复杂条件二维重力场及重力张量场空间波数域正演方法

随着传感器技术的发展,重力场与重力张量场测量技术发展迅速,为实现地下密度分布精细反演提供了数据保障。正演是反演的基础,解决任意密度分布复杂地质体重力场与重力张量正演高效、高精度计算问题,是实现重力高效、精细反演、人机交互反演解释的关键。针对起伏地形和任意密度分布这种复杂条件下二维重力场及重力张量场高效高精度正演问题,这里提出了一种空间波数混合域正演算法,其关键环节包括:①结合新的矩形二度体组合模型波数域表达式和一维Gauss-FFT算法,提出了一种任意密度分布和起伏地形下重力场及重力张量高效、高精度正演算法;②采用新的二维正演算法,计算观测最高点和最低点之间多个不同高度水平网格重力场及重力张量,结合三次样条插值方法,实现了起伏地形上重力场及重力张量场高效、高精度正演。模型算例结果表明,新方法具有高效、高精度的显著特点。     

球坐标系密度界面反演方法及在华南大陆的应用

密度界面反演方法在油气勘探、推断区域构造、获取地壳结晶基底面、莫霍面起伏形态等方面具有重要意义。现有的密度界面反演方法大多基于笛卡尔坐标系统,当涉及到大区域乃至全球尺度的密度界面反演时,地球曲率的影响将不可忽视,需考虑基于球坐标系Tesseroid模型的密度界面反演方法。然而,受计算精度和效率制约,已有的基于Tesseroid模型的密度界面反演方法并不能很好地适用于地表重力观测数据的反演计算。笔者基于前人研究,给出了一种适用于地表观测数据的球坐标系密度界面反演方法。该方法首先将常规的球坐标系高斯—勒让德重力积分公式进行简化,提高了重力正演计算效率。随后,引入并改进了前人的自适应剖分方案,提高了重力正演计算精度。在此基础上,采用Cordell迭代优化算法,得到了适用于地表观测数据的球坐标系密度界面反演方法。通过模型数据试验,对本文球坐标系密度界面反演方法进行了验证。结果表明,笔者对高斯—勒让德积分公式加以改进和引入改进的自适应剖分方案后,很好地克服了计算精度和效率对地表观测重力计算的掣肘,并且,基于球坐标系的密度界面反演结果优于基于笛卡尔坐标系的密度界面反演结果。在华南大陆实际数据试验中,利用文中方法得到的华南大陆的莫霍面深度与前人得到的莫霍面深度具有较高的吻合度,莫霍面自西向东逐渐抬升,西部抬升剧烈,东部抬升平缓,沿武陵山—贵桂交界一带呈现明显的NNE向莫霍面梯级带,验证了文中方法的科学有效性。     

任意密度分布复杂地质体重力异常快速三维正演方法

解决任意密度分布复杂地质体重力异常三维正演快速、高精度计算问题,是实现重力三维反演、人机交互解释建模的关键。针对该问题,从积分方程出发,提出一种波数域重力异常三维正演方法,其关键环节包括三个方面:(1)将研究区域剖分成许多规则小棱柱体,每个小棱柱体密度值可以任意给定,以此刻画任意密度分布和起伏地形条件下的复杂地质体;(2)给出一种新的高精度均匀棱柱体重力异常二维波数域的计算公式,用于计算组合棱柱体模型的重力异常;(3)采用Gauss-FFT法将重力异常从波数域转换到空间域,保证计算效率的同时,有效克服了传统FFT法引起的边界效应问题。模型算例检验结果表明,该算法计算速度快、精度高,对于剖分为百万个棱柱体的模型,耗时只需几秒。     

拟神经网络反演在煤田中应用

Parker快速富氏变换反演单一密度界面存在两方面问题：一是求解目标界面重力异常难度较大;二是受正演速度及反演参量维数的限制,不能对界面进行精细划分.拟神经网络BP算法的引入,首先解决了快速三维正演问题,又突破了反演参量维数的限制,实现快速收敛,有效解决两个或多个密度界面的反演问题.在实际应用中,先用密度“补偿法”正演求取剩余生力异常,然后利用拟神经网络BP算法同时反演两个二维密度界面,拟合求得两个界面的深度异常,在此基础上预测煤田.     

起伏地形重磁三维快速正演计算

正演是反演技术的基础,正演速度和求解反演问题的系数矩阵存放一直是起伏地形下重、磁三维反演的关键技术问题。这里提出了一种起伏地形下重磁快速正演计算方法,其计算原理是根据反演在垂向的剖分层数,利用水平地形正演计算形成二个不同大小刻度标尺矩阵,然后在模型空间,使用分段线性插值的方式,直接计算出起伏地形观测点的正演值。该方法的主要特点是在保持很高的计算精度下计算速度可提高二倍,且节省计算内存,适合起伏地形下重磁三维反演技术研究。     

基于卫星重力异常的南海南部中生界反演

已有钻井以及地震资料揭示南海南部海域广泛发育中生代地层。为了进一步了解南海南部中生代地层的分布特征及油气地质意义,本文利用最新的卫星重力数据反演中生界的深度和厚度。首先,采用重力场正演技术消除海水的影响,获得南海南部布格重力异常。其次,为了消除新生代沉积层的影响,将新生代沉积层划分为0～3、3～6、6～10 km 3层,并根据前人在南海获得的密度与深度的关系,采用变密度Parker正演方法计算新生代沉积层产生的重力影响,并将其从布格重力异常中减去,从而获得前新生代重力异常。在此基础上,采用小波多尺度分解技术,消除深部莫霍面以及局部岩体重力的影响,从而计算得到反映中生界的重力异常。最后采用三维Parker变密度界面快速反演技术获得南海南部中生界深度和厚度。反演结果与已知中生界钻井具有较好的对应。南海南部地区中生界主要分布在礼乐滩、巴拉望岛北部和万安地区,厚度分布小于9 km,其他大部分地区中生界厚度小于1 km或者不存在中生界。其中中生界在礼乐滩地区最为发育,其次在巴拉望岛北部也广泛发育。结合前人在该区域的油气地质条件研究成果,认为南海南部海域礼乐滩地区中生界具有较好的油气勘探前景。     

用边界元法进行二维重力异常反演

重力异常正演计算的边界元方法是利用格林公式将通常的沿整个密度体的体积分转变为沿密度体边界的积分,这样使问题的维数降低了一维,从而加快了计算速度、提高了计算精度。本文利用边界积分公式解反问题,这样减少了求解参数,提高了稳定性。理论模型计算表明,该法适用于形状复杂均匀密度体的反演,特别是它能用于地下起伏密度界面的确定。     

二度重力人机结合选择法程序

一、功能本程序用于以人机结合选择法解二度重力勘探的反演问题。程序包括正演计算、绘图打印、物质带等效源反演计算三部分。正演计算采用水平多边形棱柱公式,可以有多个地质体,各地质体可以有不同的剩余密度。地形可以是平坦的或起伏的。在每次正演计算前,绘出本次计算所依据的地形地质剖面图。正演计算后,绘出异常剖面图。然后,由用户酌情选     

复杂形体重力场、梯度及磁场计算方法

在改进均匀多面体重力场正演公式基础上, 利用二阶张量的坐标变换实现对多面体重力场梯度的求解, 推导了新的多面体重力梯度和磁场的正演公式, 给出了新的统一的均匀多面体重力场、梯度及磁场正演表达式形式, 并用理论模型进行了检验.同时, 应用新的多面体重力场梯度正演公式推导出新的长方体重力场垂直梯度理论表达式.本文给出的均匀多面体重力场、梯度及磁场正演表达式形式统一, 重磁场联合正演中可相互利用其计算过程中的结果, 避免重复计算以提高正演计算效率.      

基于Gmsh的起伏地形下井—地直流电法正演模拟

采用Gmsh软件对起伏地形下的异常体模型进行建模和不规则网格剖分,将剖分网格数据应用到2.5D有限元正演程序中,并使用井—地联合观测方法对正演计算结果进行分析.分析结果表明:采用不规则网格剖分拟合起伏地形和使用井—地联合观测方法来进行起伏地形下的地质情况勘探能得到较好的结果,同时还研究了使用不同观测装置时山谷地形对下方...     

基于三维地震剥层的重力界面反演方法及应用

西部探区地表、地质条件复杂,导致地震资料品质差,深层成像差,仅靠地震识别深部地层结构属性难度大,可靠性低,多解性强。本文采用基于三维地震剥层的重力界面反演方法,其核心是添加钻井—地质资料约束,在地震构造界面的约束下采用正演"剥皮"技术进行重力场源分离,然后对目标重力异常开展界面反演。正反演阶段采用流行的频率域Parker-Oldenburg迭代算法,保证了反演的快速稳定收敛。结果表明:基于三维地震剥层的重力界面反演方法可以有效剥离浅部高频信号,实现深层目标重力异常的精确分离,进而实现对深层界面的准确标定。在准噶尔盆地东部地区开展深层构造界面反演,结果证实该方法是研究深层地质目标的有效技术手段。     

台阶(断层)模型重力异常正演计算的一种新算法

传统的台阶模型重力异常正演公式会随着台阶倾斜面与水平面夹角的变化而产生畸变现象。为克服这一局限性,在前人推导台阶模型重力异常正演表达式的基础上,重新对台阶模型重力异常正演公式进行了理论推导,得出全新的台阶模型重力异常正演公式,并证明传统公式仅为新公式的特殊情况。模型实验证明新的正演公式有效克服了传统正演公式产生畸变的问题。     

起伏地形频率域可控源电磁二维快速正反演

起伏地形频率域可控源电磁正反演研究受到众多学者的关注和重视,目前普遍实用的为未考虑地形的二维正反演算法程序。本文基于积分方程法正演和多场源、多频率、对比源反演算法,开展起伏地形条件下频率域可控源电磁二维快速正反演研究。通过引入层状参考模型、将地形与目标体整体作为异常场剖分区域,实现起伏地形可控源电磁正反演计算。针对包含地形在内的大尺度剖分区域引起的大型计算代价问题,采用快速傅里叶算法提高正反演计算效率。通过与现有正反演算法进行模型算例对比,验证了本文采用方法的可行性与有效性。     

三维位场的快速反演方法及程序设计

Parker位场公式可做为一种十分快速的算法用于重磁反演计算中。本文给出了有关的正反演公式及其应用范围,并从程序设计的角度做了具体讨论。在单界面反演中采取了平移下界面和递推界面修正量的措施,分析了压低边界效应和低通滤波技术;文中指出密度与界面的变化对重力谱的影响存在着二阶差异,据此在对密度和界面同时反演时,可采用交替加权迭代的办法,并给出了相应的权因子;相似的处理技术也可以用于对多界面的同时反演。针对解的非唯一性,讨论了引用地震测深资料进行约束的途径。     

有限元重力任意复杂地形校正方法研究

提出了一种有限元重力任意复杂地形的校正方法,以解决重力勘探中地形改正问题。利用改进的有限元地形体正演模拟算法,计算任意地形条件下地下密度异常体在地表所引起的重力响应。研究结果表明,在任意复杂地形影响下,经过有限元地形校正后,重力响应曲线可更加直观地反映出地下密度异常体赋存状态,与模型设置相符,表明了该方法的有效性。     

起伏地形下可控源音频大地电磁三维数值模拟

起伏地形对可控源音频大地电磁(CSAMT)响应具有强烈的影响,因此在CSAMT数据处理解释时需要考虑地形。同时,实际的地下地质情况和地表的地形情况通常比较复杂,地质结构和地形大部分情况下都是三维的。在水平地表三维有限差分CSAMT数值模拟算法的基础上,推导了利用地下交错网格采样点处的总磁场计算起伏地形下空气-地下介质分界面处的总电场和总磁场的表达式,从而实现了起伏地形下三维CSAMT数值模拟算法。在算法实现过程中,采用伪δ函数代替麦克斯韦方程中的场源项和直接计算总场的策略,避免了原有的将总场分离成背景场和二次场的策略在复杂地质条件下难以选择合适背景电阻率的问题。为了直接模拟总场,起伏地形下三维CSAMT数值模拟算法给出了新的三维正演方程的边界条件。将模拟水平地表三维异常体和三维山峰地形两个理论模型得到的响应结果与前人算法的计算结果进行对比,验证了所实现算法的正确性和有效性。     

基于有限差分的2.5维直流电阻率法的改进

在高精度正演计算中,应用有限差分法进行计算时,受傅里叶系数和边界条件的影响较大,导致计算精度不够高,所以对其进行两点改进,以提高其计算精度。在采用有限差分的基础上对傅里叶变换进一步优化,并对边界条件进行改进和校正使其正演结果更加准确。通过对地表电压进行算法验证,认为改进后的结果更接近理论值。并以温纳装置为模型基础,分别建立高低阻模型进行正演对比,通过结果对比可以看出,改进后的计算值精度更好,正演结果受边界影响更小,异常区域更加突出。     

重力异常物性正则化反演研究

经典位场物性反演是建立在数与模型之间的线性关系,利用离散正演公式将每个剖分单元相对观测点的核函数进行计算,以寻求观测数据与核函数有最好的相关性。该类方法在计算过程最大的问题就是在解巨大超定方程组时,导致求解极不稳定。在前人的研究基础上,提出一种基于先验密度模型约束正则化条件下的重力异常视密度求解方法,通过L曲线法选取最佳的参数,使求解过程中有较高的稳定性和求解精度。这里以一理论模型作为观测数据,并引入噪声作为观测误差,通过算法的对比表明,该方法有很高的计算精度和稳定性,对于需要求解大型超定矩阵的三维模型,在给定先验初始模型的条件下,该方法仍然能够取得很好的效果。     

基于对偶加权后验误差估计的2.5维直流电阻率自适应有限元正演

采用易于模拟复杂地形起伏和倾斜界面的非结构三角单元剖分网格,并利用对偶加权后验误差估计指导网格自动细化过程,实现了2.5维直流电阻率法自适应有限元数值模拟。在实例模型分析中,分别计算了层状模型和垂直岩脉模型的直流电阻率响应,并与其解析解进行了比较。对比结果表明,该算法所得数值解精度很高,解的相对误差小于0.5%。最后,计算了起伏地形2.5维地电模型视电阻率异常,并利用比较法进行了地形改正。地形改正结果与水平地形时的结果对比表明,比较法可以较好地消除地形影响,突出局部地质体异常。     

三维磁场有限元—无限元耦合数值模拟

利用传统有限单元法在有限空间范围内开展三维地球物理场正演模拟时,由于截断边界的影响,会引起局部异常的畸变,影响数值模拟的精度,对该问题通常采用扩边的办法加以解决,但需要的范围较大,从而大大增加运算成本,影响正演模拟效率。本文基于COMSOL Multiphysics软件,在求解域外部边界设置无限元以替代传统边界条件,达到减小计算区域目的。通过孤立球体和组合模型磁场正演模拟,考虑退磁、剩磁及地表起伏条件,与传统有限元方法相比,有限元—无限元耦合算法能够有效克服边界效应,提高计算精度,降低运算量,从而提高了有限单元法正演数值模拟效率。