文章目录

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 选题依据

1.2 研究背景

1.3 研究内容

第2章 简单正演模型的对称性分析

2.1 简单模型的对称性Ⅰ:地层格架几何模型

2.2 简单模型的对称性Ⅱ:海水锶同位素模型

第3章 复杂地学模型的对称性规则

第4章 陆架边缘三角洲层序地层模拟研究

4.1 层序地层模式及主控因素

4.2 地层格架正演模型

4.3 模型对称性分析

    4.3.1 简单模型的对称性

    4.3.2 复杂模型的对称性

    4.3.3 对称性与层序解释

4.4 实例研究:巴尔的摩峡谷海槽

4.5 层序地层解释的多解性和对称性

4.6 本章小结

第5章 古温标法沉积盆地热史恢复研究

5.1 盆地构造热事件与古温标

5.2 正演模拟

5.3 反演模拟

    5.3.1 盆地热史恢复的多解性

    5.3.2 热史模拟的多种方案

    5.3.3 多种方案之间的共性

5.4 实例研究:四川盆地川中地区

5.5 盆地热史研究的多解性和对称性

5.6 本章小结

第6章 地幔过渡带顶部低速层物理性质研究

6.1 地幔过渡带顶部低速层

6.2 研究数据

    6.2.1 地震学观测数据

    6.2.2 地震波速度计算

    6.2.3 地幔温度变化计算

6.3 正演模拟

    6.3.1 S波参考速度

    6.3.2 部分熔融与速度降

6.4 反演模型

    6.4.1 基于经验的估算

    6.4.2 对称性变换

    6.4.3 计算多种反演结果

    6.4.4 反演问题的端元解

6.5 地震反演问题的多解性和对称性

6.6 本章小结

第7章 对称性原理与地质学反演问题

7.1 反演问题的对称性Ⅰ:层序地层模拟

7.2 反演问题的对称性Ⅱ:盆地热史恢复

7.3 反演问题的对称性Ⅲ:地震反演问题

第8章 结论与展望

参考文献

附录

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章摘要:反演问题贯穿于地质学科的几乎每一个分支。地质学中的反演问题,指通过观察现存的地质现象,反推地质历史事件;或通过在地表测量的地球物理场信息,探测地球内部结构。地质学反演问题面临的一大难点,在于反演结果的多解性——不同的地质条件和作用过程,有可能导致相同的最终产物,因此对地质现象和勘探资料的解释并不唯一。本文采用计算机正演模拟方法,调查并研究了地质学反演问题的多解性。结果表明,即使对于非线性的反演问题,也往往能根据简单的规则,将问题的多个解紧密联系。此类规则诠释了反演问题的对称性,在遵循对称性规则的前提下,对模型参数的任何修改,都不会改变正演模拟所得结果。如同将正方形旋转90°并不改变其形状,物体的对称性揭示了不改变物体形态的操作方式,尽管此处“物体”和“操作”的概念远远要比几何图形的旋转来得丰富。研究表明,对称性原理可作为探究反演问题多解性的有力工具。利用地质学模型的对称性,一旦得到反演问题的任何一个解,即可快速发现该问题全部解的共同特征,同时还能找到其中具有特定属性的解——而后者引出了一种新的反演思路:首先,通过模型与数据的拟合,生成反演问题的一个简单（但未必切合实际）的解;然后,根据对称性规则,将其变换为更具实际意义的解;对于存在参数约束的模型,经过对称性变换还可求得反演问题所有解的完整集合。对称性原理是一种通用的理论,可以广泛应用于对各类地质学反演问题的研究。本文采用数值模型和实例研究两种形式,探讨了对称性方法在层序地层模拟、盆地热史恢复及地震资料反演等领域的应用。通过研究3个具体的反演问题,探讨了地质学反演问题的多解性,展示了对称性原理在其中发挥的优势,并取得创新的结论和认识:（1）层序地层模拟陆架边缘的层序地层反映了历史时期的海平面高度、构造运动、沉积物补给和古气候。层序地层解释的多解性,在于仅根据地层格架的形态,无法区分多种地层控制因素各自的作用。尽管如此,只要能找出同一层序地层的所有不同解释,即可有效约束地层主控因素的变化范围。本问建立了浅海相碎屑岩三角洲地层格架正演模型,发掘其中隐含的对称性规则,检验了对相同模拟结果的全部可行方案,揭示真实古地史中的必然要素。以北美巴尔的摩峡谷海槽新近系层序地层为例,尽管这一层序地层存在无数种合理的解释,然而所有解释均包含两次幅度近300 m的相对海平面波动,且后续物源补给中的砂质沉积物比重明显上升,海相地层暴露于陆面期间陆上侵蚀率不超过30 m/My。对称性原理的应用,帮助层序地层解释摆脱了对简单假设的依赖,为准确判读地层主控因素变化、推断构造运动及古气候等提供了更可靠的依据。（2）盆地热史恢复古温标作为恢复沉积盆地热演化史的重要指标,具有其独特的物理化学特征,记录了地层埋藏过程中的温度变化。然而,古温标中的信息只能体现样品的累计受热总和,而不能反映个别的构造-热事件。本研究将对称性概念应用于有机质热成熟度模型,以解决盆地热史恢复的多解性。选取镜质体反射率古温标,结合对称性反演方法,考察了盆地的基底古热流,得到了关于古温标解释的一个有代表性的集合。结果显示,四川盆地热史中包含了显著的热流升高过程,中晚二叠世达到其峰值82 m W/m