重力反演

摘要： 基于球坐标系的地球物理反演能有效避免地球曲率的影响,适用于大尺度构造研究.本文基于重力异常数据在球坐标系下反演莫霍面深度,结合数据误差及光滑正则化项建立反演目标函数并求解,同时将该方法应用于苏拉威西地区.苏拉威西地区具有复杂的断裂系统、年轻的俯冲带,是研究俯冲起始机制等前沿科学问题的理想场所.目前研究区的地球物理观测尚不充分,缺乏对莫霍面形成有效约束的地震数据,对研究区莫霍面的整体认识较少.本文基于卫星重力观测数据,通过匹配滤波方法提取与研究区莫霍面结构相关的重力异常,并结合频谱分析确定该地区的莫霍面深度参考值.在反演中,通过两次随机子抽样交叉验证选择最优的超参数,包括正则化因子、莫霍面密度差以及参考莫霍面深度,迭代反演获得莫霍面深度.反演结果表明:研究区莫霍面平均深度为20.0 km,深度变化范围为9.2~33.3 km.总体上,海区莫霍面浅,约10.0~20.0 km,陆区莫霍面深,约25.0~33.0 km,该结果与Crust1.0全球模型、前人重力反演结果以及地震数据基本相符,总体上反映了苏拉威西地区的莫霍面变化特征.

摘要： 地球物理反演问题通常是不适定的,反演结果往往具有多解性和不稳定性。为了改善单一地球物理反演中面临的这些问题,本文在单一重力/磁法反演的基础上,基于结构耦合的思想,引入交叉梯度算子,实现了密度和磁化率两种物性参数的相互耦合。通过设计不同理论模型组合,应用预条件共轭梯度算法对理论模型的重力和磁法数据开展交叉梯度联合反演计算,反演结果表明,对于单一棱柱体模型和组合棱柱体模型而言,重磁联合反演算法相比于单一反演结果都具有良好的稳定性,对于异常体的空间分布的刻画具有提升效果。

摘要： 当前全球矿产资源勘查已进入攻深阶段,在厚覆盖区,前期工作多以物探为主要手段,钻井等地质资料相对较少,因而通过已有物探资料对覆盖区基岩深度进行推断,作为指导后续找矿工作的依据是合理且必要的。本次研究区位于蚌埠隆起带中部,为皖北重要的成矿带,绝大部分为厚覆盖区,基底隆起带上覆中新生代盖层,厚度由数十米至上千米不等。已搜集到1∶20万重力数据及部分钻井资料,结合区内物性参数,以重力异常宏观走向切取剖面并建立模型进行2.5D反演,从而推断出怀远-蒙城地区基岩深度值。与已知钻孔对比,最终得到的基岩深度与实际最大误差值为68 m,均方误差为±20 m,推测结果能有效反映基岩深度的相对变化趋势。通过此次研究工作了解了区内岩体埋深、空间形态等,再结合地质及综合物探信息,能为3D地质建模及成矿远景区的筛选提供有效的参考依据。

摘要： 近年来,在四川南部地区相继发生了2019年6月17日的长宁M S6.0地震、2021年9月16日的泸县M S6.0地震.本文结合研究区陆地实测重力数据与WGM2012布格重力异常模型获得融合布格重力异常,以已有的速度结构模型为参考,利用贝叶斯原理构建密度参数的后验分布模型,通过MCMC方法提取后验样本,获得该区域的地壳三维密度结构.在反演结果的基础上,对比了1936年马边M W6.7和M W6.8双震、1974年大关M S7.1地震与长宁、泸县两次地震的震源区深部物性结构特征,发现马边和大关两次地震震源区深部密度结构不均匀性较强,长宁地震震源区深部具备一定的不均匀性,但在泸县地震震源区深部没有发现明显的密度异常体.研究认为:相比于马边、大关这类构造地震,长宁地震具有类似的地震深部构造物性特征,而泸县地震此类特征不明显.

摘要： 重力反演是恢复地下密度空间分布的有效工具,而选择合理的密度模型约束方法是提升重力反演分辨率和可靠性的关键.常规约束方法大多是从剖分网格空间中的密度模型出发,通过调整光滑或稀疏约束权重来匹配反演目标,但当地质体类型多样、异常分离不准确及网格剖分方案不合理时,模型约束的合理性与灵活性难以得到有效保证.为此,本文提出了一种基于密度模型稀疏表征的重力反演方法.首先假设待反演的密度模型表征为模型特征矩阵和稀疏分解系数的线性组合,之后重新推导了重力反演目标函数,并给出了分解系数的稀疏求解过程.相比现有重力反演方法,用于构建模型特征矩阵的特征模型可包含不同类型地质体的先验几何信息,分解系数的稀疏性保证了待反演目标来自于最典型的地质模式组合.最后,通过模型试验及实际资料验证了基于密度模型稀疏表征的重力反演方法的有效性.

摘要： 重力异常对地壳横向密度变化敏感,而无约束重力反演得到的密度模型其垂向分辨能力往往不理想.为了改善反演结果的垂向分辨率,本文参考已有先验分层模型,基于贝叶斯原理,提出了一种重震联合反演的新策略,可实现多种参考模型和复杂加权参数条件下的最大后验概率估计.理论模型测试结果表明,对于深度加权、多参考模型约束等多种问题,本文提出的新方法都可以稳健地获得最优化的模型参数.本文同时以中国地震科学台阵在龙门山地区及周边的一维接收函数分层模型和地震层析成像结果为参考,通过此方法对该区的重力异常进行反演,获得了该区的高精度三维密度结构,其水平分辨率优于 10 km,垂直分辨率优于5 km.结合四条通过汶川和芦山地震震中的剖面进行分析后发现,反演得到的密度结构模型在过强震震源区位置横向变形显著,其揭示的分层地壳结构和变形模式与地表已知断裂构造具有相关性.本文提出的重震联合反演新策略,可为研究潜在强震风险源区的地壳结构和物性特征提供有效的科技方法支撑.

摘要： 为了提高重力反演分辨率,提出一种利用高斯径向基函数的拟神经网络反演方法.该方法利用高斯径向基函数压缩模型空间,在保证复杂模型表征能力的前提下,实现了反演参数的降维;以高斯径向基函数为激活函数,构建一种拟神经网络结构,不需要训练,可以克服建立训练数据集的困难.该方法较好地解决了重力反演不适定性所导致的趋肤、垂向分辨率低、多解性强和严重依赖先验约束等问题,并从重力数据中最大程度地提取有效信息以提高反演结果的分辨率,增强可靠性.模型实验证明了该方法具有较高的精度和分辨率,能较准确地反演模型的位置、边界和密度.应用该方法反演车镇凹陷重力数据,得到了垂向分辨率较高的剩余密度模型,从中提取密度界面和剖面开展构造解释,揭示了下古生界构造格局和潜山发育规律,证明了该方法的实用价值和应用潜力.

摘要： 地表地质调查与深部地球物理探测结果表明,红河断裂带北、中段地壳结构与变形具有显著的横向差异性。为检测其地壳现今深部物质迁移和变形特征,文中利用红河断裂带北、中段2013—2019年3条流动重力剖面的观测资料,经分析和去除地表垂直运动、地表水循环、剥蚀和冰川均衡调整引起的重力效应,获取了地壳深部物质迁移引起的趋势性重力变化信息。结果表明,红河断裂带近期的重力动态变化具有分段性特征:北段、中段和中南段剖面的平均变化率为(-0.39±1.30)μGal/a、(0.16±1.57)μGal/a和(0.29±1.25)μGal/a,北段剖面以红河断裂为界,NE侧呈负变化、SW侧呈正变化,SW侧相对NE侧以(3.1±0.55)μGal/a·100km的重力变化率增加,反映出青藏高原物质东流背景下深部物质跨越红河断裂带后受澜沧江刚性块体阻挡、质量不断累积的特征;中段剖面断裂带区域的重力变化率比两侧低,体现了红河断裂的深部控制作用;中南段剖面的重力整体呈正变化,反映了印支、华南块体与川滇菱形地块间相互侧向挤压、深部物质累积的性质。基于重力变化反演的莫霍面变形结果表明:近期红河断裂带的莫霍面平均以0.54cm/a的速率持续隆升,北段、中段和中南段的平均变形速率为-0.06cm/a、1.36cm/a、0.32cm/a,在一定程度上反映出区域非均衡构造运动作用;北段莫霍面自东向西由下沉逐渐转为隆升;中段东侧隆升、西侧下沉;中南段变形速率低且两侧差异小;红河断裂带区域的变形速率明显低于两侧地块,体现了其对地壳深部变形较强的边界控制作用。文中的研究结果可为青藏高原东南缘断裂活动性研究提供新的约束。

摘要： 数值模拟研究认为洋底高原/洋脊俯冲和弧后扩张能够有效影响俯冲带岩浆活动和岛弧地壳增生。本文以伊豆−博宁−马里亚纳(IBM)俯冲带为实例,论证该结论的有效性。以卫星测高反演重力异常为基础,通过构建地球不同圈层密度模型,反演得到IBM俯冲带莫霍面埋深。本文的莫霍面埋深反演结果与地震解释结果具有一致的分布趋势。结合开源水深和沉积层厚度数据,给出了IBM俯冲带地壳厚度分布。IBM岛弧地壳体积沿走向的分布特征表明:①小笠原洋底高原和相对较小规模达顿洋脊的俯冲,都能够使得相应位置的岛弧变窄、地壳变厚、体积增大;②马里亚纳海槽扩张显著降低了岛弧地壳体积的增生量。

摘要： 沙溪—东顾山地区位于长江中下游铁、铜成矿带的中段北缘,北东向庐江—滁县构造岩浆岩带的南西段.区内矿产资源丰富,除典型的沙溪式斑岩型铜矿外,近年来在东顾山黄金凹—小金凹一带发现隐伏黑云母花岗岩体,在岩体与奥陶系碳酸盐岩接触带内发现接触交代型钨钼多金属矿化体,显示该区具有寻找大中型钨钼多金属矿的潜力.鉴于地表地质图仅能反映地表岩层的分布,其对深部岩层的空间展布则难以界定,制约了矿产勘查效果.本文从2.5维重力人机交互反演出发,充分利用已有的地质剖面、钻孔、物性标本等先验信息,将每个地质单元模型赋予可靠的密度属性,采用Encom ModeⅣision ProTM(MV)软件建立了12条重力反演剖面,再将拟合完好的模型切片导入Geomodeller重新拼接成连续性完好的三维实体模型,最终得出该区面积约286km2,深度为3km的三维地质模型,更加直观、真实地刻画了该区岩性在全区深部的变化情况和构造关系,为该区进一步“就矿找矿”“攻深找盲”提供有力支撑.

摘要： 本文通过收集天津市大寺新家园—海河教育园区的重力数据反演成果资料、钻孔资料、MT剖面资料和热储层资料,以Gocad软件为平台,利用重力反演界面、断裂构造和钻孔地层分界面标记构建天津市地质模型,利用钻孔地层界面标记对重力反演界面深度进行校正,并将模型赋予密度属性,将热储资料集成到模型中,从内容和功能上对三维可视化模型进行展示.将MT剖面计算的深度—视电阻率资料制作成虚拟钻孔形式,通过切割同位置模型剖面,并利用布格重力拟合的地质剖面,验证模型的可靠性.

摘要： 针对三维地质调查所面临的三维地质建模的实际问题,通过剖面来建立三维模型经验证,是一种切实有效的建模方法,并且在中国地质调查局地质调查工作项目——本溪－临江地区深部地质调查项目中得到了验证.此建模流程的关键点并且任务量最大的点在于地质剖面的绘制，并且地质剖面绘制的正确与否，决定了三维模型的真实性。为了提高地质剖面绘制的效率及正确性，设计开发了一套基于剖面的三维地质建模系统。在该系统中，通过在地质图上绘制剖面，产生研究区块的剖面集，再通过研究区块的重力反演，确定剖面的正确性，然后将剖面导入GoCAD软件进行三维建模。该系统由VC++基于MFC的GDI+进行编程实现，运行效率较高，绘制剖面的效率得到了大大提升，并且可以经过反演软件进行反演后对剖面进行修正，保证了地质剖面的正确性，从而确保了由此产生的三维地质模型的真实性，在“本溪－临江深部地质调查”项目中发挥了重要作用。

摘要： 单从重力资料本身不能确定地壳-地幔密度差与地壳厚度变化的分布。文章利用重力方法反演青藏高原东缘地区深部密度结构，得到该研究区密度分布的特点，同时对利用接收函数得到的地壳厚度数据和台站所在地平均高程数据进行回归分析。得出，回归分析结果获得的地壳-地幔顶部的物性特征与重力反演结果相一致。

摘要： 将四国海盆分为洋壳减薄区、洋壳增厚区、后扩张洋壳增生区，与磁异常条带对比分析，分别对应四国海盆初始慢速张裂、单翼快速扩张、对称慢速扩张三期扩张活动，与磁条带年代具有较好的对应性。四国海盆西侧洋壳减薄区，深部地慢物质上涌导致了莫霍面抬升，平均密度为整个四国海盆最高区域;两条反演剖面下地壳中发现高密度体与OBS剖面高速体对应，研究认为在岛弧初始张裂时期，低扩张速率和贫岩浆供应使洋壳形成过程发育切穿整个地壳的拆离断层，海水沿断层下渗，地慢蛇纹石化形成下地壳密度体。

摘要： 在全球变暖背景下,研究发现大多数冰川在退缩,高原内部星罗棋布的湖泊水位普遍在上涨,利用GRACE卫星重力反演高原及其邻区陆地水储量变化(TWSC）,分离水文循环要素,成为研究热点.反演TWSC的一般途径是,利用发布的二级数据,即重力场球谐模型进行反演,但GRACE重力场模型存在条带误差和高阶误差,需要进行去相关滤波和平滑滤波.反演TWSC的较新途径是,利用星间距测速结果进行质量(Mascon)反演.本文利用不同类型和来源的GRACE数据,结合不同后处理方法反演TWSC,并将反演结果彼此之间、与卫星测高观测和模型结果及降水模型结果进行对比,讨论各种滤波方法的优劣、GRACE数据选择的影响,推荐适合本区反演的后处理方法与GRACE数据.

摘要： 在利用卫星重力或GPS反演地表质量变化的计算中，一般采用PREM模型，但该模型不能很好地反映青藏高原巨厚的地壳结构，因此，本文主要研究高原地壳结构对勒夫数以及空间大地测量监测地表质量变化结果的影响。基于Crust2.0全球地壳模型得到青藏高原地区的平均地壳结构，以此替换PREM模型的相应部分，计算新的勒夫数并用于GRACE和GPS反演该地区地表质量变化，与PREM模型的结果作对比。

摘要： 在利用卫星重力或GPS反演地表质量变化的计算中，一般采用PREM模型，但该模型不能很好地反映青藏高原巨厚的地壳结构，因此，本文主要研究高原地壳结构对勒夫数以及空间大地测量监测地表质量变化结果的影响。基于Crust2.0全球地壳模型得到青藏高原地区的平均地壳结构，以此替换PREM模型的相应部分，计算新的勒夫数并用于GRACE和GPS反演该地区地表质量变化，与PREM模型的结果作对比。

摘要： 在利用卫星重力或GPS反演地表质量变化的计算中，一般采用PREM模型，但该模型不能很好地反映青藏高原巨厚的地壳结构，因此，本文主要研究高原地壳结构对勒夫数以及空间大地测量监测地表质量变化结果的影响。基于Crust2.0全球地壳模型得到青藏高原地区的平均地壳结构，以此替换PREM模型的相应部分，计算新的勒夫数并用于GRACE和GPS反演该地区地表质量变化，与PREM模型的结果作对比。

摘要： 本发明公开了一种基于密度约束的球坐标系重力和重力梯度联合反演方法，包括如下过程：在球坐标系下将地下空间剖分成N个块体单元；每个单元体的重心处的坐标点的重力异常均等效于各块体单元在该点处重力效应的总和；分别建立重力及其梯度异常的核函数矩阵A；构建重力和重力梯度的交叉梯度函数；建立重力和重力梯度联合反演的目标函数；对构建好的所述目标函数利用共轭梯度法进行多次迭代反演求得最优解，得到高精度的反演结果。本发明提出的联合反演方法，一方面重力和重力梯度数据反映地下不同埋深的信息，二者相互约束可以获得更为精确可靠的地下模型；另一方面利用交叉梯度和密度权双重约束可提高大区域下考虑曲率的卫星数据反演的精度。

摘要： 本发明涉及一种重力数据和重力梯度数据联合正则化反演方法，包括如下步骤：步骤1：获取重力数据，对重力数据进行反演计算，获得反演结果；步骤2：对步骤1获得的反演结果m取绝对值，进行归一化处理，对于结果中的零值，设置为一个极小值，处理后的结果作为加权矩阵；步骤3：获得重力梯度数据，将重力梯度数据和所述加权矩阵同时应用到反演计算中，获得重力梯度数据和加权矩阵联合反演的反演结果。本发明有效的利用了重力数据包含的地质信息，利用重力数据构建加权矩阵，将加权矩阵应用到重力梯度反演计算，提高了反演结果的分辨率，反演结果底部边界更清晰、准确。

摘要： 一种不同高度重力数据和井中重力数据联合反演的方法，由于不同高度观测面的重力数据包含的波场信息不同，该方法通过延拓技术得到不同高度的重力数据，将延拓数据与观测数据联合反演改善反演结果的多解性问题。当研究区只有地面观测重力数据时，下延数据与地面测量数据联合反演能够提高反演结果分辨率；当研究区只有航空重力数据时，将航空重力数据下延到地面或地面以下合适平面，下延数据与航空重力数据联合反演也能够提高反演结果分辨率；反演过程中加入井中重力、密度数据做约束，能够进一步提高反演结果的垂直分辨率。本发明改进的深度加权函数具有更强的针对性和灵活性，应用在以上联合反演方法中更容易获得理想的反演效果。

摘要： 本发明公开了一种基于密度约束的球坐标系重力和重力梯度联合反演方法，包括如下过程：在球坐标系下将地下空间剖分成N个块体单元；每个单元体的重心处的坐标点的重力异常均等效于各块体单元在该点处重力效应的总和；分别建立重力及其梯度异常的核函数矩阵A；构建重力和重力梯度的交叉梯度函数；建立重力和重力梯度联合反演的目标函数；对构建好的所述目标函数利用共轭梯度法进行多次迭代反演求得最优解，得到高精度的反演结果。本发明提出的联合反演方法，一方面重力和重力梯度数据反映地下不同埋深的信息，二者相互约束可以获得更为精确可靠的地下模型；另一方面利用交叉梯度和密度权双重约束可提高大区域下考虑曲率的卫星数据反演的精度。

摘要： 一种不同高度重力数据和井中重力数据联合反演的方法，由于不同高度观测面的重力数据包含的波场信息不同，该方法通过延拓技术得到不同高度的重力数据，将延拓数据与观测数据联合反演改善反演结果的多解性问题。当研究区只有地面观测重力数据时，下延数据与地面测量数据联合反演能够提高反演结果分辨率；当研究区只有航空重力数据时，将航空重力数据下延到地面或地面以下合适平面，下延数据与航空重力数据联合反演也能够提高反演结果分辨率；反演过程中加入井中重力、密度数据做约束，能够进一步提高反演结果的垂直分辨率。本发明改进的深度加权函数具有更强的针对性和灵活性，应用在以上联合反演方法中更容易获得理想的反演效果。

摘要： 本发明涉及一种重力数据和重力梯度数据联合正则化反演方法，包括如下步骤：步骤1：获取重力数据，对重力数据进行反演计算，获得反演结果；步骤2：对步骤1获得的反演结果m取绝对值，进行归一化处理，对于结果中的零值，设置为一个极小值，处理后的结果作为加权矩阵；步骤3：获得重力梯度数据，将重力梯度数据和所述加权矩阵同时应用到反演计算中，获得重力梯度数据和加权矩阵联合反演的反演结果。本发明有效的利用了重力数据包含的地质信息，利用重力数据构建加权矩阵，将加权矩阵应用到重力梯度反演计算，提高了反演结果的分辨率，反演结果底部边界更清晰、准确。

摘要： 本发明公开了卫星重力梯度张量对角线三分量反演地球重力场的调和分析法模型及其建模方法，属于卫星重力测量领域。本发明新建了利用卫星重力梯度张量组合分量Txx+Tyy、Tzz‑Txx‑Tyy反演地球重力场的调和分析法模型，利用本发明新建的卫星重力梯度张量对角线三分量调和分析法模型，反演地球重力场，可以获得三类重力场模型结果。该模型进一步丰富了调和分析法模型的内容，使其并不仅仅局限于Tzz分量，从而顾及到了Txx、Tyy分量对地球重力场反演的贡献，为充分利用卫星重力梯度张量对角线三分量反演地球重力场提供了理论基础，也充分利用了欧空局发射的重力梯度测量卫星GOCE的数据资源。

摘要： 本发明公开了一种卫星重力梯度张量对角线三分量反演地球重力场的最小二乘配置法模型及建模方法，属于卫星重力测量领域。该方法从球谐函数的正交性法则出发，将T

摘要： 本发明公开了一种重力和重力梯度模量联合三维反演方法，首先，通过位场转换得到重力梯度模量，将重力梯度模量和重力数据一起加入到反演中，与单独重力反演相比，能够提高反演的分辨率，与单独重力梯度模量反演相比，无需二次判断密度差的正负。同时，本发明利用重力梯度模量构建水平加权函数，对模型进行约束，进一步提高了水平分辨率。在求解最优解过程中，使用重力数据和先验地质信息，建立优化的初始搜索模型，加快了收敛速度，并提高了反演的准确性。

摘要： 本发明公开了一种重力和重力梯度模量联合三维反演方法，首先，通过位场转换得到重力梯度模量，将重力梯度模量和重力数据一起加入到反演中，与单独重力反演相比，能够提高反演的分辨率，与单独重力梯度模量反演相比，无需二次判断密度差的正负。同时，本发明利用重力梯度模量构建水平加权函数，对模型进行约束，进一步提高了水平分辨率。在求解最优解过程中，使用重力数据和先验地质信息，建立优化的初始搜索模型，加快了收敛速度，并提高了反演的准确性。