不同滤波系数在电磁法数值计算中的应用研究

电磁法存在大量的汉克尔积分,由于积分核函数的复杂性,该类积分不存在解析解,采用数值方法求解汉克尔积分是电磁法正演研究中的关键问题。数值滤波法运算速度快、执行效率高,克服了被积函数的奇异性和高振荡性问题,是数值求解汉克尔积分的重要方法。采用存在解析解的汉克尔积分,对比研究了5套高精度汉克尔滤波系数,总结了不同数值滤波算法的计算精度和误差分布特点。结果表明,5套数字滤波的快速汉克尔变换算法在逼近相应的理论解析解时,不存在振荡现象,且计算精度高;汉克尔积分计算精度均随着发收距的增大而降低;计算精度并不一定随着数值滤波系数个数的增多而提高。分别采用5种滤波系数对水平电偶极子和垂直磁偶极子的电磁场进行计算,得到的电场和磁场的形态基本一致。     

时间域航空电磁激发极化参数三维反演研究

时间域航空电磁中心回线(或重叠回线)装置晚期道数据受激电效应影响常出现符号反转现象.这类数据与多个激电参数相关,并且各参数之间灵敏度差异较大,导致反演存在严重的非唯一性.本文提出一种基于Pearson相关性约束和深度学习算法相结合的时间域航空电磁激发极化参数反演策略.该反演策略首先基于深度学习预测时间域航空电磁激电参数,进而给时间常数和频率相关系数一个较小的约束范围后再反演电阻率和极化率,由此大大减少反演的多解性.针对电阻率和极化率的反演,我们采用统计学中Pearson相关系数构建两种物性参数的相关性约束,进一步减少反演多解性.为验证反演策略的有效性,我们对双棱柱模型和拱形模型分别进行反演试算.理论测试结果表明,基于Pearson相关性约束的电阻率和极化率的反演结果比传统的高斯-牛顿反演结果更接近真实模型,而基于深度学习预测时间常数和频率相关系数后的电阻率和极化率反演结果与给定真实时间常数和频率相关系数后的反演结果效果相当.最后,我们对来自澳大利亚的带激电效应的航空电磁实测数据在考虑和不考虑激电效应条件下进行反演,结果表明考虑激电效应的反演无论数据拟合还是地电断面的连续性均得到明显改善...     

储层砂岩宽频段地震岩石物理特征的实验研究

在地震储层预测过程中,需要借助岩石物理实验建立储层岩性、物性与地震弹性参数之间的关系,明确反演方法,从而提高储层预测精度.本研究针对高尚堡北区沙三5个亚段、10口井、四种岩性的27块岩心实施了宽频段地震岩石物理特征的实验研究.首先借助铸体薄片和X射线衍射分析得到所研究岩心的孔隙结构和矿物组分;接着对干燥和饱和流体状态下岩心进行高频岩石物理测试得到弹性参数;在此基础上,将测试结果经过计算得到15种地震属性,并基于敏感性分析获得对储层预测有指导意义的较为敏感的岩性、流体敏感因子.同时对孔渗性较好的储层岩石进行了低频岩石物理测量,不同饱和流体储层岩石展示了不同的地震波频散规律.砂岩宽频带的岩石物理实验结果对于研究储层与非储层具有指导和参考意义.     

基于混合阶矢量基函数的海洋可控源电磁三维谱元法数值模拟

在前人工作的基础上,本文推导了电导率任意各向异性介质的海洋可控源电磁三维谱元法正演方程.采用一次场/二次场分离算法结合混合阶矢量基函数,可以有效避免源点的奇异性的影响,从而提高数值解的精度.采用任意六面体单元离散研究区域,有利于模拟复杂地形和地电结构.利用不完全LU分解的Induced Dimension Reduction(IDR(s))迭代算法求解线性方程组,有效地提高了求解的效率.设计典型的地电模型进行正演计算,并将计算结果与有限元解进行对比,对比结果表明本文提出的基于混合阶矢量基函数的海洋可控源电磁三维谱元数值模拟算法是正确的、有效的.本文算法具有良好的通用性,可推广用于电导率呈任意各向异性的陆地电磁、井中电磁等数值模拟研究.     

基于微增模型的海洋可控源电磁法三维非结构化矢量有限元数值模拟

为了分析海洋中含金属矿的储油气砂层的成分、结构对于海洋可控源电磁场的影响特征,引入多相微增等效介质模型,结合非结构化网格实现了海洋可控源电磁三维矢量有限元正演.首先对多相微增模型进行了介绍,并分析不同参数影响下的等效电导率变化特征.而后,详细推导了频率域可控源电磁法非结构化矢量有限元方程.接着,利用预处理的IDR （s）迭代算法求解线性方程组.最后设计典型的海洋地电模型,通过正演计算,验证了本文算法的正确性和有效性,同时研究了海洋储油砂层中的金属矿的含量、孔隙度、含水饱和度等参数对于可控源电磁场响应特征的影响.     

广域视电阻率的数值计算方法

广域视电阻率与卡尼亚视电阻率相比,能更好地表征地下介质的电性变化规律,一般常使用迭代法和逆插值法求解,这里使用这两种算法对E—Ex方式广域视电阻率进行了计算.结果表明,使用这两种算法所得广域视电阻率,都正确反映了地下介质的电性变化规律,逆插值的影响因素较少,计算过程稳定.其不足之处在于要求插值目标函数单调,迭代法步骤简单,并存在迭代发散的情况.在实际应用时,可根据广域视电阻率公式的特点,选择适当的方法进行计算.     

基于曲波变换的大地电磁二维稀疏正则化反演

为了提高二维大地电磁反演对异常体边界的刻画能力,我们引入曲波变换建立一种新的稀疏正则化反演方法.与传统的在空间域中对模型电阻率参数求解的方式不同,我们借助曲波变换将二维电阻率模型转换为曲波系数,并采用L1范数约束以保证系数的稀疏性.曲波变换是一种多尺度分析方法,其系数分为粗尺度系数和精细尺度系数,粗尺度的系数代表电阻率模型的整体概貌,而精细尺度中较大系数代表目标体的边缘细节.此外,曲波变换的窗函数满足各向异性尺度关系,并具有多方向性,因此曲波变换可以近似最佳地提取目标体的边缘特征信息,这为我们在反演中恢复边界提供有利条件.通过对大地电磁的理论模型合成数据和实测数据反演,验证了基于曲波变换稀疏正则化反演对异常体边界的刻画能力优于常规的L2范数和L1范数反演方法.     

各向异性介质中大地电磁场的异常特征

给出各向异性介质二维地电断面大地电磁场的边值问题以及等价的变分问题。对计算区域采用矩形网格中进一步三角细化的剖分方式并在三角单元内进行线性插值,解出有限单元法数值解。通过典型模型的正演模拟,得到大地电磁测深曲线,并与前人的研究工作对比,验证了该方法的有效性。     

基于改进Krylov子空间算法的井中激电反演

井中激电是二次找矿重要的地球物理勘探手段,快速而稳定的正反演算法有助于方法的推广和应用.本文在正演模拟中,给出了考虑井眼影响下的网格剖分方式;用右端项校正技术减小边界效应和源点奇异性引起的模拟误差;并采用循环Krylov子空间算法提高多线性方程组的求解效率.反演用Gauss-Newton法结合Jacobian-free Krylov迭代求解技术,给出了Jacobian矩阵向量积的简化计算方法;用不精确预处理共轭梯度法对模型修正量方程近似求解以减少计算量;采用不同于正演的反演网格剖分降低不适定性.数值算例验证了相关算法的有效性和可靠性.