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.      

利用IGRF模型计算全张量地磁梯度

国际地磁参考场(IGRF)是一种描述地球主磁场的国际通用模型。目前利用该模型能够计算任意点位的地磁七要素,但随着航空全张量磁测技术的发展,对地球主磁场的全张量磁梯度数据有着迫切的需求。笔者梳理了IGRF模型的计算原理并进一步推导出球谐展开的全张量磁梯度表达式,实现了任意给定点位地磁场七要素和全张量的计算,并用地磁七要素与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)网站计算数据进行对照,结果准确可靠。绘制了某地区地磁场的全张量磁梯度等值线图,结果满足Laplace方程,为航空全张量磁梯度测量中选择学习飞行工区和飞行高度提供了理论依据。     

三度体梯度磁异常全方位正反淀方法

首创了磁法勘探学科中三度体任意方向梯度磁异常全方位正、反演方法。首先,在球坐标系中,导出了三度体任意方向梯度磁异常的两个球谐级数通用正演表达式,为实现全方位反演奠定了理论基础。然后,由第１个梯度磁异常球谐级数表达式出发,提出了三度体总磁化方向、磁矩模值反演方法;由第２个梯度磁异常球谐级数表达式出发,提出了三度体磁矩重心、近似形态与分布范围,以及有广泛实用价值的“均磁凸形体”边界点位置等全方位反演方     

三度体梯度磁异常全方位正反演方法

首创了磁法勘探学科中三度体任意方向梯度磁异常全方位正、反演方法。首先 ,在球坐标系中 ,导出了三度体任意方向梯度磁异常的两个球谐级数通用正演表达式 ,为实现全方位反演奠定了理论基础。然后 ,由第 1个梯度磁异常球谐级数表达式出发 ,提出了三度体总磁化方向、磁矩模值反演方法 ;由第 2个梯度磁异常球谐级数表达式出发 ,提出了三度体磁矩重心、近似形态与分布范围 ,以及有广泛实用价值的“均磁凸形体”边界点位置等全方位反演方法。最后 ,给出了 1个三度体梯度磁异常全方位反演的理论模型验证实例。     

矩形棱柱体重力梯度张量异常正演计算公式

矩形棱柱体重力梯度张量异常常用的正演计算公式含有解析奇点。结合理论推导过程详细分析了"奇点"存在的原因,并基于前人提出的长方体ΔT场及其梯度场无解析奇点理论表达式,建立了矩形棱柱体重力梯度张量无解析"奇点"公式,通过模型计算结果对比和理论分析证明了其正确性。     

基于深埋管线探测的井中磁梯度方法

目前, 井中磁梯度方法是深埋金属管线常用的探测方法之一, 但是存在理论不够完善及缺乏定量分析方法等问题.研究内容包括3个方面: (1)从无限长水平圆柱体的磁场强度入手, 通过坐标系的转换, 推导出地面探测和井中探测的磁场水平分量、垂直分量的关系, 进一步推导出管线的井中磁梯度公式; (2)根据磁梯度公式模拟出梯度值随有效磁化倾角及孔位的变化情况; (3)通过对模型正演数据的统计分析确定了3种关系式: 极值比与有效磁化倾角之间的关系式、管线的水平位置和磁梯度极值间的孔深距离与有效磁化倾角的关系式、磁梯度极值的绝对值较大者和管线埋深之间的距离与极值距间的比值和有效磁化倾角的关系式.这3种关系式组成了管线埋深及水平位置的估算公式.最后, 通过实例来估算了管线的埋深和平面位置, 根据估算结果进行的正演结果表明了该方法的可行性.      

均质多面体重磁异常正演计算表达式的一致性

根据重力位、重力异常、磁位和磁异常公式,应用泊松关系,通过严格的公式推导,给出了重力位、重力异常、磁位和磁异常之间的数学关系,从而使重磁异常正演计算表达式包含于简单的规则之中,揭示出均质多面体重磁异常正演理论的一致性。     

磁异常和梯度的频率域三维成像方法

三维反演在磁数据定量解释中具有重要作用。常用的空间域三维反演方法通常需要大量的正演和反演计算,因此对大规模数据的反演效率较低。三维成像是另一种定性和定量解释磁数据的重要方法。文中给出了一种磁异常与梯度三维成像的频率域迭代方法,该方法可以提高成像效率,适用于大规模数据的快速成像。笔者推导了磁总场异常和异常梯度频率域正演公式和成像公式,并将一种深度尺度因子引入成像公式中,提高了深度精度;笔者采用了迭代优化算法,减小了拟合误差,进一步提高了成像精度。通过理论模型数据试验和中国新疆某金属矿床实测数据,验证了本文方法的有效性、可行性。     

基于Gauss-FFT技术高精度三维磁异常ΔT正演

三维磁异常傅里叶正演,能够计算整个场源区域内与磁化率分布网格一致的三维磁异常。通过三维傅里叶变换推导了长方体三维磁谱表达式,当源体埋藏较深或者位于反演区域边缘时,标准FFT正演异常场由于强制周期化,边界震荡等原因,使得正演结果发生较大的畸变,为了减少标准FFT算法引起的误差,引入了3DGauss-FFT技术用于三维磁异常频率域正演。通过简单的模型正演验证,从计算时间、计算精度以及内存需求上与空间域算法及标准3DFFT算法进行比较,结果表明,3DGauss-FFT磁异常正演相比于标准FFT算法在计算精度上有很大提升,显著降低了标准3DFFT由于自身缺陷引起的误差,且在运行时间上,4点3DGauss-FFT磁异常正演算法相对于空间域算法降低了三个数量级,但内存需求有所增加,证明了3DGauss-FFT正演方法在磁异常正演方面的高效性以及准确性。     

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256×256×15个长方体模型的地下半空间内选取32×32×15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1 024×1 024×15个长方体模型计算时间约为32 min,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。     

磁法探测上海市掩埋煤气凝水井

本文论述了在城市中探测掩埋煤气凝水井的一种磁测方法,对由凝水井产生的磁场及磁场梯度进行了正演计算,对城市环境中的干扰背景磁场进行了理论分析,指出采用磁梯度探测方法能够有效的压制干扰背景磁场,突出有效异常,是城市中进行磁法探测的一种简便有效的方法。文中还就探测方法及磁梯度异常的反演计算进行了讨论。     

利用小波变换快速反演大型磁数据

我们应用小波变换反演大型磁数据,恢复三维磁化率分布问题,快速小波变换通过给出小波系数的门槛值来产生灵敏度矩阵表达式,在波域进行正演模拟计算,通过小波域内稀疏矩阵矢量的乘积运算,和压缩后的矩阵来实施快速正演模拟,所用ＣＰＵ的时间的减少与矩阵压缩在正比,而且,我们采用对数阻尼法,用共轭梯度解算器来获得反演结果,这种求解手段的组合,直接减少了正演模拟的时间,进而加快了反演速度,产生了更的三维磁反演算法。     

浅谈物探问题的TI-59计算器程序编制方法

本文以四个典型的问题:规则形体正演、褶积、匹配滤波因子求解、物性参数的统计分析来介绍TI—59计算器的编程方法。一、规则形体理论场的正演计算物探电、磁、重理论模型位场正演计算的共同特点是,需要用同一个公式反复计算不同座标点上的理论场值,这在程序设计上是属于循环问题。TI—59拥有两种(组)组织这类循环的指令,一为计数转移指令,一为比较转移指令。 1.用计数转移指令DSZ编正演计算程序     

地面磁梯度测量在勘查地下污水管道中的应用

利用在辽宁某地区实测的垂直磁梯度数据,采用欧拉反褶积方法对地下异常情况进行处理和解释。正演研究表明,理论计算获得的磁梯度比实测磁总场的灵敏度高,结合磁梯度数据和欧拉反演方法可以进行较为复杂地形的解释。通过将计算获得的磁梯度异常与实测磁梯度异常对比,后者对地质体的分辨率更高。对地面垂直磁梯度数据进行反演,结果表明:该方法能够准确地确定地下污水管道的边界和埋深。     

重力和磁力勘探进入新时期

评论了航空重力测量和航空磁测观测技术,认为重力和磁力勘探进入一个新时期的标志是:航空矢量磁测、全张量磁力梯度测量、航空重力测量、重力梯度测量和无人飞行器地球物理探测。     

克里金插值参数设置对网格化结果的影响

为研究常用的克里金插值方法各参数对网格化结果的影响,通过应用长方体正演公式,建立模型模拟三种不同测线方向的磁测数据,计算插值数值与采样数值的绝对误差均方根值,评价网格化效果和误差。结果发现,1变基函数对克里金网格化结果影响较大,而linear和power变基函数的网格化误差较小;2网格间距对于网格化结果的影响小于变基函数的影响;3点模式、块模式和各向异性的误差稍小;4漂移模式和搜索范围参数的影响较小,可忽略不计。     

磁性源激发极化可行性讨论

多年来很多学者开展了复电阻率电磁场正演模拟研究,然而大多数都是针对电性源进行的。鉴于此,这里采用体积分方程法进行了磁源激发条件下的复电阻率三维正演模拟。通过分析正演结果,得出了磁源激发极化法可行的结论,且磁场响应是由电磁感应和激电效应共同产生的,并引入磁荷概念总结了这两种效应的电磁响应规律。     

基于LSCG法和波数补偿的频率域二维地震正演模拟方法

在地震勘探中,地震正演模拟是非常重要的技术。与时间域正演相比,频率域正演速度快,计算效率高。如何高效准确地完成频率域正演计算是目前该领域的一个重要问题。数值频散问题和如何提高计算效率降低求解分解阻抗内存占用量一直是频率域正演所需要解决的问题。与传统的直接法求解阻抗矩阵的频率域正演方法不同,本文采用最小二乘共轭梯度法(LSCG法)求解阻抗矩阵进行频率域正演,并提出了一种波数补偿的表达式来压制数值频散现象。经过简单模型和复杂模型的数值测试,采用最小二乘共轭梯度法(LSCG法)求解阻抗矩阵进行频率域正演能够有效降低计算时间,且采用波数补偿的频率域正演方法能够有效压制数值频散现象,提高波场模拟精度。     

基于GPU的任意三维复杂形体重磁异常快速计算

提出了基于图形处理单元的任意三维复杂形体的重磁异常快速正演计算方法。将地下半空间剖分为大小相等规则排列的一组长方体单元,任意三维复杂形体可以表示成很多不同体积和密度(磁性)的长方体的近似组合。用解析方法计算出所有这些长方体在计算点的重力(磁力)异常,并累加求和,就可以得到整个模型体在计算点引起的重(磁)异常值。为了提高近似程度,需将地下半空间剖分得很细,用传统的CPU串行程序计算相当耗时。GPU在处理能力和存储器带宽上相对CPU有明显优势,采用GPU并行算法,可大大提高计算速度。相关试验结果表明,用GPU实现的正演快速算法计算结果正确,效率明显提高,为重磁异常三维物性反演提供了基础。     

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。