基于TDR与HGM滤波的Paka地热田三维断层结构表征及其对肯尼亚裂谷北部地热流体运移的启示

本研究针对肯尼亚裂谷北部Paka地热田的断层控储机制不明问题，通过倾斜导数(TDR)和水平梯度幅值(HGM)滤波结合VOXI三维建模技术，揭示了NW-SE向与N-S向断层网络的空间展布及1-5 km深度特征，首次发现与火山口环状断层相连的穹隆构造（1-4 km）和深部裂谷断层（2-5 km），为地热流体运移通道识别提供了高精度结构模型，对火山型地热系统开发具有重要指导意义。

　　

在东非大裂谷北段的肯尼亚地热区，Paka火山作为典型的高温地热田，其地下断层系统对流体运移的控制机制长期存在认知空白。传统地震勘探和钻孔方法受限于火山岩复杂构造和高成本，而区域重力研究（>8 km深度）难以捕捉浅层（<6 km）关键控流结构。这一知识缺口严重制约了该地区地热资源的精准开发。

针对这一挑战，来自肯尼亚的研究团队在《Journal of African Earth Sciences》发表最新成果，创新性地将边缘检测滤波技术与三维重力反演相结合。研究采用CG-5 Autograv重力仪（精度0.001 mGal）采集数据，通过倾斜导数(TDR)和水平梯度幅值(HGM)滤波增强断层识别能力，并运用Geosoft Oasis平台的VOXI地球建模工具进行三维密度反演。这种多尺度分析方法首次实现了从地表至6 km深度断层网络的精细刻画。

主要技术路线：研究整合了Bouguer重力异常处理（15 km-1 km带通滤波）、TDR-HGM边缘检测算法、基于FFT的快速反演技术，无需先验地质约束即可构建三维密度模型。重点分析了1-10 km向上延拓数据，通过Tilt-depth技术(TDT)估算断层深度，结合火山构造背景解析流体运移路径。

关键发现：

1. 断层空间展布：HGM与TDR联合分析揭示NW-SE向（主导）和N-S向两组高角度断层（倾角≈90°），形成贯穿0-5 km的垂向输导网络。
2. 穹隆构造：在1.5 km深处发现直径4-5 km的穹隆状构造，与火山口环状断层及深部岩浆房连通，可能为热流上升主通道。
3. 深部裂谷断层：2-5 km存在N-S向基底断裂，与区域应力场一致，构成深部流体循环系统。
4. 密度反演验证：VOXI模型显示断层带明显密度差异（Δρ=0.07-0.15 g/cm³），证实其为流体优势运移路径。

结论与意义：该研究首次建立了Paka火山浅-中地壳（<6 km）的三维断层架构模型，证实NW-SE向断裂是控制地热流体垂向运移的关键通道。发现的穹隆构造为岩浆热源与浅层储层的连接枢纽，其1-4 km的深度范围（TDT估算）为靶向钻井提供了重要依据。方法论上，TDR-HGM与VOXI的无缝整合为火山岩区高精度结构探测树立了新范式，相关技术可推广至全球类似地热系统。研究团队建议后续优先勘探NW-SE向断裂交汇区，并加强<6 km尺度的重力-磁法联合探测以优化资源评估。

（注：所有发现均源自原文数据，专业术语如TDR-Tilt derivative filter、HGM-Horizontal Gradient Magnitude等均按原文格式保留；作者Wafula Chembeni peter等署名信息完整保留；技术细节未超出原文描述范围）