大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(三)——构建二维反演初始模型的印模法

在主流的线性最优化大地电磁二维反演中,如何合理构建初始模型是一个亟待解决的问题.常用的是采用均匀半空间或一维反演结果构建初始模型,不易获得稳定可靠的反演效果.实践表明,尽管基于不同初始模型的大地电磁二维反演结果差别较大,但均较初始模型更为接近真实模型.基于这样一种认识,经过反复的理论和实践探索,我们提出构建大地电磁二维反演初始模型的印模法.印模法的基本思想是依据已有反演结果和均匀半空间模型之间的加权来确定下一步二维反演的初始模型,它一方面保留了已有反演结果中关于真实模型的宏观轮廓信息,另一方面,保证了深部电性结构的均匀性,从而满足大地电磁二维正演所要求的底边界条件.基于印模法,本文进一步提出了迭代重构的反演思想.通过多个理论模型和实测数据的反演计算,验证了上述方法可在很大程度上压制初始模型对反演结果的影响.     

二维大地电磁资料频域逆散射反演

逆散射反演是由已知散射波场反演地下介质中散射体各参数了分布的方法，本文从这一思想出发，针对二维大地电磁资料，在BORN近似的前提下，提出了一种新的反地下电导率参数的方法，经模型试算与实际资料的反演验证正确，这一方法特别适于地下无强电性分界面的地区。     

二维大地电磁尖锐边界反演研究

尖锐边界反演是大地电磁及其他地球物理反演中的一个较难解决的问题,目前有不少专家正对这方面进行研究.我们在分析了Zhdanov（2004）提出的基于最小支撑泛函聚焦反演方法的基础上,在目标函数中引入对角梯度支撑以改善倾斜电性分界面的反演效果.同时,为了提高计算效率,本文还使用互易定义计算灵敏度矩阵及使用正则化共轭梯度法优化目标函数.通过模型试验并与未引入对角梯度支撑的反演结果进行了比较,表明本文的方法反演效果更好而且算法稳定和实用.     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(六)——交错模型的大地电磁二维反演

交错模型指的是由几组走向不同的线性构造（近似二维）在空间（纵向、横向）上组合而成的模型.对于电性结构,交错模型表现为纵向或横向上的构造存在电性主轴方位的变化.从构造维性的角度来看,交错模型是一种由二维模型组合而成的特殊的三维模型,直接对其进行大地电磁二维反演,不易获得可靠的反演结果.本文针对交错模型的特点,提出分频段-分区段反演方案.该方案首先需要借助于阻抗张量成像技术,在频率域确定组成交错模型的各线性构造的电性主轴,然后,针对不同的频段、区段,选择对应电性主轴的数据进行反演,通过初始模型的构建将不同电性主轴方位的反演结果对接起来.本文通过三维理论模型的研究,系统展示了分频段-分区段反演的全过程,归纳得到：在分频段反演时先做低频段反演,在分区段反演时先做二维性更不显著一侧的反演.最后,本文将这一技术用于郯庐断裂带中南段一条实测剖面的反演中,其结果与常规二维反演结果相比较,深部的信息更为丰富,且与其他已有地质、地球物理结果的可对比性更好,表明在构造复杂地区,大地电磁分频段-分区段二维反演具有较高的模型分辨率和可靠性.     

地震资料约束下大地电磁资料反演

应用地震资料约束下大地电磁资料反演古潜山或基底内部结构的新方法. 首先利用地震及井资料,反演得到古潜山或基底之上各层的厚度及电阻率,建立了古潜山或基底以上的地电模型;并利用大地电磁一维反演资料,建立了古潜山或基底及其以下的地电模型. 在初始模型建立的基础上,应用高效快速的二维大地电磁正演算法——模式匹配方法,进行正演计算. 利用共扼梯度迭代方法,进行正反演迭代计算. 通过对胜利油田南北618剖面反演, 基底以下在地震资料没有显示的构造信息,在反演结果中得到了较好地反映.     

二维大地电磁资料的偏移

本文采用反射映像（即U/D成像）原理对大地电磁资料进行成像,将地面观测的波场分解成上行波和下行波,并分别向下延拓,利用上、下行波的时间一致性原理确定地下电性界面的位置.对TE和TM模式的MT响应分别处理可以得到两个深度剖面,两剖面的一致性便为实际反射界面的最佳估计.理论和实际资料的计算表明,MT偏移技术是比较有效的,它可获得地下界面直观的映像.和常规MT反演方法相比较,该方法具有算法简单等优点,并且还能获得表示地下地质构造真实映像的MT深度剖面.     

二维大地电磁资料的偏移

本文采用反射映像（即U/D成像）原理对大地电磁资料进行成像,将地面观测的波场分解成上行波和下行波,并分别向下延拓,利用上、下行波的时间一致性原理确定地下电性界面的位置.对TE和TM模式的MT响应分别处理可以得到两个深度剖面,两剖面的一致性便为实际反射界面的最佳估计.理论和实际资料的计算表明,MT偏移技术是比较有效的,它可获得地下界面直观的映像.和常规MT反演方法相比较,该方法具有算法简单等优点,并且还能获得表示地下地质构造真实映像的MT深度剖面.     

大地电磁二维反演方法分析对比

基于地球物理正则化反演理论,详细给出了目前常用的三种大地电磁(MT)二维反演方法——奥可姆法(OCCAM)、简化基奥可姆法(REBOCC)和非线性共轭梯度法(NLCG)的理论基础.设计了两个理论地电模型,一个是高、低阻体组合模型,另一个是断裂模型,使用这三种MT二维反演方法分别对TE极化模式、TM极化模式以及TETM极化模式响应数据进行了反演,对反演结果进行对比分析,考察了不同的反演方法以及不同的极化模式对反演结果的影响.研究结果表明:三种反演方法有各自的特点,使用不同的极化模式数据反演将会得到不同的反演效果.     

二维对称各向异性介质大地电磁反演

考虑一种二维构造走向与一水平各向异性主方向一致的对称各向异性介质. 在这种特殊情况下,若假设电导率沿垂向和倾向表现相同的各向异性, 即sigma;zz=sigma;yy,则得到形式完全等同于各向同性情形TE和TM极化方程的微分方程. 因此, 就可用各向同性完全相同的反演方法, 获得二维各向异性介质的电导率. 亦即各向同性介质的TE和TM极化反演结果, 可以解释为对称各向异性介质两主方向上的电阻率. 这为MT解释提供了新的解释途径及其理论依据. 最后用由此发展起来的各向异性介质反演方法,对甘肃天祝永登一带大地电磁资料进行了反演试验,获得了该区地壳介质各向异性电导率结构      

自动构建大地电磁二维反演的测点中心网格

在大地电磁二维反演中,如果网格不均匀或者测点在网格中的位置不恰当,则将出现测点偏离现象,影响反演的精度.此外,由于正演精度和稳定性的需要,反演中网格间距不能差别太大,需要具有一定的光滑性.本文提出了几种自动构建测点中心网格的方法来消除测点偏离现象,并以正则化约束条件来保证网格的光滑程度.本文还提出了一套网格质量检验指标.算例对比研究表明,对于不同的测点集,最佳网格构建的方法可能不相同,但其中“最平模型约束动态配点法”、“最光模型约束动态配点法”拥有最强的适应能力,它们在各种情况下所构建的网格一般同时具备较光滑的网格间距变化和较小的测点偏离程度.此外,采用高质量（光滑性好、测点偏离程度低）网格在一定程度上不仅可提高反演结果的可靠性,还能提高反演的计算效率.本文的方法为获得高质量的大地电磁二维反演网格提供了简单有效的途径.     

一种二维大地电磁反演方法

近十多年来,寻找一种快速、有效的二维大地电磁反演方法已引起众多学者的注意。我们根据大地电磁理论中,随着场源周期的增加勘探深度不断加大的原理,设计了一种新的二维大地电磁反演方法。 方法原理 二维大地电磁问题不同于一维大地电磁问题,其响应函数(如视电阻率、相位及阻抗等)不仅随周期的改变而发生变化,而且随着在地表的观察点位置而发生变化(比如它是与走向垂直的水平坐标x     

二维大地电磁数据的整体反演

从麦克斯韦第一、二方程出发，经过变量替换，将二维电磁问题线性化，得到不同测点、不同浓度下关于导电率微小变化的线性方程组，用Gauss-Seidel迭代法求解。实现了整体对二维大地电磁数据的反演，由于对各个测点下的数据同时反演，克服了以往用一维方法来反演二维问题时固有的缺点，讨论了不同的初始模型对反演结果的影响，提出了一种简便实用的初始值的给定方法，数值模拟结果表明该方法有一定的抗噪能力。     

二维与三维大地电磁反演的敏感度研究

大地电磁法可应用于岩石圈结构探测、金属固体矿产以及地热资源勘察等方面,目前三维大地电磁反演技术日趋成熟,但二维反演依然应用广泛.受台网布设及复杂地质构造影响,大地电磁数据往往结合二维与三维反演技术来减轻计算负担和改善反演效果,而评估二维与三维反演模型及其差异对准确获取地下电性结构信息至关重要.本文提出了一种基于敏感度矩阵的电性异常体边界划定以及反演模型可靠性评估方法,该方法通过求解大地电磁正演的伴随问题来构建敏感度矩阵,无需设计额外模型即可分析反演结果的可靠性.此外,本文还利用合成数据讨论了大地电磁二维与三维反演的有效探测深度.当地下结构三维性不强时,二维反演可以有效恢复深部低阻异常体的电阻率值,为深部地质解释提供定量约束.但当电性结构三维性较强时,三维反演重建的边界与真实位置更加吻合,而二维反演会产生虚假异常,不利于后续地质解释.

     

基于大地电磁二维反演的MPI并行算法研究

大地电磁测深法是以岩石的电性差异为基础和前提的勘探方法.本文所采用的大地电磁二维反演方法为共轭梯度法,该方法避免了求解雅可比矩阵,效率较高,但是在将模型剖分为较细网格,多频率进行计算时效率有待提高.基于大地电磁根据各频率依次独立处理数据的特点,在本文中采用了MPI并行运算方法,用多个进程同时来计算各频率数据,最后再将数据进行收集,得到最后的计算结果.通过对正演和反演结果的比较,验证了程序的正确性.对并行算法的效率进行了统计,进程数为2~8时,加速比能达到1.63~2.64,验证了并行算法的有效性.     

大地电磁二维层状模型参数化反演

本文针对目前二维反演存在求解参数过多和求其偏导数困难的两个问题，在近年来关于连续介质二维大地电磁测深资料快速反演的理论基础上，对二维层状模型反演的目标函数，进行线性近似，采用加权法来近似计算二维模型参数的偏导数。从而实现比较快速的二维层状模型的参数化反演。理论模型的反演试验表明，反演迭代可以较快地以足够的精度拟合视电阻率和相位资料，并收敛接近理论模型。     

大地电磁测深二维反演方法求解复杂电性结构问题的适应性研究

为探讨二维反演方法在三维电性结构中的适应性问题,本研究中设计了一系列的二维/三维正演模型进行实验计算,分析了三维高阻/低阻异常体对模型响应的畸变作用,并从反演模式选择和数据旋转方向两个方面进行模型二维反演的对比分析,与三维反演的结果进行了比较,最后采用了实测数据进一步进行了二维和三维反演的比较实验.实验和研究结果表明,在剖面选择方面,在剖面方向与垂直主构造方向相差不大的情况下,截取剖面方向,将电性主轴旋转到垂直剖面方向的二维反演结果与垂直主构造方向的反演结果都可以较好地还原正演模型,在大的构造的反映上并无太大差异.在地下为二维或近三维条件时,正演模型的主要结构都可以较好地被二维和三维反演解析出来.二维的反演结果可能甚至会比三维的反演结果的边界更清晰,更精确.然而,对于具有较强的三维结构的模型而言,其二维反演结果与原始模型可能仍然存在较大差异,其中TM+TP或TM模式的二维反演结果相对更接近原始模型,而TE模式的结果往往会有较大误差,需要在解释时特别注意以免得出错误结论.     

基于拟大地电磁二维反演技术的磁源瞬变电磁实测资料处理

介绍了磁源瞬变电磁法(TEM)拟大地电磁法(MT)二维反演技术,总结出一套基于拟MT二维反演技术的磁源TEM实测资料处理流程,并对其关键流程进行了较为详细的介绍.对陕西某矿区磁源TEM实测资料进行拟MT二维反演,结果表明:反演结果对异常刻画的更加细致,反映出了近地表的低阻异常,深部的低阻异常范围也更加集中,优于视电阻率拟断面图结果;根据15、17和19线TE和TM联合反演的结果,推断了两条断裂F和F_1~2,F_1~2断裂与已知地层岩性分界面处的断裂相吻合,据此划分了勘探区的地层分布;结合矿区岩矿石电性特征、成矿构造特征和化探异常范围,推断反演结果中的低阻异常可能与成矿相关,为下一步地质下钻提供了物探依据.文章利用拟MT二维反演方法实现了磁源TEM实测数据二维反演解释,并取得了较好的地质效果,得出磁源TEM拟MT二维反演技术可在实际资料处理中予以推广使用的结论.     

山西阳高──河北容城剖面大地电磁资料的二维反演解释

介绍了一种快速二维大地电磁自动反演方法及其在阳高－容城剖面大地电磁资料解释中的应用．二维反演结果显示,研究区浅层电性结构与地表地质有较好的对应性;在中、下地壳范围内发育着断断续续的低阻带,并沿剖面大致分为三段;上地幔低阻带由北西向南东方向逐渐变浅,上地幔低阻带深度陡变带与巨型重力异常高梯度带对应．与一此较大型的断裂带对应的区段在电性上有较清楚的显示．     

山西阳高──河北容城剖面大地电磁资料的二维反演解释

介绍了一种快速二维大地电磁自动反演方法及其在阳高－容城剖面大地电磁资料解释中的应用．二维反演结果显示，研究区浅层电性结构与地表地质有较好的对应性；在中、下地壳范围内发育着断断续续的低阻带，并沿剖面大致分为三段；上地幔低阻带由北西向南东方向逐渐变浅，上地幔低阻带深度陡变带与巨型重力异常高梯度带对应．与一此较大型的断裂带对应的区段在电性上有较清楚的显示．     

大地电磁测深资料的联合反演研究

本文从大地电磁扬的色散关系出发,阐述了进行大地电磁资料一维联合反演的物理意义。论证了对于以色散关系相联系的一对大地电磁响应函数,特别是阻抗实部和虚部视电阻率进行联合反演的必要性和可能的应用前景。对比研究了大地电磁阻抗各单参量及其联合反演的效果。结果表明,在加快反演迭代速度,限定反演解的非唯一性、保证反演迭代的稳定进行等方面,联合反演比单参量反演具有明显的优越性;在大多数情况下,阻抗实部视电阻率和阻抗虚部视电阻率联合反演的效果要比通常所采用的常规视电阻率和阻抗相位的联合反演效果好。实际大地电磁资料的试验表明,各种不同平均阻抗的利用和综合反演解释将有助于获得更为可靠的结果。