大地电磁场三维地形影响的矢量有限元数值模拟

地形对大地电磁场的影响规律研究对于实际大地电磁测深反演解释具有重要的意义。基于矢量有限元法进行了大地电磁三维地形响应数值模拟。首先与二维地形模拟结果比较,验证了算法的正确性;接着,分别对1个山峰地形和1个山谷地形进行了模拟;最后,比较了二维模拟与三维模拟结果。结果表明：三维阻抗张量的Z_xy模式和Z_yx模式都会受到地形影响;用二维地形模拟结果去近似三维地形响应,二维TE模式与真实三维响应结果差别很大,TM模式接近真实三维响应结果;如采用二维反演处理带地形的三维MT数据,TM极化模式反演更为合理。     

有限元法在大地电磁场正演计算中的应用及改进

有限单元法是一种灵活的、行之有效的解偏微分方程的数值方法,它被广泛地应用于各种科学技术问题中.近年来,也被引用到大地电磁场的正演计算中、大地电磁测深资料的二维自动反演解释,除要求正演计算出二维地质模型条件下大地电磁场沿走向分量的分布外,还需要计算这些分量在地面处沿垂直方向的偏导数,以求出辅助的场分量在地表处的值,从而算出地面阻抗值.另外,还要求能给出计算地面阻抗相对模型参数的偏导数的公式,以便能用计算机自动完成二维反演解释过程.这后面两点确定了有限元法在大地电磁测深应用中的特点.Rodi,W.L提出采用矩形有限单元进行计算的方案,这除了便于计算和编制程序外,还由于用不完全的二次式作为插值公式,提高了计算场分量垂直偏导数和辅助场分量的精确程度和效率,适应大地电磁测深正演计算中的上述特殊要求.这种方法的缺点是矩形     

利用一维正则化反演进行大地电磁测深数据拟二维反演解释

大地电磁测深的反演问题是不适定的,其反演结果不稳定,且具有非唯一性。通过在目标函数中采用正则化方法,可以使得不适定反演问题具有稳定的反演结果,并改善解的稳定性和非唯一性问题。为了提高野外大地电磁测深数据的处理效率和初步解释的精度,提出了大地电磁测深数据的一维正则化反演进行拟二维反演解释方法。这里所述的大地电磁测深一维反演解释,与以往的解释方法不同,其思路首先用Bostick反演的深度来控制层参数,使反演计算的模型参数仅存在电阻率;最后采用阻尼高斯-牛顿算法进行反演计算,并将Bostick反演结果作为反演计算的初始模型。通过模型试算,结果表明其处理速度快、解释直观,对野外大地电磁测深数据进行初步反演解释是可行的。     

大地电磁测深数据的二维反演

本文简要地介绍了两种不同的大地电磁测深数据的二维解释方法(从初始模型的确定至偏导数的求取),并编制了反演程序,对固安——霸县大地电磁测深剖面的资料进行了二维反演解释,取得了良好的效果。     

电偶源频率磁测深二维层状模型参数化反演

本大地电磁测深松驰反演理论方法的基础上，探讨了电偶源频率电磁深阻抗阻率的二维反演问题。     

电偶源频率电磁测深二维层状模型参数化反演

本文在大地电磁测深松弛（ｒａｐｉｄ）反演理论方法的基础上，探讨了电偶源频率电磁测深（赤道装置）阻抗视电阻率的二维反演问题。由二维层状模型反演目标函数的近似简化出发。将全剖面的二维反演约化为沿剖面各测点的逐一测点一维反演，从而构制了一个简易可行的二维层状模型参数化反演方案。反演试验表明，这一反演方法是实用和有效的     

大地电磁测深法在银川盆地地热资源调查评价中的应用

为进行地热资源调查,以银川盆地西部斜坡区为研究对象,通过2条大地电磁测深剖面51个测点的二维偏离度、构造走向等进行分析和计算,并采用非线性共轭梯度二维反演方法对TM模式的数据进行反演,获得了大地电磁测深剖面二维反演电阻率模型。反演结果表明,研究区4 km以浅电性结构单元可分为三层,分别为低阻层—中高阻层—低阻层,推断研究区自上而下依次为第四系、古近系—新近系和奥陶系。根据区域地热地质资料,研究区内最为有利的热储层为新近系红柳沟组,其次为古近系清水营组和新近系干河沟组。通过本次大地电磁测深调查,圈定了研究区有利地热资源储藏范围,证实了大地电磁测深法在沉积盆地地热资源勘查中具有一定的适用性。     

AMT数据地形畸变影响与带地形反演效果研究

在山区进行音频大地电磁测深(AMT)时,电磁场易受地形起伏影响发生畸变。为研究起伏地形对AMT数据的影响,采用WinGlink软件基于有限差分算法的正演模块,建立二维起伏地形和平地地电模型,并对比分析了两个理论模型的正演响应。结果表明:TE模式的视电阻率曲线在高频段受干扰程度相对较大,在低频段影响减小甚至消失;TM模式的视电阻曲线变化正好相反;二者相位受地形影响则较小。对含异常体的带地形地电模型进行正演计算,在正演响应中加入2.5%的随机误差模拟实测数据,利用WinGlink软件基于非线性共轭梯度(NLCG)算法的反演模块,分别进行带地形和不带地形的TE、TM和TE+TM模式的二维反演。各反演结果的对比表明,带地形的二维反演结果明显优于不带地形的反演结果,能够较好地反映出异常体的位置、形态及电阻率值。依据得到的认识,对青海祁连隧道工程的AMT实测数据进行带地形二维反演,取得了理想的应用效果。     

ZTEM二维非线性共轭梯度反演研究

ZTEM(Z轴倾子电磁法)是一种天然场源的频率域航空电磁法,其特点是磁场垂直分量在空中机载平台测量,磁场水平分量在地面的固定基站测量,具有勘探深度大、速度快、成本低、覆盖面积大等技术优势。本文实现了ZTEM二维有限差分正演和二维非线性共轭梯度(NLCG)反演算法。研究对象是倾子资料,反演过程中通过解"拟正演"问题来避开雅克比矩阵的直接计算。通过理论模型合成数据反演试算,验证了ZTEM倾子资料二维NLCG反演算法的稳定性与可靠性。与大地电磁(MT) TE模式阻抗资料反演结果进行对比,发现在异常体横向边界的约束方面,ZTEM倾子反演比MT阻抗反演更具优越性。     

大地电磁交错采样有限差分二维正反演研究

交错采样网格能自动保证电磁场分布遵守能量守恒定律。本文基于交错采样网格,推导了大地电磁二维有限差分正演过程,实现了二维正演程序;通过与一维解析解对比,验证了算法的正确性且具有较高的计算精度。随后利用有限内存拟牛顿最优化算法,实现了交错采样有限差分二维反演;通过理论模型反演,验证了反演算法的稳定性,揭示有限内存拟牛顿反演计算效率明显优于非线性共轭梯度法。最后,通过对宕昌县官鹅沟大地电磁资料反演解释,查明了测区深部构造特征,表明算法具有较强实用性。     

基于非结构三角网格的海洋CSEM和MT二维联合反演研究

采用非结构三角形网格结合快速Occam算法对海洋可控源电磁(CSEM)与大地电磁(MT)数据进行二维联合反演试验研究。非结构三角形网格能够准确地模拟起伏地形和复杂地质构造,对反演目标区域采用精细网格剖分,其他区域采用粗网格剖分,在满足精度的前提下减少了不必要的计算量。将CSEM与MT数据加入到同一反演数据集中,通过对联合反演数据权重公式进行推导,构建CSEM及MT数据相关权重因子,控制不同数据的拟合权重来实现联合反演。最后对不同模型进行了反演计算,结果表明联合反演比单一反演对海底构造与异常体的还原度更高,验证了联合反演算法的可靠性。     

大地电磁三维正、反演多核并行计算的设计与实现

首先以频点为并行粒度,完成了MT三维正演并行计算,然后将该算法引入共轭梯度法MT三维反演过程中的正演求数据的残差、反演方程右端项的求取、共轭梯度求解模型增量这三个计算环节中,使得MT三维反演中的主要计算量实现并行化。对编制的MT三维正、反演并行计算程序,在多核工作站上通过理论地电模型进行了正演试算和反演验证,并在串行和并行两种计算方式下进行了计算效率对比。     

Lithospheric Electrical Structure across the Eastern Segment of the Altyn Tagh Fault on the Northern Margin of the Tibetan Plateau

Project INDEPTH (InterNational DEep Profiling of Tibet and the Himalaya) is an interdisciplinary program designed to develop a better understanding of deep structures and mechanics of the Tibetan Plateau. As a component of magnetotelluric (MT) work in the 4th phase of the project, MT data were collected along a profile that crosses the eastern segment of the Altyn Tagh fault on the northern margin of the plateau. Time series data processing used robust algorithms to give high quality responses. Dimensionality analysis showed that 2D approach is only valid for the northern section of the profile. Consequently, 2D inversions were only conducted for the northern section, and 3D inversions were conducted on MT data from the whole profile. From the 2D inversion model, the eastern segment of the Altyn Tagh fault only appears as a crustal structure, which suggests accommodation of strike slip motion along the Altyn Tagh fault by thrusting within the Qilian block. A large-scale off-profile conductor within the mid-lower crust of the Qilian block was revealed from the 3D inversion model, which is probably correlated with the North Qaidam thrust belt. Furthermore, the unconnected conductors from the 3D inversion model indicate that deformations in the study area are generally localized.     

基于差分进化的大地电磁反演

针对大地电磁线性迭代反演依赖初始模型,易陷入局部最优解的特点,设计一种基于差异进化的非线性反演方法。利用该方法对大地电磁一维层状介质G、H、HA型地电模型进行反演研究,在无噪声情况下反演结果和模型一致;在加入10%和20%噪声后,反演仍取得良好效果。数值实验结果表明,该反演方法不依赖于初始模型,具有较好的全局优化能力和抗噪声能力,能有效反演大地电磁数据。     

Investigating 2-D MT inversion codes using real field data

There are currently a significant number of two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) inversion codes available for magnetotelluric (MT) data. Through various 2-D inversion algorithms suggested so far, the classical Occam's inversion, the data space Occam's inversion, the nonlinear conjugate gradient (NLCG) method, and the Gauss–Newton (GN) method are fundamental driving methods to find optimum earth models, and OCCAM, DASOCC, NLCG, and MT2DInvMatlab are possible candidates one can find in the public domain that implement these algorithms for 2-D MT inversions, respectively. In this study, we investigate the pros and cons (strength and weakness) of these codes to help one use them efficiently in practical works and, as an introductory guide, further develop (sophisticate or extend) them, especially for the 3-D case. To achieve this goal, we applied each one of the four aforementioned codes on a profile of real MT field dataset. Then, further investigations have been done by performing several inversion tests to see how each code can find the appropriate model to reconstruct the subsurface resistivity structure. Numerical experiments show that the two parameters, regularization and target misfit, in addition to the main criteria of inversion (such as the forward and the sensitivities calculation method, and the type of inversion algorithm), are very important to produce the expected model in inversion. The regularization parameter that acts to trade off between model norm and data misfit can affect the inversion process in terms of both the computational efficiency and the accuracy of the obtained model. Also, lack of insufficient precision to choose the target misfit can lead the inversion to produce and reach an incorrect model.     

基于二维NLCG反演的水文地质结构辨识研究

地下水调查是草原水资源合理开发利用的前提,而探明水文地质结构对地下水调查尤为重要.笔者充分利用大地电磁法(MT)和地面核磁共振(SNMR)各自的优点,尝试采用MT和SNMR对水文地质结构进行探测,并通过二维非线性共轭梯度(NLCG)反演解译了电性与地层两者的对应关系;实现了典型层状含水层模型和局部含水层模型正反演试验;...     

三维大地电磁测深在库车坳陷库车组岩性判别中的应用

三维大地电磁测深(MT)资料用于沉积相分布的研究中,弥补了野外露头、测井和地震等传统识别和研究方法的不足.通过对三维MT资料进行去噪、编辑与平滑和静态位移校正等预处理和三维反演处理,使三维MT数据更加准确地反映研究地区岩石的电阻率.在野外露头观察和测井解释成果的基础上,利用岩芯或岩屑对电阻率进行标定,界定出库车组不同岩性的电阻率值范围,然后将三维MT剖面与相对应的地震剖面叠合,进行电震同平台解释,建立构造样式,最终在建立的地层格架内对沉积相分布特征进行精细的识别和研究,该方法在库车坳陷库车组沉积相识别及分布研究中取得了良好的应用效果,解决了井间相带变化和地震相特征不明显带来的研究困难,对研究沉积相带分布和沉积相演化等基础石油地质研究具有重大的意义.