全波形与重力联合反演方法及在南岭—武夷—东南沿海成矿带岩石圈三维精细结构成像的应用

项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

郭良辉

项目受资助机构

中国地质大学

立项年度

2019

立项时间

未公开

项目编号

41974101

研究期限

未知 / 未知

项目级别

国家级

受资助金额

63.00万元

学科

地球科学-地球物理学和空间物理学-油气地球物理学

学科代码

D-D04-D0408

基金类别

面上项目

关键词

全波形 ; 重力 ; 华南 ; 岩石圈结构 ; 联合反演 ;

参与者

崔亚彤;唐晗晗;郝奥伟;陈改杰;夏思茹

参与机构AI

中国地质大学;中山大学;南方科技大学;罗德岛大学

项目标书摘要:南岭—武夷—东南沿海成矿带是我国有色、稀有金属、稀土、铀等矿产资源最富集的地区之一。针对南岭—武夷—东南沿海成矿带岩浆成矿深部机制科学问题及地震、重力三维反演技术问题,本项目研发地震全波形与重力联合反演技术,包含笛卡尔坐标系和球坐标系两套算法,用于同步给出深部三维Vp、Vs速度和密度结构,降低单一方法反演多解性,提高速度和密度成像分辨率。然后,应用该技术获取南岭—武夷—东南沿海成矿带岩石圈三维Vp、Vs速度和密度精细结构,进一步,以地质、深反射地震剖面为约束,从上述岩石圈精细结构剖析成矿带深浅构造关系,推断深部断裂、岩浆通道和热带的立体展布,为探讨研究区岩浆成矿深部机制提供重要的深部依据,为成像区域壳幔三维速度和密度精细结构提供有力技术支撑。

Application Abstract: The metallogenic belts of Nanling-Wuyi-SE coastal areas are one of the most concentrated areas of nonferrous metals,rare metals,tombarthite ore and uranium ore in China.In this research,aiming at the scientific question of deep mechanism for the magmatic mineralization in the three metallogenic belts and the technique questions occurred in 3D inversion of seismic and gravity data,we develop the new technique of joint inversion of full-wave seismic and gravity data for simultaneously deriving 3D Vp,Vs and density structures of crust and upper mantle.We develop two algorithms for such joint inversion respectively based on the Cartesian coordinate and the spherical coordinate.The joint inversion could reduce the uncertainty and ambiguity of single method inversion and improve the resolution of both velocity and density structures.Then,we apply this technique to obtain the 3D fine lithospheric structures of Vp,Vs and density around the three metallogenic belts.According to these lithospheric structures and with the constraints of the geological data and the latest deep seismic reflection profile,we analyze the tectonic relationship between deep and shallow in the study area,and outline the 3D distribution of fault belts,magmatic vents and heat belts in the deep.Our research will provide important evidences for understanding the deep mechanism of the magmatic mineralization in the study area,and will provide technique support for obtaining 3D fine lithospheric structures of velocity and density in other places.

项目受资助省

北京市

项目结题报告(全文)

南岭—武夷—东南沿海成矿带是华南东部的三大构造岩浆成矿带,是我国有色、稀有金属、稀土、铀等矿产资源最富集的地区之一,其成矿时空分布规律的深部机制长期处于研究探索中,至今还没有得到很好回答。针对上述科学问题及地震、重力三维反演技术问题,项目研发了球坐标系重力正演的高精度快速算法、球坐标系地震面波与重力同步联合反演方法、球坐标系和笛卡尔坐标系地震全波形与重力联合反演方法,用于同步构建壳幔三维速度和密度结构模型,有效提高速度和密度成像分辨率。项目应用全波形与重力联合反演方法获得了华南东部地壳上地幔顶部三维速度和密度精细结构,以地质、深反射地震剖面、区域重磁资料为约束,剖析了华南东部深部结构与构造特征,探讨了南岭—武夷—东南沿海成矿带深部成矿机制。项目取得主要构造认识如下:(1)研究区上地壳速度和密度结构特征与地表地质基本吻合,中地壳主要呈现北东向、串珠状的低速低密度带,对应深大断裂带,下地壳和上地幔顶部主要呈现北东向的低速低密度带,反映深大断裂带及其与地幔热物质沟通的热带;(2)华南东部矿集区主要分布在壳幔高速、高密度带边缘或高低过渡带上以及莫霍面隆起边缘上,反映这些地带壳幔作用活跃,幔源矿物质岩浆沿这些通道上涌至浅部富集成矿;(3)南岭成矿带、武夷成矿带、东南沿海成矿带深部结构、构造和成矿机制存在明显差异,从而引起不同成矿带资源效应的差异性。项目研究成果将为深化华南东部深部构造与成矿认识提供重要的深部制约,为揭露区域岩石圈精细结构提供技术支撑。

  • 排序方式:
  • 1
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  • 1.青藏高原东北缘地壳结构的体波走时与重力联合反演研究

    • 关键词:
    • 青藏高原东北缘;双差层析成像;重震联合反演;低速层;孕震构造
    • 夏思茹
    • 指导老师:中国地质大学 郭良辉
    • 学位论文

    青藏高原东北缘作为高原向陆内扩展的前缘部位,晚新生代构造变形强烈、地震活动频繁,是研究青藏高原隆升与动力学演化的热点区域,也是研究大陆强震孕育过程的理想场所。壳内低速层和孕震构造是青藏高原东北缘构造与动力学研究的两个热点,至今存在较大的认识分歧。本文针对这两个研究热点,开展青藏高原东北缘地壳结构的地震与重力联合反演研究,为青藏高原东北缘地壳变形和孕震构造环境研究提供深部依据。本文主要研究工作和认识如下:(1)收集并整理了研究区71个固定地震台和“中国地震科学探测台阵-南北地震带北段”418个密集流动地震台所记录到的近震事件资料,以及地面布格重力异常数据,首先采用近震体波走时的双差层析成像方法获得了研究区地壳三维P波、S波速度结构和重定位结果,然后应用体波走时与重力联合反演方法进一步改善了研究区地壳三维P波速度和密度结构,质量评价表明本文反演有效。(2)研究区壳内速度和密度结构呈现较强的横向不均匀性。在5km深度,速度、密度结构特征与地表地质基本吻合。在10km-20km深度,阿拉善地块表现为高密度、高速度异常,松潘-甘孜地块、祁连构造带及西秦岭造山带显示为大范围低速、低密度异常,表明青藏高原块体与周围地质单元有显著不同的中地壳结构。在30km深度,研究区呈现以低值为主的高低相间的速度和密度结构,松潘-甘孜地块与西秦岭造山带低速、低密度异常明显且连续,反映了二者可能同属一个基底。在50km深度,青藏高原表现为低速、低密度异常,阿拉善地块呈现高速、高密度异常,说明两地块之间的海原断裂带的切割深度已达上地幔顶部。(3)松潘-甘孜地块和祁连构造带下方20km-40km深度范围表现为显著的低速、低密度异常,松潘-甘孜地块壳内低速层可能与地壳部分熔融有关;祁连构造带的壳内低速、低密度层集中分布在祁连构造带的西北部地区,可能与地壳增厚有关。(4)重定位后地震震源向断裂带靠拢,沿着断裂呈条带状或簇状分布,说明活动断裂与地震有着密切的关系。重定位后的岷漳Ms6.7地震和九寨沟Ms7.0地震震源深度都位于脆性的上地壳。震源区的壳内低速、低密度层可能处于部分熔融或易于蠕变的状态,脆性的上地壳部分更容易积累应变能,从而导致地震的发生。

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  • 2.球坐标系视密度填图方法研究及其在中国大陆的应用

    • 关键词:
    • 重力正演;Tesseroid单元体;球坐标系;视密度填图;地表观测面
    • 郝奥伟
    • 指导老师:中国地质大学 郭良辉
    • 学位论文

    视密度填图是区域重力资料解释的一个重要手段,服务于区域构造单元划分、构造边界圈划等,为区域大地构造研究提供重要依据。常规视密度填图方法采用笛卡尔坐标系,假定密度层和重力观测面为平坦的,在大尺度区域研究中,地球是曲形的,因此常规视密度填图方法的这种假设已不成立,需要研究应用球坐标系视密度填图方法。然而,前人球坐标系重力正反演方法仅适用于高空观测面领域,在地表观测面时产生“邻近效应”,精度低。本文在前人研究基础上,研究给出了球坐标系重力异常高精度正演算法和视密度填图方法,适用于区域地表观测面的高精度重力正反演,为区域地质构造研究提供技术支撑。本文在系统分析Tesseroid单元体正演的泰勒积分展开法和高斯勒让德法基础上,给出了改进的高斯勒让德算法和自适应剖分算法,以提高Tesseroid单元体在地表观测面的重力正演精度。然后,在本文改进的正演算法基础上,给出了密度层的球坐标系重力正演算法流程和视密度填图算法流程。在Tesseroid单元体正演方面,球壳模型多种测试表明本文改进的正演算法有效,适用于地表观测面的重力高精度正演。在区域密度层的正演和填图方面,理论模型试验表明本文方法结果接近理论值,适用于地表观测面的有效填图。本文将方法应用于中国大陆,获得了地壳视密度分布。结果表明中国大陆地壳视密度分布西低东高,由西向东依次递增,变化范围为2.45~2.81g/cm~3。其中,西部区域受欧亚板块和印度板块挤压,地壳厚度较大,视密度结果低于2.67 g/cm~3;中部区域为过渡区域,其视密度填图范围为2.52~2.75g/cm~3;东部区域受太平洋板块俯冲作用,地壳减薄,其视密度结果高于2.67 g/cm~3。中国大陆地壳视密度填图结果与区域的块体边界和构造走向有着很好的对应关系。

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  • 3.深部探测重、磁三维快速成像和变密度界面反演方法研究

    • 关键词:
    • 重磁;频率域;三维成像;球坐标系;变密度界面反演
    • 崔亚彤
    • 指导老师:中国地质大学 郭良辉
    • 学位论文

    重磁方法是探测深部结构和区域构造特征的两种常用方法。三维物性反演和密度界面反演是重磁资料解释的重要手段,在区域地质构造研究、矿产与能源勘查、防灾减灾等领域发挥重要作用。传统空间域三维物性反演方法对物理内存和计算需求较大,不适用于大规模数据的快速三维反演,而传统频率域三维成像方法可以实现大规模数据的快速成像评价,但其深度分辨率相对较低。传统笛卡尔坐标系密度界面反演方法不适用于大区域尺度,而传统球坐标系密度界面反演方法不适用于地表观测面,且未能考虑地下密度的纵横向变化。本文针对上述深部探测中的重磁反演技术问题,开展大规模数据的重磁快速三维成像方法和地表观测面的球坐标系变密度界面反演方法研究,为深部探测的快速三维地质评价和大区域构造界面研究提供技术支撑。本文主要的研究工作和成果如下:(1)通过理论推导,给出重磁异常及梯度频率域三维正演方法和拟三维正演方法,模型数据试验验证该方法正演精度与空间域解析式正演算法基本相当,正演效率远高于空间域算法,适用于大规模模型数据的快速正演。(2)通过理论推导及引入深度尺度因子、物性范围、界面等约束和采用迭代优化算法,给出重磁异常及梯度频率域三维成像方法,模型和实际数据试验验证该方法反演效率远高于常规空间域物性反演算法,深度分辨率比传统频率域成像方法有所提高,适用于大规模重磁数据的快速三维成像和评价。(3)通过理论推导和高斯-勒让德积分算法改进,给出球坐标系变密度界面正演方法,模型数据试验验证该方法有效提高地表观测面的正演精度,适用于大区域、地表观测面的变密度界面正演。(4)运用迭代优化算法而给出球坐标系变密度界面反演方法,模型数据试验验证该方法的有效性,适用于大区域、地表观测面的变密度界面反演。(5)应用球坐标系变密度界面正演和反演方法,获得中国大陆岩石圈底界面(LAB)深度分布,结果表明中国大陆岩石圈厚度整体呈现以110°E为界的“西厚东薄”趋势,厚度范围约60 km~260 km。

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