局部波数反演磁源参数的改进算法及应用

利用局部波数确定磁源体的深度及类型是一种非常有效且实用的方法.本文基于水平方向波数k_x和垂向波数k_x的理论公式,推导出2种求取场源参数的方法.这2种方法均是要首先确定波数k_s的极大值点及其对应的水平坐标,然后利用k_s异常及向上延拓不同高度的k_s异常与该极大值作相应的计算反演场源深度及构造指数.模型试验证明了本文方法可以准确的计算出地质体的埋深及构造指数,与理论值偏差较小,在理论模型异常上加入一定幅值的干扰噪声,依然可以得到较为准确的反演结果.将其应用于一段实测岩脉数据,其结果与实际资料吻合.     

重磁异常解释的归一化局部波数法

局部波数法是进行重磁数据解释的常用方法之一.本文提出归一化局部波数法,该方法在不需要任何关于地质体信息的前提下能有效地完成异常的反演工作,且给出了不同归一化方式的应用效果.理论模型试验表明归一化局部波数法能准确地完成异常的反演,且通过对比发现其他归一化方式（中值、几何平均和调和平均）的计算结果相对算术平均归一化结果具有更高的分辨率.将该方法应用于实测磁异常的解释,获得了未知地质体的空间位置.     

解释位场全张量数据的张量局部波数法及其与常规局部波数法的比较

全张量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.本文提出采用张量局部波数法来进行位场全张量数据的解释,首先给出了张量局部波数的定义,然后推导出利用张量局部波数法进行反演的基本公式.本文方法在进行张量数据反演时无需事先知道场源体的类型(构造指数)即可获得场源体的位置信息,且可根据位置参数对场源体的类型进行估计.通过理论模型证明张量局部波数法可以很好地完成位场全张量数据的反演工作,并将其与常规局部波数法进行对比,证明全张量局部波数法的反演结果更加准确,即使在测点分布不合理的情况下,张量局部波数法仍可以获得准确的结果.最后应用张量局部波数法对美国得克萨斯州实测重力数据进行了反演,其反演结果与已有的研究成果相一致.     

解释位场全张量数据的张量局部波数法及其与常规局部波数法的比较

全张量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.本文提出采用张量局部波数法来进行位场全张量数据的解释,首先给出了张量局部波数的定义,然后推导出利用张量局部波数法进行反演的基本公式.本文方法在进行张量数据反演时无需事先知道场源体的类型(构造指数)即可获得场源体的位置信息,且可根据位置参数对场源体的类型进行估计.通过理论模型证明张量局部波数法可以很好地完成位场全张量数据的反演工作,并将其与常规局部波数法进行对比,证明全张量局部波数法的反演结果更加准确,即使在测点分布不合理的情况下,张量局部波数法仍可以获得准确的结果.最后应用张量局部波数法对美国得克萨斯州实测重力数据进行了反演,其反演结果与已有的研究成果相一致.     

基于二阶导数的磁源边界与顶部深度快速反演

为实现磁异常反演,首先提出了磁异常非参数快速反演的概念,即无需提供先验信息.在Nabighian提出的磁场通用梯度公式的基础上,推导实现了基于磁异常垂向二阶导数的非参数快速反演(V2D_depth).它不仅可以获取场源的边界信息,同时可以反演场源的埋深.通过与Tilt_depth方法对比,本文方法计算的场源边界更清晰,反演的深度也更接近真实深度,同时较大程度上克服了Tilt_depth方法受叠加异常的影响.理论模型验证了方法的有效性,并通过准噶尔盆地某区块磁异常数据的处理,提取了受强大的区域背景场掩盖的石炭系火成岩产生的弱异常,突出了构造分区、断裂分布等信息,获取了火成岩的位置及埋深参数,为该区的火成岩油气藏勘探提供了有效的处理途径.     

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.

     

基于改进型Tilt-depth法的磁源上顶与下底深度快速反演（英文）

Tilt-depth法可以用于快速反演磁源的上顶埋深,但其无法反演磁源底部深度,同时该方法的反演解过于单一。针对于此,本文在有限厚度台阶磁异常导数公式基础上,推导出了可以同时反演地质体上、下界面埋深的改进型Tilt-depth法计算公式,并采用在Tilt梯度图上选取多特征点进行联合反演的计算模式来提高反演解的可靠性。二维及三维组合模型试验均证实了改进型Tilt-depth法可以有效地反演出磁性体的上顶与下底深度,且上顶埋深的反演精度明显高于常规方法的。最后将改进型Tiltdepth法用于松辽盆地长岭断陷航磁数据反演,其上顶埋深的反演结果与钻孔钻遇火山岩的深度基本一致,证实改进型Tilt-depth法相对于常规方法的反演结果更加准确。     

基于方向tilt-Euler的三维磁数据快速反演

三维磁异常快速反演是磁法勘探进行地质解释的一项重要内容.本文在方向tilt梯度基础上进行导数处理,并进行合理改进,得到了6个改进的方向tilt梯度导数,丰富了不同方向上的磁异常信息.对常规欧拉反褶积方程进行三个方向求导,所构成的方程组与6个改进的方向tilt梯度导数进行结合,从而构建出了两个基于方向tilt梯度导数的快速反演方程组（方向tilt-Euler法）,用于反演场源的位置参数.另外,将三个方向导数下的欧拉反褶积进行平方和及均方根处理,得到了场源构造指数的求解公式.单一模型试验表明,6个改进的方向tilt梯度导数异常基本不受磁化方向影响,可从不同方向上反映磁异常信息,方向tilt-Euler能够准确地反演出场源的位置及构造指数.叠加模型试验证实了方向tilt-Euler法相对于tilt-Euler法,具有反演解聚集度更强、连续性更好、反演准确度更高、受噪声影响更小及无虚假反演解等优点.将本文方法应用于内蒙古塔木素航磁资料处理中,获得了丰富的地下磁源分布信息,为了解该地区隐伏断裂构造及岩体分布等提供了有效依据.

     

电法测井三参数反演

首先应用求解偏微分方程反问题的广义脉冲谱技术，将电法测井２个参数的反演推广到３个参数的反演，其次考虑到现在使用的广义脉冲谱反演算法的计算速度较慢，提出了求解电法测井反演问题的离散牛顿法。对这两种方法进行了数值模拟，并作了计算精度、稳定性和工作量的比较，同时还用实际模型和实际测井数据进行检验结果，结果表明这两种方法可应用于生产实践。     

层状介质参数反演的混合最优化法

波动方程反演是典型的非线性反问题,本文提出了用混合最优化法反演层状介质参数。混合最优化法将广义模拟退火与局部最优化方法结合,能较好地利用两者的优点,在本文中,局部最优化算法采用线性迭代算法。通过数值结果表明反演方法的正确有效性。     

大地电磁法三维快速松弛反演

实现大地电磁法快速三维反演的关键在于找到快速计算灵敏度矩阵的方案. 本文在对大地电磁三维张量阻抗表达式进行深入分析的基础上，获得了三维快速松弛反演算法的灵敏度函数表达式，解决了三维快速松弛反演的核心问题；为了减小反演解的多解性，针对三维问题定义了最小构造函数，实现了求最小构造的三维快速松弛反演算法. 对二维棱柱体、三维棱柱体理论模型的大地电磁合成数据进行了反演试算，反演结果与理论模型相吻合. 对日本Kayabe地区实测资料进行了XY模式反演，反演得到的地电模型较好地反映了地热资源的分布. 反演试算结果表明大地电磁三维快速松弛反演具有计算速度快、结果稳定可靠等特点；使三维快速松弛反演在普通微机上得以实现.     

随钻方位电磁波测井多参数快速反演

大斜度井/水平井随钻测井技术已被广泛的应用于各种复杂油气藏中,但传统随钻电磁波测井仅提供仪器轴向磁场分量,井斜和各向异性对测井响应影响耦合在一起,难以剥离,无法基于反演同时获取多个参数,进行相应的地层评价,且不能提供方位信息,难以实现地质导向功能.随钻方位电磁波测井在提供仪器轴向磁场分量的基础上,还提供了仪器横向磁场分量,其提取的地质导向信号,对地层界面非常敏感,受井斜、地层电阻率对比度和各向异性影响弱,可以反演得到准确的界面位置.此外,额外的磁场分量信息,有效降低了井斜与各向异性的耦合程度,可基于反演算法实现多参数联合反演,满足电阻率测井精细解释评价需求.

     

塔里木盆地航磁场分析与磁源体结构

本文研究塔里木盆地区域磁异常图的反演及磁源体结构.由于众多异常的叠加和反演固有的多解性,区域磁异常图的准确解释是非常困难的.三维欧拉反褶积是一种确定地质体位置和埋藏深度的自动定量反演方法,比较适用于计算区域磁异常源的埋藏深度.由于大型克拉通沉积盆地地层具有上新下老的规律性,将磁异常源分解为三个深度层次,圈定它们各自的分布区域,便可将它们与形成的地质作用及时代联系起来,为准确解释区域磁异常图提供可靠的依据.本文应用三维欧拉反褶积反演方法,计算出的塔里木盆地深度为2~5 km、5~10 km、10~20 km三个等级的磁异常源,它们与形成的地质作用及时代分别为: 中生代构造运动,海西期玄武岩侵位和太古代结晶基底的变质作用;圈定了它们各自的分布区域.     

坑道直流电阻率法超前探测的快速反演

在坑道电阻率超前探测工作中,视电阻率异常极值位置与异常体位置、厚度、电性以及产状相关.设计有效的反演方法对异常体的各种参数综合反演是非常必要的.首先利用有限元数值模拟技术分析并消除坑道空腔对视电阻率的影响,并将坑道超前探测视电阻率曲线转化为全空间视电阻率曲线.然后采用最小二乘法对超前探测视电阻率曲线进行快速反演.反演结果可准确反映围岩电阻率、异常体的电性、位置和产状;而由于同层等值现象,反演结果只能确定异常体的厚度和电阻率的组合值.     

模拟退火法在反演地震断层参数中的运用

在地震断层参数的反演中,选取合适的反演方法,对于反演的结果具有至关重要的意义,模拟退火法是一种非线性的反演方法,为了验证此方法在地震断层反演中的准确性,以2004年的仲巴6．7级地震为研究对象,采用模拟退火的方法,通过调用Rongjiang Wang的Okada程序,对用四叉数方法处理过的INSAR地震数据进行反演,从而得到该次地震的断层参数。     

基于GPU并行的时间域全波形优化共轭梯度法快速GPR双参数反演

探地雷达（GPR）时间域全波形反演计算量巨大,内存要求高,在微机上计算难度大.本文中作者基于GPU并行加速的维度提升反演策略,采用优化的共轭梯度法,避免了Hessian矩阵的计算,在普通微机上实现了时间域全波形二维GPR双参数（介电常数和电导率）快速反演.论文首先推导了二维TM波的时域有限差分法（FDTD）的交错网格离散差分格式及波场更新策略.然后,基于Lagrange乘数法,将约束问题转化为无约束最小问题,构建了共轭梯度法反演目标函数,采用Fletcher-Reeves公式与非精确线搜索Wolfe准则,确保了梯度方向修正因子及迭代步长选取的合理性.而GPU并行计算及维度提升反演策略的应用,数倍地提升了反演速度.最后,开展了3个模型的合成数据的反演实验,分别从观测方式、梯度优化及天线频率等方面,分析了这些因素对雷达全波形反演的影响,说明双参数的反演较单一的介电常数反演,能提供更丰富的信息约束,有效提高模型重建的精度.

     

Born近似快速三维反演井地电法数据

本篇研究了井中电偶极激发地面接收的井地电法的快速反演成像问题.我们采用了Born近似方法和重加权正则化共轭梯度法(RRCG)算法.数值计算的结果表明Born近似是一种有效的井地电法三维快速反演方法,同时也说明井地电法监测油水前驱和储层边界预测的观测数据可以用该方法进行快速三维反演成像.     

基于波数域梯度场分解的多尺度波形反演方法

全波形反演是一种建立高精度速度模型的有力工具,是偏移模式和层析模式的联合.然而,当初始模型较差、数据缺失低频成分和大偏移距数据缺失时,常规波形反演的层析成分更新较弱.因此,反演过程以偏移模式为主,容易导致反演快速陷入局部极小值.本文发展了基于波数域梯度场分解的多尺度波形反演方法（WGDFWI）,从梯度场中分离出层析成分,在反演的初期主要依赖层析分量更新背景速度场,为常规全波形反演建立良好的初始模型.首先,基于一种高效的隐式波场分离方法,将梯度场分解为层析成分和偏移成分.然后在层析梯度上应用二维波数域滤波器,以缓解偏移成分泄露的问题,并利用多尺度反演策略,增强反演的稳定性.利用双层模型和Marmousi模型进行试算的结果表明,该方法可以有效重构背景速度模型,为常规波形反演提供良好的初始模型,有效提高反演精度.

     

重磁异常三维物性反演随机子域法方法技术

本研究针对三维物性反演中存在的困难和问题,提出三维物性反演的随机子域方法技术,首先是将正反演中保持不变的几何格架分离计算并存储,避免重复计算,从而提高正反演计算速度;其次是利用对称性等实现等效计算,明显降低格架计算和存储要求;再通过随机子域方式,降低反演的维数问题;另外,通过概率方式控制子域生成的分布,实现约束新机制. 模型和实例计算表明了方法技术的效果,为大面积重磁数据的三维反演提供了有效的途径.