辽南瓦房店地区金伯利岩航磁垂向梯度异常特征及找矿意义

航磁垂向梯度数据较航磁ΔT数据优势明显,可以有效识别地磁场的微弱变化。辽南瓦房店地区40%的金伯利岩体具有明显的梯度异常显示,可验证航磁垂向梯度技术在金刚石找矿中的有效性。本文通过分析瓦房店地区获取的大比例尺航磁垂向梯度资料,研究航磁垂向梯度异常特征与已知金伯利岩体产状的关系,发现岩体多位于NEE向孤立梯度异常中,岩体走向与异常走向基本一致,异常形态多表现为拉长的椭圆状,长轴走向多为NEE向,异常梯度值一般不大于150 nT/km,异常规模通常比地表出露范围大,对岩体的分布范围反映清晰。区内地质背景相似的NEE向航磁梯度异常对今后的金刚石矿勘查部署具有重要的指导意义,建议结合其他地质资料优选重点异常,布置大比例地面磁法、电法等地球物理方法查明引起异常的原因并评价其找矿前景。

利用垂直重力梯度异常反演海底地形

根据海底地形与海面重力异常之间的响应函数关系,给出了海底地形起伏与海面垂直重力梯度异常之间的响应函数关系。据此,采用高斯型海山模型,进行了利用垂直重力梯度异常反演海底地形的模拟研究。研究了岩石圈有效弹性厚度、地壳密度以及截断波长对反演结果的影响,并通过实际数据试验计算得到了高精度的海底地形模型。

重力数据融合与重力垂直梯度异常反演

重力垂直梯度异常反应了重力异常的空间变化率,在地球物理勘探等多学科中得到越来越多的应用。利用南海局部区域实测重力异常数据和Sandwell测高重力异常数据,将搜索范围、距离和精度多种因素融合考虑并对Shepard算法进行改进,给出了南海局部区域(19°N^20.5°N,114°E^115.5°E)分辨率1'×1'的重力异常并反演了对应分辨率的重力垂直梯度异常。结果表明,基于Shepard改进算法的高精度船测重力和测高重力的有机融合,增强了单一测高重力数据反演重力垂直梯度异常的细节纹理,提高了反演重力垂直梯度异常的分辨率和精度。

基于正交基函数的矢量磁梯度异常探测

磁异常探测技术是一种快速有效的非接触式感知手段。针对传统的标量正交基函数(OBF)检测器获取的磁场信息有限,而矢量OBF检测器得到的磁场信息受地球磁场晃动影响显著的问题,推导一种兼具丰富磁场信息以及抗晃动性能的矢量磁梯度OBF检测器。证明当测量噪声服从高斯独立同分布时,矢量OBF检测器相较于标量OBF检测器具有更低的检测虚警率,且空间采样长度是影响OBF检测器性能的关键因素。仿真和实测结果表明:矢量磁梯度OBF检测器相对于传统检测器具有更优的检测性能,降低空间采样长度可以明显提升其探测性能;矢量磁梯度OBF检测器在低信噪比条件下可以反演得到磁性目标的磁矢量梯度信号,利用粒子群参数估计算法能估计得到目标的位置参数和磁矩参数。

不同小波基函数在重力梯度异常正演计算中的应用研究

在复杂地质体的重力梯度异常正演计算中,会生成巨型稠密的灵敏度矩阵,相对应的内存存储需求和矩阵向量乘法的耗时都会增加。笔者基于小波变换理论,首先从理论上给出了小波域中的重力梯度异常正演方程,之后选用不同小波基函数进行模型正演对比实验探讨计算效率。研究表明Db3小波基函数能有效减少正演计算中灵敏度矩阵对内存的需求,同时减少矩阵向量乘法操作数。

联合重力异常和重力垂直梯度异常数据反演皇帝山海域海底地形

海底地形对开展海洋科学调查和研究十分重要。以多波束为主的回声测深技术测量成本高且效率低,几十年来仅实现了全球约20%的海床测绘。对于空白区(特别是深海区域),可以借助重力异常和重力垂直梯度异常进行回归分析反演得到,但该方法得到的比例因子鲁棒性不强。为了解决这一问题,同时考虑到两种重力数据在表征海底地形长短波长的不同优势,本文结合滑动窗口赋权和稳健回归分析来反演海底地形。在太平洋皇帝山海域(35°~45°N,165°~175°E)的实验结果表明:在船测检核点处,本文构建模型的标准差为61.02 m,相比于单一重力数据反演模型,精度分别提高了14.92%(重力异常)和2.08%(重力垂直梯度异常),能较好地反映皇帝海山链的地形走势。

海洋垂直重力梯度异常的计算及其在地形反演中的应用

将测高重力异常、局部大地水准面和垂线偏差作为输入数据,计算海洋垂直重力梯度异常。以中西太平洋海域作为研究对象,对垂直重力梯度异常和海底地形的相关性进行分析,在20~200km波段范围内利用梯度异常推估海底地形。结果表明,反演地形的相对精度在7.14%左右,在多海山地区精度较差。

基于深度学习的重力异常与重力梯度异常联合反演

高效高精度的反演算法在重力大数据时代背景下显得尤为重要,受深度学习卓越的非线性映射能力的启发,本文提出了一种基于深度学习的重力异常及重力梯度异常的联合反演方法.文中首先提出了一种基于网格点几何格架的重力异常及重力梯度异常的空间域快速正演算法,这为本文深度学习反演算法的实现奠定了基础;其次对大量的不同密度模型进行正演计算获得样本数据集;然后设计了一种端到端的深度学习网络结构(GraInvNet),再利用样本数据对该网络结构进行训练;最后进行反演预测.组合模型试验表明,多维度数据联合反演相比单一分量反演其结果更“聚焦”,且与模型边界高度吻合,并且对于复杂模型的姿态与物性预测具有极为显著的优势,以及对于含噪声数据的反演,其质量也不会降低;Vinton岩丘实测重力数据也验证了文中方法的有效性;从而证明了深度学习在重力数据的高效高精度反演方面具有的巨大潜力.

由垂直重力梯度异常反演全球海底地形模型

给出海底地形起伏与垂直重力梯度异常之间的响应函数关系。据此,联合船测海深和垂直重力梯度异常数据,构建了全球75°S—70°N范围内1′×1′海底地形模型。以船测海深为检核参考,考察了本文模型在印度洋南部和西北太平洋地区的精度。结果表明,在考察区域内,本文模型精度优于ETOPO1、GEBCO和DTU10模型,且在印度洋南部与SIO的最新海底地形模型V15.1精度相当,在西北太平洋地区略优于V15.1。探讨了高次项和地壳均衡现象的影响量级,发现两者对反演结果的影响很小,可以忽略。通过与重力异常反演结果的比较,发现垂直梯度异常反演在中短波长部分(100~200km)表现较优。在西北太平洋地区,联合重力异常和垂直梯度数据进行海底地形反演计算,反演结果的精度较V15.1模型提高了约29.5%,说明联合这两种数据可以计算精度更高的海底地形模型。

基于一阶差分的岩溶管道充电法电位水平梯度异常分离方法

在隐伏岩溶探测中,为实现岩溶管道引起的充电法电位水平梯度局部异常与线性或低缓区域背景场的分离,突出局部微弱异常,本文根据半无限均匀大地中,良导电球体和无限长水平圆柱体充电电位水平梯度及其一次导数剖面曲线分布特征与规律,采用两点平滑法和一阶中心差分法推导出充电电位水平梯度一次导数的近视计算公式,建立了差分滤波函数F xi+1+12()h极小值点与线性或低缓区域背景场特征点的对应关系.在此基础上,提出了线性或低缓区域背景场的线性插值公式和拉格朗日插值公式,以及局部异常与线性或低缓区域背景场划分的作图法和解析法.差分滤波函数F xi+1+12()h对充电法电位水平梯度观测误差、地质噪声具有平滑和低通滤波作用,由此差分滤波函数F xi+1+12()h确定的实测充电法电位水平梯度线性或低缓区域背景场将更为合理,实现了充电法电位水平梯度局部异常与线性或低缓区域背景场的有效分离.利用该局部异常与线性或低缓区域背景场划分方法,实际处理了桂东北越城岭山脉东部岩溶区的洛潭水库实测充电电位水平梯度异常数据,提取了受强大区域背景场掩盖了的岩溶管道产生的微弱异常,突出了岩溶病态水库漏水通道、断裂构造分布等地质信息,为岩溶病态水库的除险加固工程供了有效的处理途径和工程靶区.地质钻探工程和地下水示踪试验均验证了所研发的基于一阶差分的充电法电位水平梯度局部异常与线性或低缓区域背景场分离方法的准确性、有效性和实用性.

利用测高重力梯度异常反演中国南海海底地形

根据位理论和挠曲均衡补偿理论,推导了重力梯度异常垂直分量与海深之间的关系。利用Geosat、ERS-1/2、T/PJ、ason-1、EnviSat-1卫星测高数据计算得到的南海海域重力梯度异常垂直分量,采用FFT求解法,反演了南海海域的海底地形,并与LDEO船测海深数据进行了比较,两者之差的RMS较大,在大于5 000m的海域达到了595.1 m。

基于全卷积神经网络的磁异常及磁梯度异常反演

地球物理反演问题具有病态性、不适定性,传统的线性反演方法面临着次优逼近和初始模型选择等挑战,为了提高磁场数据反演的精度,受深度学习卓越的非线性映射能力的启发,本文提出了一种基于全卷积神经网络的磁异常及磁梯度异常反演方法.文中首先提出了一种基于网格点几何格架的磁异常及磁梯度异常的空间域快速正演算法,这为本文全卷积神经网络反演算法的实现奠定了基础;随后对大量不同剩余磁化强度模型进行正演计算获得样本数据集,将正演数据作为输入层,磁化强度模型作为输出层,并基于U-net网络结构设计了一种端到端的网络结构(MagInvNet),再对该网络结构进行监督学习与参数优化;最后进行反演预测.三组模型试验表明,MagInvNet网络能够快速准确识别出磁异常体的位置与形状,并且能够准确的反演出异常体磁化强度的大小,对于含噪声数据,其反演结果的质量不会降低.本文最后利用安徽霍邱铁矿的航磁数据验证了文中方法的有效性.

中国布格重力异常水平梯度图的判读和构造解释

分析和对比中国大陆布格重力异常水平梯度的彩色图像,得到一些新的构造特征信息.大致以105°E为界,图像的东部以蓝色低梯度为背景,出现中、高梯度带状构造和大梯度差值边界的线状构造;西部以高、中梯度的带状构造为格架,镶嵌着低梯度区,区内有阴影线状构造.总体上,重力异常水平梯度构造可概括为三大组.第一组是NNE向的大兴安岭、太行山、武陵山高梯度带与斜切东部全区的郯庐大断裂带和NNW向的斜切西部全区的三条大断裂带;第二组为西部的NWW向与NEE向高、中梯度带的交叉构造格局,以及东部近于等间距的三条NWW向断续的阴影构造带和一条单一的构造线,而华南则仅有NE向的低梯度构造线;第三组是横贯全区的的几条近EW向和中部SN向宽而复杂的构造带,在后者的东、西两侧散臣着大间距、小长度、断续的SN向阴影构造线.这三组重力梯度构造不仅反映了地貌起伏的信息,而且显示了大区域构造,特别是深部构造的密度差.各组线状构造带的内部结构和各组的形成时间及演变历史可能不同,但它们相互复合构成现今总体的构造格局,对大尺度现代构造应力场作用都会有不同的响应,因此导致主应力方向的区域性变化.

顾及地形与完全球面布格异常梯度项改正的区域似大地水准面精化

推证顾及地形与完全球面布格异常梯度改正的完全到一阶项的物理大地测量边值问题的严密解式,并在某试验区综合利用地形、重力、GPS/水准等数据进行区域似大地水准面的计算与检验。通过对高程异常计算绝对与相对精度的比较分析,结果表明,完全球面布格异常梯度改正项对高程异常的影响能够达到厘米的量级。因此,提高区域似大地水准面的建模精度,尤其是在地形起伏较大的区域,除需顾及地形改正项影响外,还应考虑完全球面布格异常梯度改正项对高程异常的影响。

矩形棱柱体重力梯度张量异常正演计算公式

矩形棱柱体重力梯度张量异常常用的正演计算公式含有解析奇点。结合理论推导过程详细分析了"奇点"存在的原因,并基于前人提出的长方体ΔT场及其梯度场无解析奇点理论表达式,建立了矩形棱柱体重力梯度张量无解析"奇点"公式,通过模型计算结果对比和理论分析证明了其正确性。

重力异常垂直梯度中央区效应的精密计算

为提高利用重力异常计算重力异常垂直梯度中央区效应的精度,视中央区为矩形域,将重力异常表示成双三次多项式插值形式,引入非奇异变换,推导出了重力异常垂直梯度中央区效应的精密计算公式。以低纬度区域分辨率为2'×2'的重力异常数据为背景场进行了仿真分析,结果表明在解算计算点所在的1个网格的中央区效应时,传统公式与本文导出公式计算结果差值的最大值达数E。该导出公式可为重力异常垂直梯度中央区效应的精密计算提供理论依据。

三度体梯度磁异常全方位正反演方法

首创了磁法勘探学科中三度体任意方向梯度磁异常全方位正、反演方法。首先 ,在球坐标系中 ,导出了三度体任意方向梯度磁异常的两个球谐级数通用正演表达式 ,为实现全方位反演奠定了理论基础。然后 ,由第 1个梯度磁异常球谐级数表达式出发 ,提出了三度体总磁化方向、磁矩模值反演方法 ;由第 2个梯度磁异常球谐级数表达式出发 ,提出了三度体磁矩重心、近似形态与分布范围 ,以及有广泛实用价值的“均磁凸形体”边界点位置等全方位反演方法。最后 ,给出了 1个三度体梯度磁异常全方位反演的理论模型验证实例。

基于深度学习的2D-3D地下密度异常体反演方法

地下密度异常体反演需要由二维数据反演三维结果,为了高效、高精度地反演地下异常体的位置及密度信息,本文提出2D-3D InvNet深度学习反演方法.方法的编-解码器结构,在编码阶段利用二维卷积网络结构提取地表重力异常及重力梯度异常数据信息,解码阶段利用三维卷积网络结构恢复异常体地下形态,实现了二维和三维网络结构的结合.为了精确地反演异常体密度,提出利用加权均方误差(WtdMSE)作为损失函数,同时为了更好地评估反演结果,引入核密度函数作为评价手段.与均方误差(MSE)相比,利用WtdMSE作为损失函数对异常体密度的反演结果更为准确,异常体所在区域的密度误差减少50%以上.对理论样本的反演结果表明,2D-3D InvNet在准确反演异常体地下位置的同时,也能给出准确的密度信息.应用此方法对西澳大利亚Kauring地区实测数据进行反演,我们成功获得了此区域地下异常体的密度分布.理论与实际应用结果表明,2D-3D InvNet深度学习方法稳定且具有较强的泛化性能,能在无需规定限制条件的情况下快速获得准确的反演结果.

一种基于磁异常梯度测深的电性分析方法

通过收集某地区地磁台记录的磁场,和当天另一地区地磁日变场数据,以某地的地磁台记录磁场作为参考地磁场,以另一地当天地磁日变场作为主要地磁场,采用傅立叶变换对时变地磁异常进行频谱分析。计算出二地的地磁场水平导数和某地磁响应参数及视电阻率,并对其进行了一维电磁测深反演,与在同一测深剖面施测的可控源音频大地电磁测深(CSAMT)反演结果对比分析,效果基本一致。采取这种计算方法,可有效地提取磁异常深部信息,为危机矿山深部找矿增加一种新的解释手段。

顾及完全球面布格异常梯度项改正的我国似大地水准面精化

本文利用我国1’×1’地形数据，顾及完全球面布格异常梯度一次改正项精化我国似大地水准面，全国范围内的精度在0．5m以内，东部的精度在0．3m以内，西部地区的精度大约0．6m。经过GPS／水准控制后，我国的似大地水准面精度有了明显的改善。同时计算了完全球面布格异常梯度一次改正项对似大地水准面的影响，我国大部分地区为几个厘米，东部地区约0～5cm，西部地区约0—10cm，而西南边境的影响则达到分米级。这说明它对于高程异常的影响能够达到厘米量级，考虑该项影响可有效提高似大地水准面精度。