重磁电勘探读书报告

《重磁电勘探》结业作业学生姓名：周昆专业班级：资工（基）11202班级序号：35号指导教师：刘启民时间：2014.12.5中国重力勘探技术及方法的发展与展望[摘要]本篇文章是对新世纪里的重力勘探的仪器、数据处理技术、解释理论与方法、应用领域等方面的发展进行了分析与展望。开展卫星重力测量,综合卫星、航空、地面重力测量资料研究地球结构与构造;发展高精度数据处理技术；发展复杂条件下三维重力场多参数综合反演可视化技术以及快速自动反演技术。[关键词]中国重力勘探技术；发展；前景与展望1引言在中国，以地质构造为主要研究对象的重力勘探方法已经历了一个长期和成功的历史。从50年代初期，重力勘探开始应用于我国的地质找矿试验工作，此后随着地质工作的不断深入开展以及现代数学物理理论与计算机科学的迅速发展，促使重力勘探在仪器、方法技术、解释理论以及实际应用等各方面得到了全面系统的发展。重力勘探已成为研究地质构造的重要手段，在解决以下地质问题中取得了肯定的效果:(1)大地构造单元划分;(2)基底起伏和内部结构;(3)追索大的构造破碎带和断层;(4)圈定沉积盆地范围和内部构造;(5)侵入岩的空间分布和深部形态;(6)岩石圈均衡状态和上地慢密度横向不均匀性，详细重力测量在地质填图和矿产勘查中也发挥了重要作用。当前，重力勘探已在区域地质调查、能源和固体矿产普查、工程地质调查，以及深部构造研究中得到广泛应用，这与方法技术上的进步是密切相关的。重力勘探方法如何进一步发展以适应科学研究和经济发展的需要是当前面临的关键问题。文章在分析当前重力方法进展的基础上，从现代数理理论与计算机科学的发展和新的需求角度,对重力方法从仪器、数据处理技术、解释理论与应用等方面进行了评估与展望。2重力勘探技术的改进和发展2.1高精度重力勘探技术的应用高精度重力勘探技术是建立在位场理论、电子技术和计算机技术高度发展的基础上。它的野外工作方法是在小面积范围内采用大比例、密测网和小点距工作。该技术的发展及其特征如下:①较早的外国重力仪有诺加、握尔登重力仪，后来发展到精度较高的索丁和拉科斯特(:Lacoste)重力仪。1991年我国引进了使用亚菲尼特(Affinity)仪的美国艾菲系统;1993年西北地质研究所从俄罗斯引进了使用THY一B型重力仪的GONG技术。拉科斯特D型、G型重力仪由美国70年代研制成功，是目前国内外使用最广的一类重力仪。它以零点漂移小，精度高、重量轻和操作方便而著称。②高精度重力勘测目前可用航空照片和红外激光测距仪来敷设测网及求取测点高程。此外，对固体潮、中间层变密度、地形等改正可以改到任意半径，还可作均衡改正，且均可达到比较高的精度。③解决地质问题的能力不断提高高精度重力数字处理利用了位场理论的发展和计算机的最新成果，重力异常正反演技术有了长足进步，可以完成相当复杂的计算模型。诸如归一化总梯度法、重力一地震联合反演法等。重力场提供的信息增多，不但能确定背斜或非背斜构造，还能预测油气藏。2.2重力数据库由重力数据、高程数据和程序三部分组成，可完成各项数据改正、处理和成图，便于数据存贮和检索，实现了数据处理、成图和解释自动化，提高了解释工作的效率和质量。2.3卫星技术的应用主要有两个方面:一是利用地球重力场模型的球谐系数计算不同阶数的重力异常，并通过流体运动方程计算岩石层底部不同尺度地慢流应力场，用于解释大尺度构造及动力学问题；二是应用海洋密轨道间距卫星测高数据换算重力异常，卫星重力数据具有高密度覆盖的优点，已成为海洋地质和地球物理研究的一项重要技术。目前，此技术已在南海的构造研究和油气勘探中应用.2.4航空重力测量的应用在海洋重力测量以后的十多年间，航空重力测量应运而起。与陆地重力勘探相比，航空重力测量具有在一些人类罕至的山地、海洋、沼泽等复杂地区作业的优势。与常规调查方法相比，航空重力测量作为一高新技术手段，由于具有宏观、准确、动态、综合，以及不与目标物接触就能对其进行监测的优势，已广泛应用于国土资源调查与规划、生态环境监测与评价、工程地质、环境地质及灾害地质研究等众多领域，并取得了显著成就。推动了国土资源调查、环境监测及工程建设等诸多领域的技术进步，为国土资源及环境调查做出了全面贡献。3重力勘探理论与方法的发展自90年代起，重力勘探的理论与方法发展了多层密度界面反演，三维数据处理和三度体正、反演，视密度填图，弱异常增强与提取，小波变换分解重力场，图像处理以及检测油气藏方法和均衡响应函数的应用等，还开发了重力解释工作站和模型数据库，使重力资料的处理和解释更加方便，效能更高.3.1重力正反演理论方法(1)密度界面三维反演常用的密度界面反演方法有U函数法，压缩质面法，空间域迭代法，正则化方法等，近年来应用较广的是Parker一Oldenburg快速正反演方法，具有计算速度快，精度较高的特点.自1985年使用以，主要在改善迭代收敛方面提出了一些改进措施，如采用求界面起伏增量的逐次逼近迭代加正则化滤波因子闭；选择滤波器的经验准则，选择迭代加权因子及低通滤波器的截频取值范围。地震一重力联合反演密度界面能起到更强的约束效果，并体现密度模型与地震模型的一致.其中有非块状模型的三维反演阁;一种以密度等值线表示的梯度模型是将速度等值线变换为密度等值线，计算等值线间地层的重力效应.这种算法现可实现以人机对话方式构制二维密度模型。关于多层密度界面反演.虽然许多界面反演方法也可进行多界面反演，以及其他一些多层界面反演方法，如应用最优化解线性方程组的N层界面反演，利用位场变换法的三维多层界面反演，对垂直叠加异常进行分解后解非线性方程组反演多层界面，但大多数多界面反演方法只适用于界面形态简单，各界面大致平行和同向起伏的情况.多界面反演的效果决定于能否对各界面深度有足够的控制和可靠分离各界面的重力场。(2)局部异常反演为构制矿体、岩体和其他地质体模型大多采用计算机模拟.采用的方法一种是最优化反演，另一种是人机对话选择法，两者可以结合起来效果更好。在最尤化反演中，控制随机搜索法能有效搜索目标函数的全局极小点，并可使用约束条件对变量范围加以控制，搜索结果取一组估计值的平均作为最佳估计值.用此方法成功的反演了广西大厂隐伏花岗岩顶面形态。应用奇异值分解法的2.5维多边形体重磁异常最优化反演具有收敛快，能模拟复杂地质体的优点，在湖南香花岭岩体顶、底板深度的反演中获得较好的效果。在微机上进行人机交互式的2维、2.5维和3维重磁异常反演，可以在屏幕上显示物体模型和重磁异常图形，可通过光标画出和输入物体模型和修改模型，并可进行重磁异常联合解释。利用重力异常与密度的线性关系，对剩余密度给予一定约束范围，反演剩余密度的线性规划方法也有一定进展，提出了有限变量的线性规划法提高反演精度。由于解不够稳定和分辩率较低，这一方法未得到广泛应用。3.2国内外重磁勘探正反演理论方法新进展俄罗斯、乌克兰、欧美和我国重磁勘探学者在正反演理论方法研究方面前沿性的研究成果可概括为如下7个方面:(1)B.H.CTPAXOB及其研究集体的系列研究。他们论述了“20世纪位场解释理论与实践的发展”并建议21世纪应该建立统一的地球物理资料解释理论和自动解释的逻辑体系与计算机技术；还致力求解地球物理(特别是重磁勘探)解释中出现的线性问题；提出了含有误差数据的大维数和超大维数(n109)线性代数方程组的稳定解法。(2)多面体正反演理论方法的系列研究。V.Pohanka和R.O.Hansen先后导出了密度为常数或呈线性变化的多面体重力场计算的最佳表达式;D.Tsoulis等[9]研究了多面体重力场及其导数正演的奇异性问题；重力场g正演最佳表达式,已经被应用到复杂三维构造重力场约束反演当中。(3)常密度星形物体正反演理论方法的系列研究。研究了二维星形物体在水平剖面上的重力对数位反演问题，论述了反问题解的存在性、唯一性与稳定性；等研究了三维星形类物体重力场的正演和反演问题；实现反演的条件是包围该星形体的大球面不与观测面相交。(4)起伏地形条件下复杂三度体磁场的反演理论方法研究。非均匀密度、任意截割垂向直角棱柱重力场g空间域正演问题,正演计算是采用数值积分方法实现的。(6)采用多复变函数理论研究重力场的反演理论和方法。近年来,俄罗斯学者.发表了一系列文章,论述采用多复变函数理论研究重力场反演的理论和方法。就矿体重力场反演来说,她用椭球体或多个椭球体的组合体近似表示矿体,采用多复变函数理论给出了与椭球体或多个椭球组合体近似的矿体重力场的稳定反演算法。(7)适合位场的小波变换反演理论研究。作者们利用适合于位场的母小波进行重磁场的分解与重构,并进行重磁场的反演;在没有任何先验信息的条件下,根据小波系数的变化特点,确定脉状和阶梯状地质体等简单场源体的位置、厚度、倾斜度和其尤拉方程的构造指数N。上述研究成果的不足之处在于:大多数是具有较简单表达式的重力场的正反演;关于磁场的直接反演方法也是就具有简单表达式的垂直分量导出的,不适合于各种磁场分量与磁场梯度分量情况;反演所采用的多是没有背景场叠加的异常场;有的需要大量的先验信息,在缺乏先验信息时不能应用;关于物性参数连续分布重磁场源反演成果甚少;再有,多数研究是在直角坐标系内进行的,数理分析的难度很大。在直角坐标系中,在地形起伏并有低缓背景和高频干扰异常叠加等复杂条件下,求解均匀或非均匀物性二度体和三度体重磁场的直接反演问题是极为困难的课题。为了避开有关研究的巨大困难,近年来,我们把二度体正反演问题研究转移到复坐标系,把三度体正反演问题研究转移到球坐标系,找到了一条简单、全面解决问题的有效途径,提出了复杂条件下局部重磁场源全方位成像理论方法体系,并研制成功实用化的程序系统(QFWCX)。但不足之处在于,没有解决物性参数连续分布重磁场源正反演这一前沿性研究课题。3.2重磁联合反演方法的新进展Fdei等人以三维位场数据为基础，探讨了综合应用重磁方法的基本原理解反演问题，获得了具有较高分辨率的磁化强度和密度随深度的分布模型!在解反演问题时，必须具有垂直方向位场数据的相关信息，这对于提高垂向深度分辨率具有决定性作用，这种垂向深度分布的结果仅取决于位场数据的分布。以泊松理论为基础，YoshioUeda等人提出应用重磁响应函数求磁性体的产状。重磁响应函数用泊松方程在频率域中的表达式表示：方程（2），（3）分别是二维重磁响应函数和三维重磁响应函数。4中国重力勘探的展望4.1发展高精度多参数重力测量仪器,提高综合信息采集能力发展航空标量、矢量、梯度重力测量20世纪90年代以来，GPS及高灵敏度、高稳定航空重力仪的应用导致航空重力测量的研究取得了突破性的进展,使航空重力测量技术进入实用化阶段、预期本世纪将得到广泛的应用.由于航空重力在大地测量方面的特殊作用,国际上许多国家多个研究机构开展了航空重力测量的研究,国际大地测量协会(IAG)也设立特别研究组对重力测量仪器、原理和数据处理方法等进行专门研究,从而使传统航空重力仪的精度和性能得到显著改善.Lacoste&RomergeS型海洋/航空重力仪、ZLS重力仪及BelBGM-5重力仪已被广泛应用于航空重力测量系统;发展了多种航空测量系统,航空重力标量测量技术已进入实用化阶段.(1)航空标量重力测量将重力仪安装在陀螺稳定平台上测量垂向加速度的航空重力测量系统属于标量重力测量,实际上测重力加速度的一个分量.这方面重力测量的精度一般达到2mGal,分辨率为10~15km.加拿大正在研制一种以三加速度仪为基础的旋转不变式标量重力测量(RISG)系统,该系统的实现可望航空重力测量系统不需要定向平台.(2)航空矢量重力测量硬架式惯性测量系统是矢量重力测量,它通过正交的三个加速度计测量b参照系中的加速度矢量(重力与运动产生的加速度之和),通过GPS及测高计等测量并计算飞机运动的速度及加速度,经一系列计算校正处理求出三分量重力异常.美国在航空重力矢量测量研究方面作了较多工作,将航空重力测量结果与地面重力数据作比较,表明航空重力矢量测量的水平分量精度可达7~8mGal,垂直分量的精度为3mGal.