强剩磁强退磁条件下的二维井中磁测反演

强剩磁、强退磁改变了总磁化强度的大小和方向,给磁测资料解释带来困难.为此,本文利用二维井中磁测数据反演磁化强度矢量的二维分布.首先利用井中磁测的磁异常模量反演磁化强度大小的分布.然后,在已知磁化强度大小分布的前提下,拟合磁场分量,反演磁化强度方向的分布.其中,磁化强度大小和方向均用共轭梯度法求解,并通过预优矩阵改善磁化强度大小的反演效果.理论模拟说明,该方法能准确获得磁化强度矢量分布.磁化强度矢量反演结果包括感磁、剩磁及退磁的影响,这为研究强剩磁、高磁化率矿床提供了一种有效方法.     

数据空间磁异常模量三维反演

强剩磁的存在通常导致了总磁化强度方向未知,进而影响了磁异常的反演和解释.磁异常模量是一种受磁化方向影响小的转换量,可以在强剩磁条件下通过反演三维磁化强度大小分布来推测场源分布状态.我们提出了一种数据空间磁异常模量反演算法来减少剩磁的影响.与标准的模型空间L2范数正则化反演方法相比,我们的方法有两个优点:一是无需搜索正则化参数(需要反复求解非线性反演问题),因而可以减少计算时间;二是反演结果更加聚焦,深度分辨率更高,我们对此进行了原因分析.通过模型和实测数据测试证明了该算法的有效性和更好的反演效果.     

强磁性体ΔT异常计算的误差分析研究

本文主要针对当前磁法勘探中高精度处理解释的需求,对强磁性体ΔT异常计算存在的误差进行分析研究.我们首先通过理论模型计算试验,证明常规计算采用的投影关系的ΔT与实际测量的模量差ΔT之间的误差E在磁异常幅值大时是明显存在的,其影响不容忽视.其次,当磁性强且剩磁存在时,投影ΔT曲线及其误差曲线在磁化方向与地磁场方向改变时具有一定的对称性;地磁场T0、磁性体形态(如二度水平圆柱体模型的半径r、柱体埋深R)和磁性参数(如磁化率κ)等参数确定的情况下,最大误差值出现在磁性体正上方,且其大小与磁性参数(κ)和模型体规模(如r/R)之间皆是指数关系;另外,研究还发现ΔT的计算误差曲线的一些其他规律特点,如在各纬度带上,ΔT计算误差的最大值Emax曲线的极值主要分布在中纬度地区;磁异常矢量Ta与地磁场T0的夹角θ逐渐变化时,随θ变化Emax曲线的极值分布在θ=90°~120°范围内;当磁异常幅值小于10000nT时,最大误差近似为磁异常矢量垂直于地磁场方向的测点附近的误差值;另外,磁性体(圆柱体为例)的半径(即尺度)与埋深的比值r/R超过0.5,且磁化率超过0.1SI时误差已达到3.9nT,磁化率增大与对应的Emax的值呈指数增长特点.因此,我们的研究表明,在强磁性体、磁异常幅值大的数据处理、反演及解释时,现有方法会产生较大的误差,应该基于严格的模量差ΔT,完善相应的处理以及反演方法.     

磁异常揭示的峨眉山大火成岩省的深部结构

峨眉山大火成岩省位于中国西南部,在晚二叠纪约260 Ma喷发出巨量的大陆溢流型玄武岩.对于大火成岩省的岩浆喷发,在地下必定有一个相应的大规模岩浆聚集和运移系统.地球物理方法是探测岩石圈内部的有效方式.峨眉山大火成岩省为镁铁质岩浆喷发,由于镁铁质-超镁铁质岩石一般具有强磁性,因此,在喷发结束之后,地下岩浆系统如果被镁铁质岩浆填充,冷却固化成为岩石圈的一部分,很有可能会引起磁异常.本文使用区域磁异常数据来对峨眉山大火成岩省的深部构造进行研究.该区域的磁异常由一系列离散的异常组成,通过3D磁化率反演可以得到磁性体的空间分布.由于磁异常中具有明显的剩磁,直接使用经典的反演方法会有较大误差,我们首先将磁异常转换为弱敏感于磁化方向的磁异常模量,再使用模量数据进行3D反演,得到地下空间内磁异常源的分布.经过分析认为这些离散分布的磁异常源反映了岩石圈内部的镁铁质-超镁铁质侵入体.侵入体的位置可能反映了底侵和内侵的镁铁质岩浆固化形成的侵入体,代表镁铁质岩浆房位置或者岩浆运移的主要通道.     

多因复成矿区磁异常偏位解释法

分析了多因复成矿床磁性体的典型特征,总结了该类型矿区磁异常反演解释存在的主要问题,通过提取磁异常基本特征、引入解释偏角和剖面位移等概念,提出了以磁异常共轭解释法为基础的偏位解释法,模型试算及实例分析表明该方法能获得较高的反演精度和符合实际的反演结果,能实现复杂磁异常的反演解释.对比分析认为该方法相对传统方法在一些特殊情况下具有明显优势,是磁法勘探领域中一种新的反演方法,能较好解决多生产实际中一些以往不能解决的重要问题.     

基于全卷积神经网络的磁异常及磁梯度异常反演

地球物理反演问题具有病态性、不适定性,传统的线性反演方法面临着次优逼近和初始模型选择等挑战,为了提高磁场数据反演的精度,受深度学习卓越的非线性映射能力的启发,本文提出了一种基于全卷积神经网络的磁异常及磁梯度异常反演方法.文中首先提出了一种基于网格点几何格架的磁异常及磁梯度异常的空间域快速正演算法,这为本文全卷积神经网络反演算法的实现奠定了基础;随后对大量不同剩余磁化强度模型进行正演计算获得样本数据集,将正演数据作为输入层,磁化强度模型作为输出层,并基于U-net网络结构设计了一种端到端的网络结构(MagInvNet),再对该网络结构进行监督学习与参数优化;最后进行反演预测.三组模型试验表明,MagInvNet网络能够快速准确识别出磁异常体的位置与形状,并且能够准确的反演出异常体磁化强度的大小,对于含噪声数据,其反演结果的质量不会降低.本文最后利用安徽霍邱铁矿的航磁数据验证了文中方法的有效性.     

三维井地磁测联合约束反演

井中磁测在铁矿等磁性金属矿床勘查中具有举足轻重的作用.针对磁性金属矿床深部资源勘查中存在的有效信号弱、矿体形态复杂等技术难题,本文利用井中三分量磁测资料和地面磁测资料直接反演地下空间磁化率的分布情况,充分发挥纵、横向分辨率高的优势,通过磁化率的变化来确定矿（化）体的范围.分析了磁化率和磁场H_ax、H_ay、Z_a、ΔT各参量之间的关系,导出了磁化率反演方程;将钻孔编录、磁化率测井等结果作为约束条件构建了目标函数.以组合倾斜板状体模型为例,验证了方法的有效性,并在青海野马泉铁多金属矿区开展应用试验,试验结果与已有地质资料基本一致.该方法有效抑制了因反演数据源单一、缺乏约束条件而造成反演结果的多解性,实现了磁测资料的精细反演解释,为查明地下矿体空间位置、形态及规模,提高找矿效果,提供了一种新的解决方案.     

2D磁异常分步反演方法分析研究

2D磁异常分步反演方法是利用二维(剖面)磁测数据确定场源几何参数以及物性参数的一种反演方法,该方法的优点是构造的形态函数S不受场源磁化特征的影响,因此可以在未知场源物性参数的前提下,通过拟合依次反演得到磁性源形体横截面几何参数、磁化强度以及磁化方向.本文阐述了2D磁异常分步反演方法的原理及步骤,对形态函数S的特征及求取方法进行了讨论,分析了区域背景干扰(正常场)对反演结果的影响并提出了初步解决方案.在方法研究的基础上,进行了单一理论模型及组合理论模型的试算,得到了较好的反演结果.为了验证该方法的效果,对实测剖面进行了试算,得到了场源的边界及场源埋深信息,为进一步反演提供了有用的参考.     

基于航磁矢量数据的磁源总磁化方向估算

在地质体具有较强剩磁或自退磁效应的情况下,获得地质体总磁化方向对磁法勘探的数据处理、反演及解释具有重要意义.与传统航磁总场测量相比,航磁矢量(三分量)测量能够获得地磁场的矢量信息.基于三分量磁异常一阶矩与磁源磁矩的积分关系,我们实现了基于航磁矢量数据的磁源总磁化方向估算.针对该方法易受相邻异常影响,从而使多异常的估算难以确定磁源中心位置的问题,分析了在不同磁化倾角下,估算的磁化偏角、倾角与实际磁源中心位置的关系,并根据该关系采取了限定估算区域的方法,获得了多异常的估算结果.将该方法应用于东天山启鑫地区实测航磁三分量数据,估算了具有强剩磁的启鑫岩体总磁化方向,并将估算的方向应用于化极计算.化极结果显示,减少了启鑫岩体磁异常受斜磁化的影响,且与磁异常模量计算结果类似.该方法假设磁源均匀磁化,估算结果可视为地质体总磁化方向的整体体现,对强剩磁地质体磁异常的数据处理、反演及解释具有实际意义.     

反演磁性地质界面的意义与方法

磁性地质界面的反演是地球物理勘探的重要课题之一，对于提高磁测资料的地质解释效果有重要意义.通过磁测资料反演磁性地质界面主要分两步：第一步，从总异常中分离有磁性界面起伏引起的磁异常；第二步，由分离的磁异常反演磁性界面的深度.本文分别从这两个方面回顾了提取异常和反演界面的较有代表性的技术.     

An Improved Analytic Signal Technique for the Depth and Structural Index from 2D Magnetic Anomaly Data

This paper presents a new inversion method for the interpretation of 2D magnetic anomaly data, which uses the combination of the analytic signal and its total gradient to estimate the depth and the nature (structural index) of an isolated magnetic source. However, our proposed method is sensitive to noise. In order to lower the effect of noise, we apply upward continuation technique to smooth the anomaly. Tests on synthetic noise-free and noise corrupted magnetic data show that the new method can successfully estimate the depth and the nature of the causative source. The practical application of the technique is applied to measured magnetic anomaly data from Jurh area, northeast China, and the inversion results are in agreement with the inversion results from Euler deconvolution of the analytic signal.     

基于BTTB矩阵的快速高精度三维磁场正演

本文改进了一种快速、高精度空间域三维正演算法,用来计算地下场源在水平观测面产生的磁异常ΔT场及其梯度场,以解决传统空间域正演计算效率低的问题.算法采用长方体对场源区域进行剖分,观测点与场源剖分单元体中心点在水平面上的投影重合.改进的算法具有以下三个特点:(1)采用无解析奇点的解析解公式计算磁异常,保证计算精度.(2)通...     

三维多层介质重力-地震同步联合反演

联合反演是地球物理勘探的重要解释手段,能够提高模型参数的反演精度.本文在归纳和分析重力与地震资料联合反演的研究和应用现状的基础上,利用三维多层介质模型的地震走时和重力正演公式,推导了地震走时和重力异常对界面深度的雅可比矩阵,实现了三维重力-地震同步联合反演界面成像.最后进行了数值理论模型模拟和实例计算,结果表明地震走时和重力同步联合反演很好的重建了三维多层介质界面.     

重磁三维反演伊犁盆地中部密度和磁性结构

伊犁盆地中部区域地处多个构造单元的交汇区,构造复杂,缺乏高精度地质资料,制约了对盆地构造演化的进一步认识.本文联合使用多种先验信息作为约束条件,利用高精度重磁数据反演获得了研究区地下海拔-10 km以浅的三维密度和磁性结构,增强了反演结果的可靠性.结果揭示以白石墩次凸为中心发育了一个"北断南超"的南西-北东向不对称型凹陷,北部沉积厚度大于南部;区内主要断裂具有高角度特征,生烃中心受断裂控制,阿吾拉勒山前凹陷浅部可能发育逆掩断裂;火成岩以侵入的基性火成岩为主,伴有部分喷出火成岩和中酸性火成岩.     

The inversion of density structure by graphic processing unit (GPU) and identification of igneous rocks in Xisha area

Organic reefs, the targets of deep-water petroleum exploration, developed widely in Xisha area. However, there are concealed igneous rocks undersea, to which organic rocks have nearly equal wave impedance. So the igneous rocks have become interference for future exploration by having similar seismic reflection characteristics. Yet, the density and magnetism of organic reefs are very different from igneous rocks. It has obvious advantages to identify organic reefs and igneous rocks by gravity and magnetic data. At first, frequency decomposition was applied to the free-air gravity anomaly in Xisha area to obtain the 2D subdivision of the gravity anomaly and magnetic anomaly in the vertical direction. Thus, the distribution of igneous rocks in the horizontal direction can be acquired according to high-frequency field, low-frequency field, and its physical properties. Then, 3D forward modeling of gravitational field was carried out to establish the density model of this area by reference to physical properties of rocks based on former researches. Furthermore, 3D inversion of gravity anomaly by genetic algorithm method of the graphic processing unit (GPU) parallel processing in Xisha target area was applied, and 3D density structure of this area was obtained. By this way, we can confine the igneous rocks to the certain depth according to the density of the igneous rocks. The frequency decomposition and 3D inversion of gravity anomaly by genetic algorithm method of the GPU parallel processing proved to be a useful method for recognizing igneous rocks to its 3D geological position. So organic reefs and igneous rocks can be identified, which provide a prescient information for further exploration.     

The inversion of density structure by graphic processing unit （GPU） and identification of igneous rocks in Xisha area

Organic reefs, the targets of deep-water petroleum exploration, developed widely in Xisha area. However, there are concealed igneous rocks undersea, to which organic rocks have nearly equal wave impedance. So the igneous rocks have become interference for future exploration by having similar seismic reflection characteristics. Yet, the density and magnetism of organic reefs are very different from igneous rocks. It has obvious advantages to identify organic reefs and igneous rocks by gravity and magnetic data. At first, frequency decomposition was applied to the free-air gravity anomaly in Xisha area to obtain the 2D subdivision of the gravity anomaly and magnetic anomaly in the vertical direction. Thus, the distribution of igneous rocks in the horizontal direction can be acquired according to high-frequency field, low-frequency field, and its physical properties. Then, 3D forward modeling of gravitational field was carried out to establish the density model of this area by reference to physical properties of rocks based on former researches. Furthermore, 3D inversion of gravity anomaly by genetic algorithm method of the graphic processing unit(GPU) parallel processing in Xisha target area was applied, and 3D density structure of this area was obtained. By this way, we can confine the igneous rocks to the certain depth according to the density of the igneous rocks. The frequency decomposition and 3D inversion of gravity anomaly by genetic algorithm method of the GPU parallel processing proved to be a useful method for recognizing igneous rocks to its 3D geological position. So organic reefs and igneous rocks can be identified, which provide a prescient information for further exploration.     

谱矩方法在磁源体深度反演中的应用研究

谱矩方法可以对数据的表面形貌做较为细致的描述.它以随机过程为理论基础,用各阶谱矩及统计不变量等具体的参数表征表面的几何形态,算术平均顶点曲率是一种基于四阶谱矩的统计不变量.通常,埋深不同的场源所引起的磁异常尺度不同,从曲率的角度来理解即为磁异常曲面的弯曲程度不同.因此,本文应用算术平均顶点曲率提取磁异常的几何信息,并将所提取的信息用于场源深度的反演.理论上推导了基于谱矩的球状磁源体和板状磁源体的反演公式,得到了场源深度与磁异常、曲率之间的关系式.结合理论模型计算验证了方法的有效性,并与欧拉反褶积方法进行对比.与传统的方法相比,该方法快速简单,无需调节参数,且有较好的反演精度.最后,将该方法用于塔里木盆地航磁异常的反演和解释中,反演出的磁源体深度可满足区域磁异常数据分析和解释的要求,为克拉通沉积盆地磁异常源的深度划分提供丰富的信息.     

冀鲁豫交界区岩石圈磁场异常分布与磁化率结构分析

利用重磁反演软件,对2017年8月冀鲁豫交界区流动地磁总强度数据进行处理并解析延拓,研究该区岩石圈磁场及其深部、浅表磁场异常分布特征与地下介质磁化率结构的性质。结果表明:冀鲁豫交界区岩石圈磁场异常分布是岩石圈浅表与深部磁异常综合叠加的结果,岩石圈地下介质的浅表与深部磁化率结构具有一定差异性,且受断裂控制呈分段性特征,可能与该区域复杂的岩石圈磁化率结构及地质构造有关。     

核磁共振与瞬变电磁三维联合解释方法

传统核磁共振地下含水量解释多采用基于均匀半空间或层状导电模型的一维反演,分层给出地下含水信息.然而,这些方法忽略了地下复杂电阻率分布信息对结果的影响,也不能很好地反映局部三维含水构造.本文从三维电介质中核磁共振响应的正演理论出发,提出首先利用瞬变电磁数据进行基于等效导电平面法的快速电阻率成像,然后将成像结果作为核磁共振三维反演的电性模型,进行联合解释.激发磁场的分布采用有限元法直接求解,通过引入伪δ源实现电流源的加载,并强加散度条件排除了三维磁场模拟中"弱解"的影响.针对核磁共振灵敏度矩阵的病态性和数据中存在的干扰信号,提出考虑罚项的非线性拟合目标函数,利用线性化方法进行核磁共振反演.模型数据表明该方法能较准确反映地下三维含水构造,实测算例进一步证明了方法的有效性.本研究将促使核磁共振方法在岩溶、裂隙水、孤立水体等复杂水文地质条件及隧道、矿井灾害水源探测等方面得到有效应用.