基于拟Hessian梯度预处理算子的勒夫波全波形反演研究

构建近地表横波速度模型是煤田多分量地震资料处理的重要环节。相较于面波多道分析法,全波形反演在构建近地表横波模型中具有更高的分辨率。然而,在基于梯度的全波形反演中,由于地震记录频带有限、波场的非均匀覆盖以及双重散射等原因导致梯度算子不随深度的增加而缩放,模型深部参数得不到明显更新。目标函数的Hessian算子包含曲率信息,可清晰预测梯度算子中的焦散现象及双重散射产生的伪影,因此,逆Hessian算子则可作为反卷积算子实现对梯度的预处理,加强对模型深部的照明能力。然而Hessian算子具有巨大维度,对其显式计算十分困难。基于此,借鉴逆散射理论的思想,给出勒夫波全波形反演目标函数的拟Hessian算子的表达式,并提出一种梯度预处理的全波形反演方法。将该方法分别应用于断层模型、凹陷模型以及起伏界面模型的重构试验,反演结果表明:与传统的共轭梯度全波形反演方法相比,基于拟Hessian算子的预处理共轭梯度方法可加快收敛速度,提升成像质量。      

控距式磁场线圈和检验标位系统的研制及科学意义

迄今为止使用的磁场线圈间距全为固定式,而环境又几乎全有较大的磁场梯度。因此理论上设计的均匀性、正交性等随着时空或相辅条件变化而变化时,就不能实施监测和校正。该系统的研制使线圈间距由固定变成相对均位调控或不对称调控,可确实补偿客观存在的磁场梯度。从而提高了监测精度,也有效地解决了磁场梯度的校正问题,填补了国内这一应用领域的空白。      

基于共轭梯度法的全波形反演

全波形反演是一种全新的地震成像方法,主要利用全波形信息反演地下介质参数,通过非线性优化波场理论值和观测值的残差实现波形反演。基于时间域声波方程,建立了时间域波场残差目标函数,以分层模型为例,分别从波场精度、目标函数收敛性和运行时间3个方面,比较了共轭梯度（Conjugate Gradient,CG）算法和拟牛顿算法（Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,BFGS）反演的效果。同时,应用共轭梯度法对正、逆断层模型和Marmousi模型进行了速度结构反演。反演结果表明:共轭梯度法计算效率较高,反演得到的速度模型精度更高,反演效果较好,是一种有效的波形反演方法。      

时间域跨孔雷达全波形反演及实际应用

通过对目标函数求导的方式详细推导了时间域全波形反演的梯度公式,并使用共轭梯度法同时迭代介电常数和电导率。将该方法应用到一组合成数据和实际数据中,合成数据结果表明全波形反演能够准确刻画地层结构,精确重建亚波长尺寸异常体的位置和参数信息。实际数据的反演结果证明全波形反演能够反映地层中的细微结构,提供高分辨率的反演结果,其波形比配结果也更准确。     

频率域反射波全波形速度反演

全波形反演不仅利用相位和振幅信息,还利用波形的细节变化,具有刻画模型精确细节的能力.在对稀疏矩阵直接LU分解求解的基础上,采用梯度预处理方法对声波介质速度模型进行了反射波全波形反演.采用误差反向传播算法计算目标函数梯度以及伪Hessian矩阵的对角线元素来做梯度预处理.数值模型的实验结果表明,利用有效的频率段便能反演出分辨率较高的速度结构,用低频反演出的结果作为高频反演的初始模型,减少了解的非唯一性.二维高斯光滑初始模型提供了有利的低频信息,得到较好的反演结果.伪Hessian矩阵的预处理吸收了高斯牛顿法的二次收敛优势,在不增加计算量的前提下,加快收敛速度.      

梯度结构聚晶金刚石复合片组分优化设计

利用有限元方法对梯度结构聚晶金刚石复合片在制造过程中产生的残余热应力进行了计算,并分析了梯度组成分布指数及梯度层层数对热应力的影响。优化结果表明,分布指数最佳值为1.2,功能梯度层数为6层;与普通双层结构聚晶金刚石复合片相比,轴向拉应力由986 MPa降到了323 MPa,剪应力由722 MPa降到454 MPa;此外还改善了界面处的应力分布,大大提高了界面的结合强度。      

鄂东南区域化探异常特征及评序

以异常规格化面金属量对鄂东南区域化探异常进行评序,对其构成特点及分布规律进行分析,指出用该方法评序可以提高区化异常的检查效果及发现新的找矿线索。     

矿产预测中区域化探异常的识别和评价

找矿模型建立、异常识别和异常评价是矿产预测中的3个主要环节,仅从地球化学异常识别和评价的视角进行探讨.首先,讨论了衬值异常、比值异常识别的方法和应用效果;其次,阐述了规格化面金属量、相似系数、剥蚀系数等3个评价参数的定义、内涵和计算方法,并用实例论述了其应用价值.实践表明,衬值能够有效识别弱缓异常,优选的元素对(组合)比值可以识别不同矿化类型和同一矿化类型成矿元素的主次;而重新厘定的规格化面金属量是示踪典型矿床主成矿元素和伴生元素的重要参数之一,相似系数和剥蚀系数分别是评价"观测样本"(预测区)与"标淮样本"(典型矿床)相似程度和剥蚀程度的重要指标.总之,无论是异常识别还是异常评价,其关键在于元素组合选取的合理性和遵循成岩-成矿-成晕同系统性以及多参数联合示踪的指导原则.     

重力全梯度张量的延拓

以傅里叶变换为基础,证明了重力全梯度张量满足拉普拉斯方程,进而实现了梯度张量的延拓计算.三维断层模型试验结果表明,基于傅里叶变换的梯度张量向上延拓计算在理论上是严密且可以实现的,计算误差主要是由有限的积分范围所致,延拓高度越高则误差越大.而梯度张量的向下延拓则属于不适定问题.一般情况下,当延拓高度大于三倍点距时即出现严重的振荡现象,导致有用梯度张量信息的淹没.结合黑龙江省虎林盆地的梯度张量,验证了梯度张量延拓的实用性.     

井中三分量磁测的梯度张量欧拉反褶积及应用

2006年TheLeadingEdge第一期详细介绍了磁力梯度张量的理论、仪器与野外试验结果,磁力梯度张量技术已成为磁力勘探新的热点之一。笔者介绍了磁力梯度张量的概念及优点;利用频率域与空间域方法把井中三分量磁测资料换算磁力梯度张量;根据联合反演原理与欧拉反褶积方法,推导了磁力梯度张量的联合反演方程,该方程通过权函数矩阵可以灵活对一个或多个分量反演,比文献[14]方法更具普遍性。理论模型结果表明,磁力梯度张量反演方法对井底异常的定位准确,对于3D模型,一口钻井的资料也能较好确定空间位置。将该方法用于湖北大冶铁矿18-2井三分量磁测资料的解释,得出磁力梯度张量的欧拉解集中在100～180m与500～550m两个深度,与钻探结果十分吻合。该结果证实了地质上关于铁矿体分布具两个台阶的推论,对大冶铁矿的深部找矿具有实际意义。     

低频缺失下跨孔雷达包络波形反演

全波形反演方法作为一种高分辨率成像手段在跨孔雷达反演中得到有效应用,但其仍受局部最小问题影响。一个有效的解决方法是为反演提供一个准确的初始模型。但在应用真实雷达数据时,由于地下介质未知且存在低频数据缺失的情况,全波形反演往往难以获得理想结果。为此,使用对包络目标函数求导的方法,详细推导了包络波形反演的梯度公式。该方法与传统全波形反演方法在原始数据低频成分缺失情况下的反演结果对比表明,该方法能够有效还原缺失的低频信息并且对低频缺失数据有更好的反演能力,可以直接为地下介质提供定量解释。     

三度体梯度磁异常全方位正反演方法

首创了磁法勘探学科中三度体任意方向梯度磁异常全方位正、反演方法。首先 ,在球坐标系中 ,导出了三度体任意方向梯度磁异常的两个球谐级数通用正演表达式 ,为实现全方位反演奠定了理论基础。然后 ,由第 1个梯度磁异常球谐级数表达式出发 ,提出了三度体总磁化方向、磁矩模值反演方法 ;由第 2个梯度磁异常球谐级数表达式出发 ,提出了三度体磁矩重心、近似形态与分布范围 ,以及有广泛实用价值的“均磁凸形体”边界点位置等全方位反演方法。最后 ,给出了 1个三度体梯度磁异常全方位反演的理论模型验证实例。     

南海北部似海底反射层速度结构全波形反演

似海底反射层的速度异常是识别天然气水合物的重要标志,这里提出了一种针对天然气水合物似海底反射层的全波形反演方法。这种方法分为全局搜索与局部搜索二部份:首先使用遗传算法进行旅行时,反演得到背景速度模型;然后用其作为初始模型,使用共轭梯度算法进行全波形反演。通过对含噪数据的数值试验,算法表现出了较高的稳定性,并确定了进行全波形反演的遗传算子。将这种波形反演方法应用于我国南海北部海域的天然气水合物研究,反演得到了分辨率高于常规速度分析的似海底反射层速度结构,并识别出似海底反射层的速度异常。利用纵波速度反演的结果,计算出沉积物中游离气的含量,认为BSR下方的低速层可以解释为含至少1%游离气的薄层。并分析了研究区内甲烷气的来源,认为该区域游离气兼有生物气和热解气。     

重力垂直梯度测量技术在隐伏岩溶探测中的应用

本文较详细地介绍了重力垂直梯度测量探测岩溶的基本原理和野外工作及资料整理方法;并对重力垂直梯度测量的观测误差及最佳仪器高差的选择进行了较深入的探讨。文章从大量的生产和试验成果中,筛选出一些资料较完整、较典型的实例,论证了高精度重力垂直梯度测量技术在岩溶区不同地质环境中,探不测溶(土)洞的可行性及效果。      

基于深埋管线探测的井中磁梯度方法

目前, 井中磁梯度方法是深埋金属管线常用的探测方法之一, 但是存在理论不够完善及缺乏定量分析方法等问题.研究内容包括3个方面: (1)从无限长水平圆柱体的磁场强度入手, 通过坐标系的转换, 推导出地面探测和井中探测的磁场水平分量、垂直分量的关系, 进一步推导出管线的井中磁梯度公式; (2)根据磁梯度公式模拟出梯度值随有效磁化倾角及孔位的变化情况; (3)通过对模型正演数据的统计分析确定了3种关系式: 极值比与有效磁化倾角之间的关系式、管线的水平位置和磁梯度极值间的孔深距离与有效磁化倾角的关系式、磁梯度极值的绝对值较大者和管线埋深之间的距离与极值距间的比值和有效磁化倾角的关系式.这3种关系式组成了管线埋深及水平位置的估算公式.最后, 通过实例来估算了管线的埋深和平面位置, 根据估算结果进行的正演结果表明了该方法的可行性.      

化探异常区潜在矿种的判别与实例

对已知矿区矿异常的对比研究表明,利用化探异常元素规格化面金属量(简称NAP)的大小,可判别裸露矿床的矿种;根据成矿元素组与矿下元素组垒加衬度比值的大小及其变化特征,可作为隐伏矿床矿种的预测依据。本文提出一些想法,供大家讨论、参考。 1 NAP最大值是预测矿床主矿种的重要依据根据湘南数十个已知矿区地球化学资料的统计揭示,凡矿异常组合中规格化面金属量(异常衬度值×异常面积)相对最大或较大的元素,一般都是已出露矿体或原生晕已达地表的盲矿体的成矿元素。如桂阳黄沙坪、宝山等铅锌多金属矿床,以及郴县铁石垄、蓝山县太平圩、桂阳     

河北省区域岩石电性统计特征

整理河北省岩石电性数据5079个,其中地表圆柱状规格化样品3010件均进行了电阻率、极化率测量,地下测井电阻率数据2069个。对这批数据进行了统计分析,结果供电法勘查时参考使用。     

航磁ΔT平面归一化总梯度方法及其在内蒙陆西凹陷的应用

本文首次提出将剖面归一化总梯度方法推广到平面加以应用,得到平面归一化总梯度方法,并根据剖面归一化总梯度的计算公式相应地推导了平面归一化总梯度的计算公式,将其应用到内蒙陆西凹陷探测油气田,取得了一定的地质效果。     

梯度反褶积法及其在矿产勘探中的应用

梯度探测技术以其信息量大、精度高、干扰小等优点在地球物理领域中得到广泛应用,但现今针对梯度数据的反演方法还比较少。笔者提出一种新的梯度数据解释方法--梯度反褶积法,该方法以梯度数据为基础获得场源体的位置信息,在计算公式中消除了构造指数,避免了因构造指数选取不当引起的误差。通过理论模型试验证明,梯度反褶积法能有效地完成目标体的反演工作,反演结果与理论值之间的误差小于5%,且相对于常规欧拉反褶积法更加稳定、准确。将梯度反褶积法应用于实测航磁梯度异常的解释,获得了地下铁矿的分布状态。     

航磁梯度数据在磁性地质体边界判断方面的研究

完全国产化的航磁全轴梯度勘查系统已开展了测量工作, 并获得了比较理想的梯度数据, 但是如何利用梯度数据进行磁性地质体边界圈定还处于研究阶段。笔者先给出了航磁全轴梯度测量原理;然后着重从利用梯度数据尤其是垂向梯度数据进行岩体边界圈定等方面进行了讨论研究, 认为航磁梯度数据相比于总场数据在地质体边界判断方面可提供更加丰富的地球物理信息;接着提出了梯度数据需要在判断磁性地质体边界上进行化极处理, 并根据垂向梯度数据零值线确定地质体边界的原则, 圈定磁性地质体的边界位置。与实际地质情况的对比表明, 利用梯度数据圈定磁性地质体边界的应用效果比利用总场数据的效果明显。