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重磁位场新技术与山西断陷盆地构造识别划分研究

刘金兰  
【摘要】: 山西断陷盆地是汾渭盆地的主体部分。该盆地是世界上著名的地震、地质灾害活动区之一,其中,最著名的地质灾害是地裂缝。地裂缝活动严重影响着城市建设及国民经济的发展,已成为目前该盆地影响面最广、破坏最严重的地质灾害。研究表明,地裂缝的形成和发展主要是受控于基底构造活动或隐伏活动断裂。因此,查明该盆地基底构造及活动断裂分布特征是解决地裂缝灾害的关键问题之一。目前,对上述面积性的区域构造的研究主要是利用重磁位场资料。鉴于此,本论文以国家自然科学基金重点项目——汾渭盆地地裂缝灾害成因机理与大陆动力学(项目编号:4053021)为依托,以位于山西省中部的山西断陷盆地为研究区域,以重磁位场新技术与山西断陷盆地构造识别划分为主要研究内容,以获取全区及上下深、浅区域构造信息(全区断裂分布特征、前寒武纪古构造特征、浅层断陷盆地基底构造及盆内活动断裂特征等)为主要目标,以重磁位场数据为主要原始资料,以提高位场资料处理精度和分辨率的新方法、新技术为主要手段,以深地震测深剖面和浅层地震剖面为约束,并结合钻井、地质、构造演化,对山西区域构造进行了深入的研究。取得的主要成果和结论如下: 1、利用小波多分辨分析技术首次对山西重磁位场数据进行了分离阶数与异常源特征对应关系的试验研究,通过基于研究区实际的模型对比模拟,半定量得出了小波分解阶次与深、浅源构造信息的对应关系。与常规方法相比,小波多分辨分析技术不但能分离浅部构造信息,保留深部构造信息,而且能保留深部构造信息的细节特征和弱异常信息。将该技术应用于山西重磁位场数据处理,获得了高分辨率的反映莫霍面起伏变化的深部(区域)重力场资料和反映前寒武纪古构造特征的区域航磁场资料;获得了高质量的反映断陷盆地低密度沉积特征的浅部(局部)重力场资料。上述成果为山西断陷盆地深部、浅部区域构造信息的进一步研究提供了良好的基础。 2、首次在国内研究了基于曲率属性的位场自动反演新技术,并且对该方法进行了创新性的技术改进,使其不仅具有更好的反演效果,而且具有分离不同埋深场源信息的功能。提出的三个主要技术措施为扩展自动搜索极大值法、多分辨率阈值法、扩展自动搜索极大值和多分辨率阈值组合法。研究表明:上述技术措施不仅使原有方法受噪声的影响降低到最小,使反演的解更连续,水平位置和埋深更准确,而且具有分离不同埋深场源信息的功能,为浅、中、深层场源的分离提供了另一种思路,丰富了位场资料处理技术和手段。 3、将改进后的基于曲率属性的位场自动反演新技术应用于山西重力异常数据的反演,得到了不同深度层的深、浅断裂信息。利用提出的扩展自动搜索极大值和多分辨率阈值组合法,研究了不同阈值系数k对应的不同埋深断裂信息,得到了它们之间的半定量关系,且当阈值系数k =1.0时获得的山西断陷盆地内新生代断裂系与本论文中利用小波分解得到的浅部(局部)重力场特征和新编制的第四系或新生界构造图成果相吻合,有效反映了断陷盆地边缘大断裂和盆内界限性断裂。 4、研究了位场场源边界识别新技术,如斜导数法、斜导数水平梯度法及theta图法。模型试验研究表明:上述技术具有弱信号提取功能,能得到更多的地质信息,进一步提高了解释的准确性和精度。将该技术应用于山西重力异常数据处理,获得了丰富的平面断裂信息;利用theta图法对航磁异常小波分解6阶近似进行了前寒武纪古构造边界的识别,结合地质、构造演化等重新划分了前寒武纪古构造单元。新划分的古构造单元是利用人工地震测深剖面资料加以佐证了的结果,与前人结果相比具有更高的分辨率和可信度。 5、利用重新划分的前寒武纪古构造单元研究了磁性基底构造对盆地形成的影响,结合人工地震测深剖面资料、重磁识别的断裂系及盆地磁性地壳结构等信息研究了区域构造与地震活动的关系。研究结果表明断陷盆地的形成受磁性结晶基底的制约;地壳结构越复杂,地壳介质之间的力学强度差异越大,热水点年释放量越小,就越容易孕育和发生大的地震。 6、利用浅层地震剖面、钻井等资料,并参考重磁划分的断裂系,新编制了山西四个断陷盆地的第四系构造图。利用新编制的第四系构造图并结合新生界构造图,研究了新生代断陷盆地基底构造分区及盆内活动断裂分布特征。新编制的第四系构造图提供了盆地内构造分区和活动断裂分布信息,该信息可用于解释地裂缝的分布与基底构造活动或隐伏活动断裂之间的关系,为浅地表地裂缝的评价研究提供了重要的基础资料。 本论文以重磁位场新技术为主要手段,将地震、钻井、地质等要素最大限度的融合在一起,研究了山西区域构造特征,为依托项目提供了丰富的深部和浅部区域构造信息,这不仅对地裂缝的防灾减灾具有重要的实际意义,而且对该区区域构造、矿产资源勘探和评价研究具有重要意义。此外,本论文对重磁位场新技术的研究成果丰富了位场资料处理技术和手段,具有一定的学术价值和实际应用价值。


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