点源测深激电异常研究

电阻率法三维有限元数值模拟方法的实现,给研究形状复杂的地质体的电性异常提供了有力工具.本文利用该数值模拟程序,通过先模拟计算模型的视电阻率,然后利用视电阻率和视极化率的转换公式转换,从而实现对激电异常的数值模拟.文章计算并分析了固定点源测深法在各种1-D、2-D、3-D模型下的激电异常规律及定量解释结果,力求使人们从空间不同角度了解该方法的IP异常规律,从而指导野外生产实践,提高解释效率和精度.

时间域航空电磁2.5维非线性共轭梯度反演

对于时间域航空电磁法二维和三维反演来说,最大的困难在于有效的算法和大的计算量需求.本文利用非线性共轭梯度法实现了时间域航空电磁法2.5维反演方法,着重解决了迭代反演过程中灵敏度矩阵计算、最佳迭代步长计算、初始模型选取等问题.在正演计算中,我们采用有限元法求解拉式傅氏域中的电磁场偏微分方程,再通过逆拉氏和逆傅氏变换高精度数值算法得到时间域电磁响应.在灵敏度矩阵计算中,采用了基于拉式傅氏双变换的伴随方程法,时间消耗只需计算两次正演,从而节约了大量计算时间.对于最佳步长计算,二次插值向后追踪法能够保证反演迭代的稳定性.设计两个理论模型,检验反演算法的有效性,并讨论了选择不同初始模型对反演结果的影响.模型算例表明:非线性共轭梯度方法应用于时间域航空电磁2.5维反演中稳定可靠,反演结果能够有效地反映地下真实电性结构.当选择的初始模型电阻率值与真实背景电阻率值接近时,能得到较好的反演结果,当初始模型电阻率远大于或远小于真实背景电阻率值时反演效果就会变差.

椭球体上双频激电法的正演与反演算法

基于柯尔-柯尔频散理论,采用中间梯度上椭球体的复电阻率计算相应的幅频率,讨论椭球体的充电率、中心埋深和长轴倾角对幅频率异常和曲线形态的影响;研究幅频率资料的反演算法。研究结果表明:由于中间梯度剖面数据量非常有限,选择最小二乘迭代拟合算法是合适的;偏导数矩阵采用差分的方法求得,对模型参数进行无量纲处理,提高了反演效率;该反演算法迭代速度快,能够稳定收敛,反演效果较好。

航空瞬变电磁数据一维Occam反演

分析了奥克姆(Occam)反演法的原理和计算方法,并将其应用于时间域航空电磁一维反演中,给出了一种简便的正则化参数搜索方法,对迭代过程进行了改进,大大提高了反演速度,5次迭代约20s。在反演初始模型中,电阻率数据由原始感应电动势数据通过自动迭代法转换而来,深度数据由初始电阻率计算得出。经算例表明,收敛过程中满足拟合差最小的拉格朗日乘子μ值随迭代次数增加而递减;反演过程非常稳定,一般5次迭代至10次迭代就能达到收敛,对低阻层的反演深度和电阻率值都接近真实值,但对高阻层的反演深度和电阻率值误差较大。

航空瞬变电磁法关断电流斜坡响应的计算

深入分析了现行地面瞬变电磁法中存在关断电流斜坡响应的计算方法,指出其中存在的不合理之处,提出用冲激响应积分算法计算存在关断电流斜坡时的瞬变电磁响应,并应用于航空瞬变电磁法一维正演计算中.计算结果表明,当存在关断电流斜坡时,早期的感应电动势明显大于没有断电后沿的值,且受影响的时间范围约为十倍的电流后沿宽度;当后沿宽度较大时,甚至晚期的感应电动势也出现了明显的误差.由此得出,在航空瞬变电磁法仪器设计和实测资料处理过程中,关断电流斜坡的响应不容忽视.

不同电阻率测深方法对旁侧不均匀体的反映

利用三维有限元数值模拟,重点研究了旁侧三维不均匀体所产生的视电阻率的影响问题,展示了4种常规电阻率测深法在旁侧不均匀体上的异常分布特点;探讨了测深点正下方目标体异常与旁侧不均匀体异常的区别问题,指出旁侧不均匀体的影响是产生电阻率法假异常的主要原因之一。

由电法勘探资料计算地下水矿化度的软件系统

地下水矿化度是划分地下咸淡水的重要参数,过去人们常用手工计算。但由于涉及的参数众多,计算过程烦琐,人工计算不仅速度慢,而且容易出错。一种利用VisualFortrain和C++编制的批量计算地下水矿化度的软件系统,可有效地解决这类烦恼。该系统根据事先由电(磁)测深资料反演出的真电阻率数据,借助水文地质资料划分出不同区块的孔隙度、水质类型及温度等参数,自行判别计算公式,在数秒内可算完一条电(磁)测深剖面下的地下水矿化度。经实际试算,效果令人满意。

三维地电模型数值模拟中视电阻率真假异常特征分析

本文概要介绍了三维数值模拟中双网格系统的剖分方法,并通过几种典型模型的有限单元法三维数值模拟计算(网格单元电导率分块均匀、电位三线性变化),充分揭示了对称四极电阻率测深法三维地电模型视电阻率真假异常的分布规律,分析了产生真假异常的原因,并研究了真异常的形态与引起真异常的地质体位置的关系。

震前重力扰动的频谱特征和远场效应（英文）

探索地震前兆是一件具有挑战性的研究。本文采用高通滤波的方法,处理分析了来自世界不同位置4个超导重力台站5次大地震前的秒级固体潮重力数据,发现在这些地震发生之前数天内,能够接收到稳定的重力高频扰动信号,其中2008年5月12日的汶川地震前出现一个主频为0.1-0.3Hz的重力扰动,而其他4次地震前出现两个主频为0.12-0.17Hz和0.06-0.085Hz的重力扰动。另一个发现是当地震发生在大陆与海洋板块断裂带时这种重力扰动信号具有远场效应,即重力扰动异常出现在距离震中较远的超导重力仪上,而较近的台站异常较小或没有异常。以上研究结果表明,这种重力扰动信号与地震发生具有较密切的相关性,可作为一种有潜力的临震预报信号;重力扰动信号的远场效应也许能够揭示某些地震发生前地球内部板块之间的相互作用机制。但由于地球上重力固体潮台站分布的非常不均匀,上述结果还需要今后研究更多的样本数据加以证实。

缺陷端承桩稳态动测导纳响应的正演模拟

根据分布参数系统并采用动静平衡隔离单元法 ,建立缺陷桩动测导纳响应的数学模型 ,编制相应程序 ,详细研究了三种主要缺陷桩的位移、速度、加速度导纳响应 。

伽马能谱测量和米测温在地热调查中的应用

介绍了伽马射性脉冲计数和米测温的工作原理,总结了已知温泉附近伽马射性脉冲计数和米测温特点:张性断层上方具有较高的伽马射线脉冲计数;在脉冲计数最大测点做伽马能谱测量得出该地铀元素含量较高;米温结果显示该地具有较高的热背景值。依据上述特征,在同一断层的另一泉水出露地区,开展了伽马射线脉冲计数和米测温工作,但伽马射线脉冲计数较小,米测温没有发现有利的地热背景值。泉水化学分析表明,未知区泉水来自浅地表水。地表露头也显示该处断裂后期改造强烈,且形成长达300 m的压性断裂带,不宜形成储热构造。

用FPS定量解释法实现三维近似成像的探讨

目的 在激发极化数据解释中,过去常采用原始曲线的特征值法,现介绍一种用FPS定量解释法确定异常体空间位置的三维近似成像方法。方法 用FPS定量解释法确定异常体空间位置的三维近似成像方法。结果 该方法可以较准确的确定异常体的上下左右边界以及异常体在垂直测线方向上的延伸情况。结论 算例表明,这种作图解释成像的方法效果较好,值得推广应用。

时间域航空电磁法2.5维有限元模拟

采用三角网格剖分的有限元法,研究了2.5维航空瞬变电磁法正演模拟问题。利用时频变换数值方法将时间域电磁场转换到拉氏域,再利用傅里叶变换将三维问题降维变为2.5维问题,然后由有限元法求解得到拉氏域二维电磁场,逆拉氏变换后得到时间域航空瞬变响应。为了回避正演模拟中总感应磁场在场源处的奇异性问题,采用异常场算法,场源响应通过在微分方程中施加背景电磁场实现。由于瞬变电磁信号具有较大的动态范围,而且需要经过两次正、逆拉氏变换和傅里叶变换,每个环节的计算精度和速度要严格控制在较高的水平上,否则积累误差会非常大。模型计算表明均匀大地和层状大地模型解析解与数值解吻合很好。这证明该算法是正确可行的,可作为研究二维复杂地质体的方法手段。