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。     

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。     

关于音频大地电磁法在相山地区铀矿勘查应用中测点连续缺失问题的探讨

相山铀矿田是华南典型的火山岩型铀矿田,其关键控矿要素主要有岩性界面控矿、断裂构造控矿、次火山岩体控矿等,这些要素多伴随明显的电性差异,可以采用音频大地电磁测深法（AMT）来识别。为解决相山铀矿田AMT测量过程中因测点缺失造成的反演及解译结果准确性降低的问题,开展了有针对性的二维电磁数值模拟研究,模拟对比了连续缺失不同数量测点的剖面,并结合实际数据进行了研究。结果表明：在相山地区的地电结构中,当剖面上只有个别测点缺失时,对反演结果影响不大,但是当剖面上缺失较多的测点时,不仅对测点缺失处的地下信息有影响,还对整条剖面的反演结果造成影响;此外,数据质量的高低也会对缺失点数量与反演结果的关系造成影响,当数据质量好时,测点缺失的个数可以适当增多,当采集的测点数据质量差时,要尽量保证测点数据的完整,以提高反演结果的准确性;缺失测点对浅地表的影响要大过对深部的影响。     

基于二维电测深数据作三维反演的基岩探测

在城市基岩面探测时,受到城市交通、电磁等严重干扰的制约,常选用直流电测深作为主要物探方法。二维电测深剖面沿测线排列电极,采集视电阻率数据后进行二维反演,用所获得剖面方向上的二维电阻率断面图像推断地质体的位置及产状。但由于复杂的实际情况并非适合二维反演条件(走向无限延展并与测线正交),二维反演会产生较大误差。为此,可试用测区多剖面二维电测深数据作三维反演,获得测区三维电阻率立体图像,推断地质体分布的空间形态。在山东某市地质调查中,布设点距50 m、线距为100 m电测深测网,采集二维对称四极测深数据。对该测区二维电极排列建立三维反演数据格式后,进行三维电阻率反演,获得测区三维电阻率图像,推断的基岩面与钻探验证基本一致。     

井地大地电磁非线性共轭梯度二维反演研究

本文提出并验证了地下大地电磁测深数据的正、反演算法和程序,为井地大地电磁测深和井地可控源音频大地电磁测深这一前沿研究课题提供了地球物理解释方法.使其更加完善和有效.在Rodi(2001)发表的大地电磁场二维NLCG反演理论和算法的基础上,推导了井地大地电磁场二维NLCG反演算法,改编反演的代码,开发出二维NLCG反演程...     

直流电阻率测深中二维与三维反演结果的对比与分析

直流电阻率测深中,用二维反演程序对三维地质体进行了反演,并与三维反演结果进行对比和分析。首先,对比二维和三维最小二乘反演在正演模拟算法和先验信息的确定方法;然后,对若干比较典型的模型进行反演实例对比。由于二维程序反演仅考虑单个剖面的电阻率信息,无论是在异常位置、形态及电阻率特性上,其反演精度都比较低;三维电阻率反演综合了多个测深剖面的电阻率信息,其结果与实际模型吻合得非常好。     

青藏高原亚东—格尔木地学断面岩石圈电性研究

在格尔木—亚东剖面上进行了大地电磁(MT)测量，共30个测深点，获取了最大周期为1万秒的大地电磁测深数据，为深入研究青藏高原的岩石圈电性特征，为编制青藏高原GGT断面提供了有价值的资料。 木文采用二维张量阻抗对实测资料进行了数据处理，获取了沿主轴方向的E极化和H极化的两种视电阻率曲线及相应的判别参数。在考虑横向及地表电性不均匀，而产生曲线畸变的基础上，首先进行了一维形式化解释，然后用数值模拟的方法进行了二维反演，提出一种自动网格剖分技术，使有限元方法能较为灵活方便地用于复杂构造模型的数值拟合中，得到了格尔木—亚东剖面30个测点的二维地电模型。我们发现在青藏高原有一普遍存在的壳内高导层，深度在15-25 km，在雅鲁藏布江两侧还发现深度在45-70km范围变化的第二高导异常层位。文章初步探讨了某些电性特征层的成因和作用，并提出了相应的地质解释     

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。     

直流电阻率测深中二维反演程序对三维数据的近似解释

直流电阻率测深剖面数据解释最好的方法是二维反演，这是由于它反演速度快，而三维反演则需要很多的实测数据、很长的计算时间。而且通过对几种三维模型测深数据的二维反演结果的研究，发现尽管对无走向的良导矿体，二维反演方法所圈定的异常中心与真实矿体中心有一定的误差，但基本上还是能反映矿体的真实形态和中心位置。当矿体具有一定的走向长度时，则无论对高阻矿体还是良导矿体二维反演的效果都很好。     

海水层对海洋大地电磁勘探的影响研究

为了研究海水层对大地电磁测深的影响,建立了一维层状模型并进行计算。结果表明,海水层对电磁场的影响特征主要表现为高频段的影响大于低频段,磁场的影响大于电场,相位的影响大于振幅。针对海洋大地电磁测深中使用远参考道问题,设计了三种二维地电模型(取参考点位于陆地或海底,测点位于海底),并对三种模型的大地电磁响应进行了有限单元法数值模拟,通过异常对比研究表明,在海洋大地电磁测深中可以使用远参考道,获得海底深部介质的地电信息。     

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。     

基于细化分层法探讨面波频散曲线反演参数的简化

常规频散曲线反演过程中需要不停地改变分层数、层厚度和层速度等参数,实现过程相对繁琐,而采用细化分层法对反演参数进行简化则避免了上述缺点。具体思路为：根据目的层探测深度（如20m）将地下介质分为若干个（20个）厚度为1m的薄层和1个均匀半空间层（共21层）,这样在反演中分层数和层厚度均为已知参量,反演过程只需修改速度参数即可,避免了改变分层数和层厚度等参数,显著简化了反演计算过程。正演计算和反演结果均表明：细化分层与实际分层计算出的频散曲线是等效的,细化分层反演结果的总体效果与真实模型非常接近,这说明细化分层方法用于频散曲线反演是切实可行且有效的;将地下介质划分为1m厚的薄层,反演后每层均可得到1个横波速度,能满足反演分辨率的要求;由于实际地下介质的速度是随深度渐变的,细化分层后比按频散曲线拐点分层（每分层的厚度可能是几米或几十米,同一分层内介质的横波速度相等）更接近实际情况。     

大回线源瞬变电磁一维自适应反演方法及应用

提出了一种适用于大回线源瞬变电磁法框内任意测点垂直Z分量的一维反演方法。该算法采用CMD正则化因子优化方案、光滑度函数和自然边界条件对反演过程进行了约束,减小了初值的依赖度,保证了反演过程的自主性和反演结果的稳定性;在反演过程中,在保证模型残差沿梯度下降的同时,对模型修正量的最大值进行了限制,使反演模型不易陷入局部极小,保证了反演结果全局的收敛性;同时反演的灵敏度矩阵采用牛顿法进行更新,减少了整个反演计算的工作量。最后通过五层的双低阻层模型、双高阻层模型和实测资料证明了该算法可靠。     

The thermal regime of the Northeastern-German Basin from 2-D inversion

The thermal regime and the distribution of heat flow at the base of sedimentary basins is fundamental to the understanding of the process of basin evolution and the associated mobilization and migration of hydrocarbon and other fluids. For the Northeastern-German sedimentary basin, available information on structure, temperature, and thermal properties along a seismic DEKORP reflection profile allow high resolution 2-D forward and inverse simulations. This approach is attractive in situations where much information is available, if only with considerable uncertainty. In particular, this allows to introduce “soft” information into the analysis. In our case, forward simulations yield initial a priori estimates of the parameters while inversion calculations yield a posteriori estimates of the parameters and their uncertainty. The a priori parameters as well as their assumed uncertainty are input for a Bayesian parameter estimation scheme. In respect to the Northeastern-German sedimentary basin, the inverse analysis postulates a significant and characteristic a posteriori variation of thermal conductivity of the Zechstein unit along the entire profile as well as a generally large a posteriori thermal conductivity of the (pre-Permian) basement in the northern part of the basin. For inverse calculations, we used two alternative scenarios: One assumes the thermal conductivity of the Zechstein unit to be homogeneous along the profile while the other allows a lateral variation. A posteriori heat flow across the base of the model varies from 40 to 60 and 50 to 65 mW m⁻² for models in which values for thermal conductivity and radiogenic heat generation rate were either based on literature values or direct measurements, respectively.     

有限长导线源频率测深有限内存拟牛顿一维反演

本文采用有限内存拟牛顿法实现有限长导线源频率测深阻抗响应数据的一维反演。水平层状介质有限长导线源阻抗频率响应由基于虚界面法获得的地表水平正交电场和磁场计算得到;一维反演优化问题的求解利用有限内存拟牛顿法,结合光滑模型约束,直接对阻抗的频率响应数据进行反演。在反演过程中,正则化参数的调整采用目标函数自适应技术。反演模型剖分为多层,各层厚度自地表按比例增加。反演从均匀半空间开始,终止条件为目标函数相对变化小于10~(-4)。分别对理论模型和实际数据进行了反演模拟。为考察反演的稳定性,还对理论数据添加10%随机噪声后进行了反演。数值计算结果表明:有限内存拟牛顿方法可以用于有限长导线源频率测深阻抗频率响应的反演;该反演方法对初始模型的依赖性弱,从均匀半空间模型出发基本可以恢复到真实模型;反演初期收敛较快,后期收敛速度变慢,反演结束一般需要迭代40次左右。噪声数据反演结果表明,随机噪声对反演结果影响不大,说明有限内存拟牛顿法具有较好的抗干扰能力。本文研究成果给出了可控源电磁数据反演的一种新方法;同时,利用本文的研究成果,可以为二维或三维反演建立合适的初始模型。     

基于边界约束有限内存的拟牛顿CSAMT一维反演及应用

可控源音频大地电磁法（CSAMT）正演具有计算耗时、精度低的特点;常规的反演方法边界处理简单,占用内存大,搜索方向也难以精准,严重影响反演效果。为了实现CSAMT快速高精度正演,改善边界处理方法以减少内存占用,优化搜索方向以减少迭代反演次数,提出基于边界约束有限内存的拟牛顿CSAMT一维反演方法。首先,在CSAMT正演中基于高斯积分与并行算法实现了一维介质模型条件下有限长导线源激发的水平电场快速高精度计算。其次,在反演方法中,分别构建了基于相对误差和绝对误差的两种目标函数,并引入光滑模型约束,采取自适应正则化策略更新正则化因子,并采用基于边界约束的有限内存拟牛顿算法（LBFGS_B算法）,实现了CSAMT一维准确快速反演。以含低、高阻薄层的多层地电模型的水平电场E_x振幅为反演数据进行直接反演和模型检验。结果表明,该方法能够反映出地层电阻率随深度变化的趋势,并对高、低阻薄层有较好的分辨能力,低阻薄层分辨效果更佳。实际CSAMT资料的反演剖面的分辨率优于常规的连续介质反演方法,地质效果明显,表明该方法具有良好的应用前景。      

On the application of combined geoelectric weighted inversion in environmental exploration

Geophysical surveying methods are of great importance in environmental exploration. Inversion-based data processing methods are applied for the determination of geometrical and physical parameters of the target model. The use of this geoelectric inversion method is advantageous in environmental research where highly reliable information with large spatial resolution is required. The 2D combined geoelectric inversion (CGI) method performs more accurate parameter estimation than conventional 1D single inversion methods by efficiently decreasing the number of unknowns of the inverse problem (single means that data sets of individual vertical electric sounding stations are inverted separately). The quality improvement in parameter space is demonstrated by comparing the traditional 1D inversion procedure with a 2D series expansion-based inversion technique. The CGI method was further developed by weighting individual direct current geoelectric data sets automatically in order to improve inversion results. The new algorithm was named combined geoelectric weighted inversion, which extracts the solution by a special weighted least squares technique. It is shown that the new inversion methodology is applicable to resolve near-surface structures such as rapidly varying layer boundaries, laterally inhomogeneous formations and pinch-outs.     

基于频域电磁法反演喀斯特表层土－岩结构研究

喀斯特地区浅表层土壤分布极不均匀,探测土－岩界面和土壤分布对区域水文以及生态环境研究具有重要意义。文章基于麦克斯韦方程组构建了频域电磁法（FDEM）探测的电导率（EC）一维反演模型,实现了喀斯特浅表剖面EC可视化表述。根据设定的理想地层EC数据以及南方喀斯特峰丛洼地两个剖面和出露的三个实测剖面的FDEM实测视电导率,结合高密度电法、剖面实测土－岩界面,检验了反演模型可靠性。结果表明:FDEM法反演结果能较好的描述理想地层EC变化,以及土壤与灰岩、白云岩界面EC分布,进而可辨识土壤厚度分布,但基于反演的EC值判别尺度较小的溶沟（槽）以及泥岩区土－岩界面误差较大。      

基于VSP资料进行的吸收系数Q值反演

采用比较热门和精确的心迹线法实现利用地震VSP资料进行Q值反演。通过实例验算,证实了这种方法的可行性和有效性。在反演过程中,该方法对超过350 m的厚层反演效果较为准确,对薄层其反演效果不稳定,但总体趋势不会有大的变化。     

Two-dimensional interpretation of gravity anomalies over sedimentary basins with an exponential decrease of density contrast with depth

The decrease of density contrast with depth in sedimentary basins is approximated by an exponential function. The anomaly equation, in frequency domain, of a prismatic model with an exponential density function is derived. The method has been extended to derive the Fourier transforms of the gravity anomalies of the sedimentary basin, wherein the basin is viewed as vertical prisms placed in juxtaposition. The gravity anomalies of the sedimentary basin are obtained by taking the inverse Fourier transforms. Filon’s method has been extended for calculating accurate inverse Fourier transforms. The accuracy of the method has been tested using a synthetic example. A combination of space and frequency domain methods have been developed for inversion of gravity anomalies over the sedimentary basin. The method has been applied to interpret one synthetic profile and one field profile over the Godavari basin. The method developed in this paper to calculate the inverse Fourier transforms yields continuous spectrum with accurate values. The maximum depth deduced from the gravity anomalies is of the same order as the depth encountered to the basement at the Aswaraopeta borewell.