二度体的重力张量有限元正演模拟

介绍了重力梯度张量,并将有限单元法应用于二维重力梯度张量的正演计算.为了验证有限元正演方法的精度,对截面为矩形的两个二度体组合模型进行有限元正演模拟,结果表明正演曲线与理论曲线形态一致,拟合情况好.通过对截面形状不规则、密度分块均匀的二度体进行正演模拟,说明有限元法可通过网格剖分来逼近不规则目标体的边界,并对剖分单元赋予不同的密度值来实现对复杂二度体的重力张量的正演模拟.     

基于DCT有限元二维重力张量的正演

介绍了国内、外张量测量技术及数据处理技术的发展情况。把离散余弦变换与有限单元方法结合起来,进行重力张量的正演计算。首先,利用有限单元法求解重力场的一阶导数,然后利用离散余弦变换求解重力张量分量。这样既保留了有限单元法对复杂模型的正演优势,又避免了利用有限元法直接求解重力张量时,因多次插值引起的数据量过大的问题。模型试验证明,用基于DCT的有限元法进行重力张量的正演,不但具有很高的计算精度,而且相对于利用有限单元法直接正演,其计算速度得到了显著的提高。     

基于泊松方程的空间波数混合域二度体磁异常数值模拟

正演数值模拟是反演成像的基础。为了实现磁法勘探精细化反演成像与定量解释,本文利用把一个大问题分解为多个小问题的思路,提出一种基于泊松方程的高效、高精度空间波数混合域二度体磁异常数值模拟方法。该方法利用傅里叶变换把二度体磁位偏微分方程转换为一维常微分方程,并采用基于二次插值的一维有限单元法求解该方程,进而通过反傅里叶变换得到空间域磁异常。在模型算例中,分别设计截面为矩形的常磁化率和变磁化率二度体模型,针对本文算法的计算精度和计算效率进行了验证。模型算例结果表明：该算法计算精度高,相对误差绝对值均小于1%;计算速度快,网格节点剖分2 501×2 501的模型模拟时间为4.18 s;适用于任意复杂地形模型。     

基于OpenMP的重力张量并行正演

重力张量是重力位的二阶空间导数,对密度体的变化和细节部份反映更为灵敏.对于复杂的重力密度模型来说,张量的解析公式是很难推导的.为了模拟这种情况,将复杂模型进行有限元剖分,计算每个单元的重力异常对测点张量的影响,最后叠加得到整个复杂模型在测点处的重力张量.采用Delaunay四面体非结构化网格对密度体进行剖分,经分析表明,这种剖分方式具有较高的精度.有限元剖分的方式拟合复杂形体缺点之一是计算量比较大,而并行化能有效解决这个问题.这里基于OpenMP并行模型编写了重力张量并行正演程序,分析了不同情况下并行的执行性能,为大规模复杂模型的重力张量正演提供了一种并行策略和思路.     

基于OpenMP的重力张量并行正演CSCD

重力张量是重力位的二阶空间导数,对密度体的变化和细节部份反映更为灵敏。对于复杂的重力密度模型来说,张量的解析公式是很难推导的。为了模拟这种情况,将复杂模型进行有限元剖分,计算每个单元的重力异常对测点张量的影响,最后叠加得到整个复杂模型在测点处的重力张量。采用Delaunay四面体非结构化网格对密度体进行剖分,经分析表明,这种剖分方式具有较高的精度。有限元剖分的方式拟合复杂形体缺点之一是计算量比较大,而并行化能有效解决这个问题。这里基于OpenMP并行模型编写了重力张量并行正演程序,分析了不同情况下并行的执行性能,为大规模复杂模型的重力张量正演提供了一种并行策略和思路。     

频率域航空电磁法人机交互式二维正演研究

研究了频率域航空电磁法的电磁场理论、边界条件、有限元单元法求解等内容,重点介绍了网格剖分原理,实现了人机交互网格剖分软件以及二维有限单元数值模拟算法.通过二维数值模拟计算,了解了圆柱体模型的响应曲线特征,提高了频率域航空电磁数据的解释水平.     

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.      

二维弹性波动方程组在频率域中的正演算法

运用有限差分法研究频率域中二维弹性波动方程组的正演算法及理论合成记录的制作。频率域中二维弹性波动方程组的建立还未见报道，且此种算法要比时间域中正演算法计算量小得多，大大提高了计算速度，并且为弹性波动方程组的多参数反演提供了基本保证。理论合成记录的制作是获取波场信息的重要途径，可以全面地反映地震波在地下介质中的分布与传播情况     

海洋大地电磁二维正演及结果分析

研究了海洋大地电磁法的二维正演并编制了相应程序 ,程序采用有限单元法求出海底各节点处的电磁场值 ,进一步计算得到视电阻率。为了验证程序的正确性与有效性 ,根据卡尼亚理论推导出计算一维海洋模型的阻抗公式 ,并得到视电阻率的解析解 ,将其与有限元法得出的数值解进行了对比 ,表明了此方法的正确性。通过对正演结果的分析 ,表明海洋大地电磁测深能够成功地反映海底的电性结构     

起伏地形条件下的磁异常二维聚焦反演及应用

地形对磁异常的反演和解释有很大的影响,特别是磁异常体贴近地表分布时更是如此,为了降低这种影响,笔者推导出了基于有限延深的二度厚板状体的带地形的磁异常正演公式,并提出了一种基于起伏地形的地下网格模型剖分的新方法。同时,聚焦反演对物性体有很强的聚焦效果,如果能够预先判断磁异常主要由地下浅层的强磁性体所引起,则可以考虑采用聚焦反演的方法得到磁性体的位置,显然这种方法非常适合铁矿体的反演。笔者将带地形的二维磁异常正演与聚焦反演结合起来,进行了相应的模型试验,并与水平地形下的聚焦反演及起伏地形下的光滑反演进行对比,验证了这种结合的有效性。最后,将该方法应用于新疆特克斯的磁异常剖面,对该剖面的磁性体分布做出了合理的解释。     

基于MPI和OpenMP的重力及重力梯度数据并行正演算法研究

为提高重力及重力梯度数据的正演效率,笔者引入基于MPI (Message Passing Interface)和OpenMP (Open Multi-Processing)的并行计算,通过对比分析不同数据规模的网格数和模型体个数对并行效率和加速比的影响,得出随着正演数据规模的增加,并行效率和加速比均得到提高。同时对比了基于MPI和基于OpenMP的两种并行方式的性能,结果表明,重力及重力梯度数据正演的并行计算中MPI的提速能力优于OpenMP,且在较大规模数据的正演计算中基于MPI的并行效率优于基于OpenMP的并行效率。     

全张量重力数据水平分量噪声滤除方法

为获得更好的噪声滤除方法,本文建立一个球状模型,对全张量重力梯度三个水平分量加入高斯白噪声,并利用FFT和PSD分别对加噪后三个分量(Vxx1,Vxy1,Vyy1)进行频谱分析,根据频谱分析结果分别设计了巴特沃斯低通滤波器和高斯低通滤波器对加噪数据进行滤波,取得了较好效果,并利用复杂模型验证滤波效果。     

全张量重力梯度数据垂直分量噪声滤除方法研究

全张量重力梯度数据中含有高频成分,为了在去除高频噪声的同时,保留浅部小异常体信息,本文利用最小二乘原理,求解重力梯度垂直分量与重力数据联合约束下的超定方程组。结果表明,随着计算窗口的增大,去噪效果越来越好,对于本文所设计的模型,当计算窗口增大到32×32时,重力数据中99%以上的噪声被去除,张量数据Vxz、Vyz中,分别有大约40%、50%的噪声被去除;同时,浅部小异常体信息几乎全部保存。     

重力及其梯度异常正演的Moving-footprint大尺度模型分解方法

重力及其梯度异常正演计算效率决定了反演的可行性,也是高效构建足量、多样深度学习样本数据的基础。为了进一步提高重力及其梯度异常正演的计算速度,受航空电磁领域"Moving-footprint"快速正演技术的启发,本文在基于网格点几何格架函数空间域快速正演的基础上,提出了一种"Moving-footprint"大尺度模型分解的重力及其梯度异常正演计算方法。此方法在地下半空间内选择观测点正下方一定有效范围的子空间,该观测点异常近似为其对应子空间内长方体单元的异常和,而忽略子空间外长方体单元产生的异常;当观测点移动,其对应的子空间随之移动,从而可以将地下半空间长方体模型进行大尺度模型分解,为每一个计算点所对应的子空间进行正演计算。模型实验表明,在256x256x15个长方体模型的地下半空间内选取32x32x15的子空间进行计算,重力异常及部分梯度异常的相对平均误差小于10%,计算速度提高19倍;文中方法针对1024x1024x15个长方体模型计算时间约为32min,相比已有算法中存在的超常规计算量的瓶颈问题具有显著的计算优势。     

基于重力及重力梯度数据的位场偏移成像

为了验证位场偏移快速成像方法的有效性以及对比基于重力和重力梯度数据的偏移成像的效果,笔者利用MATLAB编写了重力及重力梯度数据位场偏移成像的算法,并进行了模型正演计算,发现基于梯度数据的偏移成像的横向分辨率、抗噪性和抗背景场能力好于重力数据的偏移成像,并且能够较好的确定模型的中心埋深。将此方法应用于葫芦岛市黑鱼沟的某铅锌矿洞的深度计算中,验证了该方法的有效性。     

基于深度加权的重力梯度张量数据的3D聚焦反演

针对重力梯度数据聚焦反演结果中存在的"上漂"现象,在经典Tikhonov正则化理论框架下,引入最小支撑泛函数对反演模型进行约束以避免反问题解的不稳定,并针对重力梯度数据聚焦反演中存在的趋肤效应,在模型目标函数中引入指数深度加权函数。通过理论模型,对部分重力梯度张量分量进行了单独以及联合聚焦反演,验证了基于深度加权的聚焦反演方法的有效性,并将该反演方法运用到涩北一号气田区的实际数据中,反演结果较好地反映出气田位置。     

三度体球冠模型重力异常计算方法及其重力归一化总梯度场特征

提出利用铅垂柱体薄片作为面元的面元积分法,计算三度体球冠重力异常的计算公式,用三度体球冠模型模拟三度背斜体,计算了均匀密度球冠模型、非均匀密度储油球冠模型的重力异常。最后通过误差分析,验证了该方法的可行性。采用波数域重力归一化总梯度计算方法,计算了均匀密度球冠模型、非均匀密度储油气球冠模型G^H场,发现似三度背斜体与二度背斜体有相似的G^H场等值线特征,似三度贮油气藏背斜构造的G^H场亦表现出明显的“两高夹一低”的储油典型标志。所以,可以用非均匀密度三度体储油球冠模型模拟三度贮油气藏背斜构造。     

Crustal architecture of the Thomson Orogen in Queensland inferred from potential field forward modelling

The basement rocks of the poorly understood Thomson Orogen are concealed by mid-Paleozoic to Upper Cretaceous intra-continental basins and direct information about the orogen is gleaned from sparse geological data. Constrained potential field forward modelling has been undertaken to highlight key features and resolve deeply sourced anomalies within the Thomson Orogen. The Thomson Orogen is characterised by long-wavelength and low-amplitude geophysical anomalies when compared with the northern and western Precambrian terranes of the Australian continent. Prominent NE- and NW-trending gravity anomalies reflect the fault architecture of the region. High-intensity Bouguer gravity anomalies correlate with shallow basement rocks. Bouguer gravity anomalies below –300 µm/s² define the distribution of the Devonian Adavale Basin and associated troughs. The magnetic grid shows smooth textures, punctuated by short-wavelength, high-intensity anomalies that indicate magnetic contribution at different crustal levels. It is interpreted that meta-sedimentary basement rocks of the Thomson Orogen, intersected in several drill holes, are representative of a seismically non-reflective and non-magnetic upper basement. Short-wavelength, high-intensity magnetic source bodies and colocated negative Bouguer gravity responses are interpreted to represent shallow granitic intrusions. Long-wavelength magnetic anomalies are inferred to reflect the topography of a seismically reflective and magnetic lower basement. Potential field forward modelling indicates that the Thomson Orogen might be a single terrane. We interpret that the lower basement consists of attenuated Precambrian and mafic enriched continental crust, which differs from the oceanic crust of the Lachlan Orogen further south.     

倾斜台阶重力异常正演计算公式剖析

规则地质体的正演异常是进行实际数据解释的依据,因此其正确性至关重要。现有教材和大部分论文中所列出的倾斜台阶重力异常正演公式在一定条件下会出现畸点,从而对构造模型的数据解释会产生困扰。笔者从台阶的重力积分表达式出发,重新推导了倾斜台阶模型的重力异常正演公式,模型试验表明笔者新推导公式不会出现畸点,这为数据解释提供更准确的基础数据。