青藏高原东北部多尺度重力场及其地球动力学意义

由于受到SN和EW双向挤压作用的综合影响,处于年轻高原与古老地块交接区的青藏高原东北部岩石圈强烈变形,构造活动十分活跃.为了整体性地了解青藏高原东北部重力场和深部动力学机制,本文基于EGM2008全球重力场模型数据,利用小波多尺度分析获得不同尺度的重力异常信息;同时反演了研究区的地壳厚度;通过构建穿越龙门山造山带和西秦岭造山带两条剖面的岩石圈密度结构模型,分析了地壳上地幔内不同介质的分布特征.研究结果表明,青藏高原东北部岩石圈显示十分复杂的塑性体的特征,其重力异常走向多以EW或SSE为主,反映了高原岩石圈物质向东运移的趋势;地壳厚度由西向东逐渐减薄,边缘造山带深部并没有发现"山根"痕迹,结合该地区低重力的特征,推测西秦岭—松潘构造结岩石圈发生过大规模地幔流底侵作用;地幔流上涌的动力可能来源于印度板块向欧亚大陆板块俯冲,激发了地幔流体侧向移动,在扬子地台和华北地台附近受到坚硬岩石圈的阻挡而被迫上移,并因此造成龙门山与西秦岭的隆升.

基于自适应整形正则化的AVAz反演

高角度裂缝的存在导致地下介质呈现方位各向异性,具有水平对称轴的横向各向同性介质中反射系数随方位角的变化可以近似表示为傅里叶级数的形式.傅里叶系数的大小取决于背景介质和裂缝参数,傅里叶系数的相位角取决于裂缝对称轴方向.常规傅里叶级数分析利用逐个时间采样点的方位地震数据求和计算傅里叶系数,计算结果易受噪声影响.为了提高傅里叶系数估计的抗噪性和稳定性,将常规傅里叶级数分析与AVAz(振幅随方位角变化)反演方法相结合,提出一种基于整形正则化的AVAz二阶傅里叶系数反演方法.常规整形正则化约束中的整形算子形态固定,提出一种基于方位各向异性强度的自适应整形算子,利用基于常规傅里叶级数分析的二阶傅里叶系数初步估计结果计算阻尼因子,结合一阶差分矩阵构建自适应整形算子,达到在反演中自适应地调整整形算子形态的目的.理论测试表明,基于自适应整形正则化的AVAz反演方法具有较强的抗噪性,能够有效提高二阶傅里叶系数反演的稳定性.实际叠前地震数据应用结果显示裂缝预测结果与测井资料相吻合,证明了基于自适应整形正则化AVAz反演进行裂缝预测的有效性.

各向异性TI介质qP反射波走时层析成像

地震走时层析成像是反演地层各向异性参数分布的有效方法,但是关于地震各向异性介质走时层析成像的研究并不多,其技术远远没有达到成熟的阶段.在野外数据采集时,地表反射波观测方式相对井间和垂直地震剖面观测方式的成本更低,利用qP反射波走时反演各向异性参数具有更加广泛的实用价值.本文实现的TI介质地震走时层析成像方法结合了TI介质反射波射线追踪算法、走时扰动方程和非线性共轭梯度算法,它可以对任意强度的TI介质模型进行反演,文中尝试利用qP反射波走时重建TI介质模型的参数图像.利用qP反射波对层状介质模型和块状异常体模型进行走时反演,由于qP波相速度对弹性模量参数和Thomsen参数的偏微分不同,所以可以分别反演弹性模量参数和Thomsen参数.数值模拟结果表明:利用qP反射波可以反演出TI介质模型的弹性模量参数与Thomsen参数,不同模型的走时迭代反演达到了较好的收敛效果,与各向同性介质走时反演结果相比较,各向异性介质走时反演结果具有较好的识别能力.

P-SV波和P-SH波非线性旅行时层析成像

结合各向异性介质转换波射线追踪算法、旅行时扰动方程和非线性共轭梯度算法,实现了P-SV波和PSH波非线性旅行时层析成像。利用P-SV波和P-SH波对块状异常体模型进行非线性旅行时层析成像得到了两组不同的反演结果。这两种转换波反演所得弹性模量参数结果与真实模型接近,收敛效果较好,证明了P-SV波和P-SH波非线性旅行时层析成像方法的正确性。

基于高精度重力勘探对地下空洞的探测研究

地下空洞埋藏浅、规模小不易探测,随着重力感应技术的发展,给准确快速获取微重力变化为探测地下空洞带来新机会,对小规模地下空洞的探测能力具有广泛的研究和实用价值。本文从重力基础理论、重力探测技术、重力数据处理及反演3方面对地下空洞进行系统的分析研究。在给定形体大小、重力数据精度的情况下,通过二分法计算出了重力探测的最大埋藏深度;将高密度采集、高精度重力探测方法用于某区客运站地下人行通道实际探测,获得一套高精度重力格网数据,理论研究和实测结果表明,现有重力仪器具有探测地下空洞的能力;采用最小曲率位场分离方法、2.5D人机交互反演和靶区识别三维物性快速反演方法,得到地下人行通道近SN向的分布,埋藏深度大致2.5~5 m,这与实际情况相符。本次研究为地下空洞探测摸索出一套完整的重力勘探流程,具有一定的参考价值。

中国及邻区高分辨率三维岩石圈磁场修正球冠谐模型(CUG_CLMFM3Dv1)

日益完善的大区域地面航磁调查与卫星磁测给建立高精度与高分辨率的地磁场模型带来了新的契机,同时也对地磁场建模技术提出了更高的要求.本文基于修正球冠谐分析方法,利用全球岩石圈磁力异常汇编网格WDMAMv2中提取的近地表总磁场强度异常数据与CHAMP卫星近十年的矢量测量数据,联合构建了中国及邻区高分辨率三维岩石圈磁场的修正球冠谐模型.该区域岩石圈磁场模型的分辨率可达球谐3500阶/次,进而基于该模型正演计算了研究区域不同高度的矢量数据.将区域模型与高分辨率的球谐模型分别在空间域与频率域进行对比,结果显示区域模型中的高频成份更加丰富,所描绘出的磁异常的形态和幅值更加接近原始建模数据,且在由低分辨率球谐模型补空的区域更加平滑.该应用案例证明,联合可靠的近地面标量与卫星矢量磁测数据,基于修正球冠谐分析方法,有能力构建出高精度与高分辨率的区域三维岩石圈磁场模型.

天山地区均衡剩余地形特征及其地质意义

新生代印度板块持续碰撞和俯冲欧亚大陆的远端效应,波及整个天山地区,强烈改造了天山及相邻块体的岩石圈结构。为了更好地研究天山地区的岩石圈演化和形变过程,本文首先采用联合重力和地震数据反演方法,获得研究区岩石圈密度异常结构,然后考虑有效弹性厚度的横向变化计算研究区均衡剩余地形。结果表明,均衡剩余地形幅值在-1.6~0.9 km之间,且与各构造单元具有良好的对应性。天山各段的均衡剩余地形呈现不同的分布特征,中部为较高幅值的负值,指示剧烈增厚的下地壳;西部为较低幅值的负值,可能与软流圈上涌有关;东部为较低幅值的正值,表明岩石圈形变以地表抬升为主。

瞬变电磁法数值模拟实验教学软件研究

瞬变电磁法是一种广泛应用于矿产资源、水资源、工程与环境地质调查的地球物理方法。由于电磁场偏微分方程的求解十分复杂,使得其理论教学过程非常费时。该文以提高教学效果为目的开发出瞬变电磁法数值模拟实验教学软件。该教学软件包括网格剖分模块、有限元计算模块、GS系数循环模块,傅氏系数循环模块等,通过按数值计算流程图的演示,使得学生更容易理解。数值模拟实验教学软件简化了教学过程,节约了教学时间,具有生动形象和易于理解的教学效果。

利用GRACE改正地球参考框架的季节性变化

利用GRACE观测值对框架站季节项进行建模,并以全球分布的139个连续观测的基准站为例,分析季节性变化在参考框架实现过程中对坐标转换参数以及测站的影响。对80%以上全球站的单日解而言,在附加季节项改正之后,其单位权中误差减小的幅度接近1 mm,其中用年周期-半年周期和非参数方法对季节性变化建模,单位权中误差最大分别减小1.4和1.6 mm。

基于瞬变电磁法的张家峁煤矿地层富水性特征研究

煤矿地层的富水性探测对于煤矿的防水与治水工作至关重要。张家峁煤矿现阶段主采2-2煤层,面临上部基岩风化含水层和工作面前方火烧岩涌水的水害风险。鉴于瞬变电磁法对富水区、采空区、含水构造等高导异常体的高灵敏度等优势,本研究采用地面瞬变电磁法对该煤田西部特定区域2-2煤层上覆的基岩、风化带、第四系岩层以及烧变岩的富水性进行探测,在四个地层分别探查出低阻异常区6处、9处、9处和2处,并结合钻孔、地层、水文、地形和磁法探测成果等多元资料以及低阻异常区的可靠性,对低阻异常区的成因分别进行了综合分析,这可为该区域煤层开采防水与治水工作的规划与执行提供科学依据。同时,本研究也可为瞬变电磁法在其它地区地层富水性探测中的应用提供一套全面的数据采集、处理、反演以及分析与解释的参考与借鉴资料,以推动该技术在煤矿地层探测领域的进一步发展与应用。

三维VSP地震初至波走时层析成像研究

在油气田勘探开发阶段,VSP(垂直地震剖面)作为一种精细勘探技术发挥着重要作用,三维VSP地震初至波走时层析成像可以直接得到地层速度模型。它结合了三维VSP地震射线追踪算法和数学反演算法,它能够实现对地下地层速度模型进行重构,速度成像结果对认识地质结构提供了直观的依据。为了测试算法的稳定性和抗干扰能力,对三维VSP正演走时加入了20%的高斯噪声,然后利用三维地震初至波走时层析成像进行速度反演,得到了三维地层速度模型、垂直切片图和水平切片图。射线方向的交叉性程度决定了反演结果的质量和可靠性,由于射线在浅部地层的交叉性比深部地层的交叉性更好,浅部地层的反演效果更加清晰;相反,深部地层的速度反演效果较差。算法对含噪声数据取得了良好的反演结果,验证了该算法具有较好的抗干扰能力。

“重力学/重力勘探”课程引入绝对重力观测实验的探索

本文以课程实验中引入绝对重力观测为切入点,概述了绝对重力仪观测技术以及我国目前的应用现状,重点阐述了绝对重力观测实验的重要性及课程设计方案。课程的开设将对培养具备一定的重力学理论与绝对重力观测相关知识的综合型人才具有重要意义。

浅地表面波成像技术研究进展与展望

基于主动源和被动源的面波成像技术近年来发展迅速,已在全球和区域尺度的地球内部圈层精细结构成像、油气田勘探与开发、浅地表地质调查、工程质量超声检测、环境污染治理成效监测等领域开展了广泛的应用研究.关于面波成像技术的研究成果,涉及到了从理论到应用的众多方面.本文简要回顾了主要基于瑞利波和勒夫波的浅地表面波成像技术的发展历程,较为详细地调研并综述了高阶模式面波的应用、多道面波波形反演、被动源面波成像、多分量面波成像等技术的研究进展.并简要分析了其他关于面波信号采集与处理技术的研究情况,如基于高速铁路噪声信号的高铁地震学和基于光信号在光纤内部后向瑞利散射原理的分布式光纤声波传感技术.最后对浅地表面波成像技术的发展前景进行了简要地展望.

应用地球物理教学中理解思维的培养--以“磁法勘探”课程为例

"磁法勘探"是地球物理相关专业一门重要的主干课程,其中数理公式复杂,如何让学生充分掌握本课程中关键的知识点、理解主要概念是任课老师面临的巨大挑战。本项研究基于课堂教学实践,研究理解思维的培养,提出运用灵活的翻转课堂模式激发学习热情,基于启发式教学培养理解思维,充分结合课堂提问与实践环节,深化对知识的理解。通过学生的积极参与,实现从传统"灌输式"讲授到"自主性"学习的转变,注重培养理解思维,以人为本提升教学效果。

以2022年马尔康震群为例研究震群发震机制

地震是人类所面临的危害最严重的自然灾害之一,了解地震的孕震、发震机理对防震减灾、国家地震安全等具有重要的科学和社会价值.相较于前震-主震-余震型、主震-余震型地震,震群型地震更易造成较大的灾害,因此对震群孕育发生机理的研究刻不容缓.2022年6月10日四川省阿坝州马尔康市发生震群事件,其中包括MS5.8、MS6.0、MS5.2等三次较大震级的地震,此次地震序列的精定位结果、可靠的震源参数为开展震群孕震机制的研究提供了良好的数据基础.本文基于数值模拟的方法,利用断层的运动学参数建立黏弹模型,根据弹性位错、孔隙流体扩散等理论,从发震断层的能量积累、释放两个角度探讨马尔康震群可能的发震机理.对发震断层系统应力加载的模拟结果表明,震区的应力加载较均匀的分配到两条近平行发震断层上,使其在相同的时期内积累了相近的震间构造应力,进而发生相似震级的震群事件.考虑震群序列之间可能存在的应力触发作用,同震库仑应力计算的结果显示马尔康震群序列中各主要地震未受到同震静态应力触发作用.而对发震断层等效摩擦系数的判断及其附近流体扩散的研究认为马尔康震群发震断层震前受流体活动的影响,等效摩擦系数下降从而导致断层破裂,震后流体调整导致的孔隙压力变化进一步促进后续地震的发生.

开设“地球重力场与人类生活”公选课程的探索

地球表面的任何物体都受到地球重力的作用,而地球重力场的自然过程规律及变化又与人类活动息息相关。本文概述了地球重力场的基本概念及其观测与应用,阐述了在我校以"地球科学"学科为主导的学科体系开设该类公选课程及课程设计的重要性。课程的开设将对培养具备一定的地学知识的综合型人才具有重要意义。

思维导图在地球物理电磁场理论教学中的应用

为了提高"地球物理电磁场"理论的教学效果,为学生建立清晰的理论框架和完整的知识网络,本文将思维导图引入了课程讲解辅助,并在实际教学中取得了良好的效果。本文介绍了主要的思维导图制作工具,并针对具体的地球物理电磁场理论的课程内容,阐述了思维导图的关键分支和重点内容,以期对同行教师有一定的启发。

重磁资料处理与解释虚拟仿真实验教学系统建设

基于勘查技术与工程(勘查地球物理方向)实验教学的需要,本文利用虚拟现实、三维建模、人机交互等信息化手段,设计和构建了重磁资料处理与解释虚拟仿真实验教学系统。在该系统平台上,学生可通过互动、任务式学习及自主探究等学习方式,进行重磁资料处理与解释的虚拟仿真实验,实现建模、数值计算、处理与成像、综合地质解释等实验教学目标。该系统由重磁资料整理与预处理实验系统、重磁场正演实时分析实验系统、重磁资料处理与综合解释实验系统3个核心模块组成,与野外实习和实验室物理模拟互相补充,提供了学生实践技能训练和自主探究的有效途径。

倾角域逆时偏移绕射波成像方法

地下缝洞型储层及非规则矿体的地震响应表现为绕射波,在成像域倾角道集中进行反射波压制,有利于这些目标体绕射波成像。利用逆时偏移(Reverse Time Migration,RTM)和Kirchhoff积分偏移分别进行倾角道集的提取,在倾角域分析两种典型成像方法对绕射波的成像能力。研究表明,在倾角域RTM比Kirchhoff积分偏移算子具有更强的反射波聚焦能力,有利于成像过程中对反射波的压制。具体而言,采用波印廷矢量方法在RTM过程中进行倾角道集输出;在RTM提取的倾角道集中反射波能量聚焦为孤立的"噪点",绕射波则表现为一条拉平的直线。基于两者形态的差异,在倾角域进行中值滤波能有效分离绕射波与反射波,进而实现RTM绕射波成像。数值实验结果验证了文中方法的正确性和有效性。

裂缝储层水平井双感应测井响应特征分析与认识

裂缝是油气的重要储存空间,电缆测井在直井中研究致密砂岩、碳酸盐岩等裂缝性储层较多。然而,关于水平井裂缝储层双感应测井响应研究较少,影响了水平井在裂缝储层的评价。由于水平井与直井工程环境不同,测井响应结果存在差异。为此,利用有限元方法建立水平井裂缝储层模型,对裂缝储层中的水平井双感应测井进行数值模拟分析。通过分析裂缝电导率与裂缝宽度、裂缝长度和裂缝弯曲度同时作用时的双感应测井响应特征,总结出不同因素对水平井双感应测井响应影响的规律。数值模拟结果可为水平井裂缝储层识别与评价提供技术支撑。