基于深度加权的多分量重力梯度数据联合相关成像方法

针对重力勘探中相关成像存在纵向分辨率较低的问题,提出基于深度加权的多分量重力梯度数据联合相关成像方法。与重力异常数据相比,重力梯度数据具有更高的信噪比、包含更多的频率信息。因此,本文在相关成像原理基础上联合多分量重力梯度数据,引入基于先验信息的深度加权函数,通过对研究区域进行划分,进一步提高深度加权效果。利用长方体组合理论模型确定了最佳梯度数据组合,验证了深度加权函数能够提高纵向成像效果;提出的方法还被证明具有抗噪性。将该方法应用于文顿盐丘区域的实测重力梯度数据,结果能够清晰地显示盖岩的位置。     

基于三层变尺度等效源的离散重力数据重构

离散重力测量数据的重构是重力数据分析和处理中最重要的方法之一.等效源方法作为一种有效且稳定的重构方法,受到国内外学者的关注.基于位场理论,提出了三层变尺度等效源方法的技术方案,可有效恢复测量数据中长波长范围的信息,实现对离散重力数据的高精度重构,进而保障了在重力场重构基础上的重力梯度计算.详细地讨论了三层变尺度等效源的设置以及优化反演计算的过程,通过二维和三维理论模型试验,展示了方法的有效性及相对单层等效源方法的优势,并通过广西某地区实际重力测量数据的应用,验证了方法的抗噪能力和实用性.      

基于层源位场的重力及其梯度数据联合相关成像

为提高重力与重力梯度数据联合成像的纵向分辨率,笔者提出基于层源位场的重力及其梯度联合相关成像方法.为体现不同深度位置地质目标体的空间分布特征,采用均值滤波法和插值-切割分离法分离位场异常,并使用向下延拓方法得到不同深度层的层源重力及其梯度数据,在此基础上实现分层重力及其梯度的联合相关成像.将本文方法应用到多个立方体的组...     

基于单程波波动方程的起伏地表叠前深度偏移技术

直接从起伏地表开始进行叠前深度偏移的波场初始化时,应用了同步边界处理策略和深度误差校正策略。前者可以消除起伏地表非波场传播区域的成像,后者可以消除起伏地表规则采样时深度误差对地下构造成像带来的影响。利用以上处理策略,优化了常规基于单程波波动方程延拓算子的起伏地表叠前深度偏移算法,从而更好实现了复杂条件下的构造成像。基于FFD延拓算子的波场下延法,用SEG起伏地表模型数据验证了该方法的有效性。该方法同样适用于各种基于频率域波动方程深度延拓算子的起伏地表深度偏移方法。      

重力异常及其梯度张量DEXP定量解释方法的影响因素分析

快速成像反演方法是近几年重磁勘探定量解释的一个发展热点,由于其在计算过程中不需要加入先验信息,故而可以较为快速地估算场源的深度与密度等相关参量。DEXP(depth from extreme point)成像法由于在深度加权函数中考虑了构造指数,使得成像结果更为准确。笔者基于DEXP快速成像法的基本理论,首先,推导了重力异常及重力梯度张量的DEXP变换形式,并将其应用到场源解释之中;然后,采用理论模型试验,分别分析了数据的点距、误差、计算范围以及背景场对成像结果的影响;最后,将该成像方法应用于实测的全张量重力梯度数据,并与前人研究结果进行了对比与分析。理论模型试验与实际应用均表明:DEXP成像法能够有效压制数据噪声的影响,具有计算稳定性和准确性特点;数据的点距、计算范围和背景场均对DEXP成像结果具有一定的影响,因此在实际数据处理时,应该综合考虑它们对成像结果的影响,并且需要进行相关数据预处理以提高定量解释的精度。     

VTI介质隐式有限差分平面波偏移

这里研究了VTI（Vertical Transverse Isotropy）介质隐式有限差分（IFD）波场外推算子和VTI介质平面波偏移。在文中设计了VTI介质IFD波场外推算子,将Taylor分析法求得的差分系数,作为初始解,用非线性优化方法迭代求得算子系数。将设计的外推算子频散曲线和偏移脉冲响应与理论解进行了对比分析,验证出外推算子有较高的精度。从各向同性介质平面波偏移理论出发,结合VTI介质IFD波场外推算子,将平面波偏移推广到VTI介质中。对Hess VTI标准模型拟合数据进行偏移,偏移结果验证了平面波偏移在VTI介质中的有效性,以及在加强特定陡倾界面成像方面的优势。并且,与常规VTI介质叠前深度偏移相比,VTI介质平面波偏移在保证成像质量的前提下,大大减少了计算量,为各向异性偏移成像研究提供了新的技术思路。     

航空重力梯度试验标度场的建立方法研究

航空重力梯度测量受飞行区气流及飞机加速度等因素的影响,需要选择异常较弱的高度进行补偿飞行。为评价梯度仪测量效果和确定补偿飞行高度,需要建立相应高度的标准梯度场作为参考。笔者研究了利用地面重力数据通过曲面延拓和梯度转换建立标度场的方法,并开展了模型验证。利用该方法建立了吉林—黑龙江某航空重力梯度试验区在精度试验飞行高度和拟补偿飞行高度处的标度场,并确定了拟补偿飞行高度选取的可行性。此外,笔者还将延拓转换建立的重力梯度场和起伏地形正演场进行了比较。结果表明,两种方法建立的标度场均可用于梯度仪的测量精度评价和补偿飞行高度的选择。     

共偏移距可分表示法叠前深度偏移

基于双平方根方程的共偏移距可分表示法叠前深度偏移用于复杂介质成像, 该方法在中点-偏移距坐标中同时向下延拓炮点和检波点波场, 实现方式采用正反傅立叶变换.构造的双平方根方程波场延拓算子能够使波数域变量与空间(速度) 域变量分离, 波数域内进行相移计算, 在空间域对因介质横向变速引起的时移作修正.地震数据偏移不需要逐炮计算, 具有较高的效率.对Marmousi模型数据的偏移成像结果显示, 该方法较好地成像强横向变速介质中的复杂构造.      

成像技术在矿区重力勘探中的应用研究

在重力勘探中利用概率成像新方法处理数据,在东北某矿区实测重力剖面数据,在常规处理解释中遇到很多不确定性.而概率成像以及重力梯度概率成像的新方法解决了在实际工作中无法进行场分离的难点,去除干扰场的叠加.通过对比分析更好地处理解释矿区的重力异常,圈定异常地质体,为找矿提供更有力的依据,从而解决了复杂地区重力场的反演解释问题,对重力勘探工作中复杂地区重力异常的解释有很好的利用价值,能快速准确稳定地进行重力异常成像反演.     

共散射点道集与角道集串级优化叠前偏移速度分析

推导了基于角度域共成像点道集的叠前深度偏移层析速度分析公式,提出一种共散射点（CSP）道集与角道集串级优化叠前偏移的速度分析方法。该方法通过基于CSP道集的叠前时间偏移速度分析获取初始速度,利用基于角度域共成像点道集（ADCIGs）的叠前深度偏移速度分析进行速度更新。实现步骤概括为：将叠前地震数据映射为CSP道集,利用CSP道集叠加速度谱拾取能量团获取均方根（RMS）速度场;通过Dix公式将RMS速度转换为层速度作为层析的初始输入速度,基于ADCIGs实现叠前深度偏移层析速度反演,最终得到高精度的叠前偏移速度场。断层模型和实际资料试算结果验证了该方法的正确性和有效性。     

基于深度加权的重力梯度张量数据的3D聚焦反演

针对重力梯度数据聚焦反演结果中存在的"上漂"现象,在经典Tikhonov正则化理论框架下,引入最小支撑泛函数对反演模型进行约束以避免反问题解的不稳定,并针对重力梯度数据聚焦反演中存在的趋肤效应,在模型目标函数中引入指数深度加权函数。通过理论模型,对部分重力梯度张量分量进行了单独以及联合聚焦反演,验证了基于深度加权的聚焦反演方法的有效性,并将该反演方法运用到涩北一号气田区的实际数据中,反演结果较好地反映出气田位置。     

利用比值DEXP进行重力梯度数据深度成像

针对传统DEXP快速成像结果依赖于地质体构造指数的缺点,笔者提出了利用重力异常不同阶垂向导数比值DEXP的方法。该方法使得成像结果独立于地质体构造指数。地质体的深度估计完全自动化,仅需要寻找比值DEXP成像结果的极大值点位置。通过该方法估计出的深度结果,可以进行地质体构造指数的估计。通过模型试验,证明该方法能准确地估计出地质体的深度位置以及地质体的类型。将该方法应用到Bell Geospace公司在Vinton Dome测得的Air--FTG全张量重力梯度数据中取得了很好的结果。     

基于导数迭代法的重力归一化总梯度

针对传统重力归一化总梯度方法对油气藏分辨率不够和深度计算精度较低的问题,本文利用导数迭代法的向下延拓结果,计算重力归一化总梯度。将传统方法和本文方法同时用于模型试验,分析谐波数N、埋深和充满系数对G~H场特征的影响。结果表明,相比于传统方法,本文方法受谐波数N的影响较弱,G~H场对油气藏的分辨率更高,反演的油气藏深度更加准确。通过实际应用,证实了本文方法的有效性。     

利用实测重力垂直梯度反演长白山地区一剖面的深部构造

针对重力梯度高分辨率的特点,利用在长白山地区实测的重力垂直梯度数据,采用梯度空间参量图反演其深部构造。台阶模型试验表明: 重力梯度空间参量图能给出构造倾角和倾面的信息,结合重力梯度剖面和梯度空间参量图可以构建出地下构造的几何模型,进而对一些复杂构造进行解释。通过对比实测布格重力异常和实测重力梯度异常,重力梯度比重力异常的分辨率更高; 将梯度法应用到实测重力梯度数据的处理中,结果表明: 该方法对确定密度变化界面的水平位置和深度具有非常好的效果。     

全张量重力梯度数据垂直分量噪声滤除方法研究

全张量重力梯度数据中含有高频成分,为了在去除高频噪声的同时,保留浅部小异常体信息,本文利用最小二乘原理,求解重力梯度垂直分量与重力数据联合约束下的超定方程组。结果表明,随着计算窗口的增大,去噪效果越来越好,对于本文所设计的模型,当计算窗口增大到32×32时,重力数据中99%以上的噪声被去除,张量数据Vxz、Vyz中,分别有大约40%、50%的噪声被去除;同时,浅部小异常体信息几乎全部保存。     

异构并行算法快速构建全球扰动重力梯度全张量图

扰动重力梯度是扰动重力位的二阶导数,相对于其他重力场元素能更多地反映变化的不规则地球产生的高频信息。在使用高阶次球谐系数模型获取大范围高分辨率的扰动重力梯度数据时,存在重复运算多、计算效率低下、耗时较长的问题。针对该问题,推导了简化计算公式,将中间变量提取出来作为全局参数和局部参数单独进行计算、存储,从而有效减少重复运算;并在简化公式的基础上,提出了扰动重力梯度张量快速异构并行算法,利用CUDA（compute unified device architecture）实现了梯度全张量在GPU端的并行计算。根据Txx、Tyy、Tzz三个分量满足Laplace条件验证了算法可靠性,并与传统串行算法进行了计算效率对比,实验结果表明,相较于串行算法,所提算法可减少90%以上计算耗时,可将计算效率提高60倍以上。最后利用该算法基于2 190阶EIGEN6C4模型快速构建了5′×5′分辨率的全球扰动重力梯度全张量图,计算结果显示了扰动重力梯度同地形、地球质量分布变化的相关性及其在全球范围内的数值特征。     

高精度重力测量在抚顺煤矿采空区探测中的应用

为查明抚顺煤矿采空区的位置、深度和分布范围,综合考虑城市中影响物探方法的因素,首次在该地区采用高精度重力测量方法进行采空区探测。先通过分析采空区的物性差异,建立理论模型进行正演计算,预研究重力方法的适用性。然后在研究区布设大比例尺面积性高精度重力测量工作,通过对布格重力异常进行位场分离、三维视密度反演和边界识别计算,推断了煤矿采空区的位置、深度、边界及该区内的构造分布。研究结果表明,高精度重力测量方法结合有效的数据处理方法,能在城市煤矿采空区的探测中发挥重要作用。      

基于泰勒级数迭代的重力归一化总梯度

针对重力归一化总梯度常规计算方法中向下延拓计算的不稳定性,提出了基于泰勒级数迭代法进行快速稳定向下延拓的重力归一化总梯度场( GH 场) 计算模式。水平圆柱体模型试验表明: 该方法的GH 场表现为单一高值特征,而且极大值位置与模型体质心位置相吻合。非均匀( 含油气) 球冠模型表明: 在油气含量较低时,Fourier 级数法和Fourier 变换法无法识别出“两高夹一低”的储油特征,而本文方法可以清晰地识别。这充分说明基于泰勒级数迭代的重力归一化总梯度计算方法不仅提高了计算结果的稳定性,而且还提高了异常的分辨率。     

波数域重力归一化总梯度法中的圆滑滤波因子

讨论了波数域重力归一化总梯度法,提出在位场转换的向下延拓和求导过程中分别引入圆滑滤波因子,该方法增强了计算的可靠性和稳定性,扩大了可延拓深度;通过模型实验和数据分析,确定了向下延拓和导数因子中圆滑滤波因子指数参数的取值规律,指出了欲求地质体越浅(深),采用的谐波数越大(小)的地质体质心埋深与谐波数N之间的变化规律;发现了均匀密度三度背斜模型和非均匀密度储油背斜模型与二度模型相似的G^H场等值线特征,为地质体质心埋深计算及储油构造研究提供了思路。