倾子资料特征分析研究

应用大地电磁测深法二维正演程序,对不同情况下存在横向电性分界面的模型进行了正演模拟计算,得到了磁场的垂直分量,并计算了倾子的实部、虚部、振幅和相位资料,然后分别对不同情况下理论模型所形成的异常特征和其规律进行了分析研究.研究表明,倾子资料对地下介质中存在的横向电性分界面反映明显,但其不同分量对横向电性分界面的反映特征和反映能力各不相同.通过对理论模型中倾子资料特征规律的分析和总结,为大地电磁法中实测倾子资料的定性分析解释提供了理论依据和指导.     

大地电磁倾子资料的三维正演研究

在实际复杂的三维地电条件下,倾子作为大地电磁法的重要解释参数之一,其正演模拟和响应分析对提高大地电磁法的探测精度具有重要作用.本文在简要阐述大地电磁三维正演基本理论的基础上,利用交错网格有限差分法开展了大地电磁三维倾子正演模拟研究,首先正演模拟单个低、高阻两种地电模型的倾子响应,结果表明倾子资料能够较好反映地下异常体的空间分布;在此基础上,设计了含有两个低(高)阻异常体和低阻垂直断层的复杂组合模型并计算了其三维倾子响应,结果表明,倾子具有对复杂的地电结构良好的空间分辨率,且倾子响应既保留了模型中每单个异常体的倾子响应形态,又表现出了异常体之间相互作用的整体响应情况,进一步加深了对倾子的响应特征和规律、以及倾子资料对异常体边界的识别能力的认识,为倾子资料从定性解释向定量解释发展提供参考和依据.     

基于航空大地电磁倾子特征的二维大地结构探测方法

倾子是航空大地电磁方法的主要参数,在地下异常体的探测中有着重要的作用和显著优势.本文简要概括了倾子测量的基本原理;基于有限单元法进行了二维大地结构的倾子建模仿真,分析了影响倾子响应特征的主要因素,包括空间性参数以及地下介质参数.通过对倾子响应特征影响因素的分析,提出了一种利用倾子及其梯度的异常位置和异常幅度,对地下二维异常体的电性特征、水平位置、埋深以及电阻率进行快速、定量识别的方法.最后,利用已知模型的倾子响应对异常体参数进行了试算,通过对试算结果和已知模型参数的对比,验证了该方法的可行性.     

水平层状介质中双侧向资料的全参数正则化迭代反演与应用

水平层状介质中的模型向量通常由地层原状电阻率、侵人带电阻率、侵入半径以及地层界面深度等参数组成,整个测井记录实质上是模型向量的非线性函数.本文将研究双侧向仪器Born近似表达式并建立用双侧向测井资料同时反演所有模型的全参数正则化迭代算法(RWPII).双侧向电极系上的电流和电位必须满足特定的聚焦条件,其正演模拟与Born近似表达式与非聚集型仪器完全不同.应用摄动原理,首先研究双侧向仪器响应的Born近似,给出电极系上的电流密度、电流和电位微小变化与电导率摄动之间的积分关系.然后,根据层状地层中电阻率分布特征以及半解析正演模拟技术,建立Fréchet导数矩阵的快速算法,该Fréchet导数矩阵包含了视电阻率对所有模型参数的偏导数.在此基础上,研究同时反演所有模型参数的正则化迭代算法,并给出正则化因子的具体计算方法.最后,应用理论模型和实际资料反演结果验证该反演算法的有效性.     

双感应测井资料的快速近似迭代反演

本文给出一种双感应资料快速近似迭代反演技术. 首先建立Fréchet导数的快速算法,保证在反演过程中能够同时获得测井响应相对于地层电阻率和层界面的偏导数,并给出用规范化处理与奇异值分解技术进行迭代反演的具体过程. 为了对理论模拟和井场实际资料进行反演,利用综合分层技术从双感应曲线中提取层界面初始位置和地层电阻率初值,通过单独迭代反演中感应资料,修改层界面和地层电阻率实现中感应资料的最佳拟合,得到探测深度相对较浅的地层电阻率,然后固定层界面位置,再迭代反演深感应资料,得到另一组探测深度相对较深的地层电阻率. 理论和实际资料处理结果证明,两个不同探测深度的电阻率反演结果的相对大小能够准确地反映地层真实的侵入特征.此外,由于深感应仪器具有较深的探测深度,不论在高侵或低侵地层上,深感应反演结果与地层原状电阻率的差异大大小于视电阻率的差异,所以利用反演结果也能得到更好的地层原状电阻率的估计值.     

隐伏地质构造的大地电磁有限单元法正演模拟

对常见的隐伏地质构造体进行大地电磁场正演模拟,并研究和总结了构造体对大地电磁场的响应特征.由麦克斯韦方程组导出大地电磁场的边界条件,应用有限单元法求解变分问题并得出刚度矩阵,根据线性方程组计算出相应的场值,再由改进的视电阻率定义式求出视电阻率.模拟结果显示:改进的视电阻率定义式相对于传统的Cagniard定义式能有效地提高视电阻率曲线的收敛速度和逼近程度;隐伏地质构造体对大地电磁场的响应具有一定的规律性,通过分析两种极化模式下的正演结果,可以有效地识别地质构造体的存在和分布情况.通过实例分析,得出隐伏地质构造正演模拟与实际观测资料的互相验证关系,为实践应用中的反演工作提供了重要的指导意义.     

倾子对异常体的分辨能力及影响因素研究

倾子是大地电磁测深(MT)中的一个重要的参数,倾子矢量的振幅反映了电阻率在观测剖面上的横向变化,倾向角则表明了局部构造的走向.本文在二维地电模型当中,利用双二次插值有限元法计算出了倾子响应,通过大量的模型试验和计算定量分析了倾子的影响因素.通过与TM模式及TE模式视电阻率对比进一步证明了倾子能够很好的反映不均匀体的横向分布情况,利用倾子的这一特点将其应用于多个异常体边界的识别当中,取得了一定的效果.     

基于方位电磁波的煤岩层界面及低阻异常体探测方法（英文）

以煤岩介质和煤岩界面作为电磁波传播响应研究对象,构建与煤岩电磁参数相关的地质模型。针对煤矿井下随钻方位电磁波探测技术在煤岩地质导向中的响应特性进行深入分析,研究煤岩界面探测识别方法及其适用性。模拟仪器在煤岩层响应特性规律,建立煤层顶底板界面的方位、仪器到煤层界面距离的计算方法。利用拟牛顿法对随钻方位电磁波电阻率仪器响应理论模型进行反演计算,并对模拟数据数据进行实时反演,降低了Jacobian矩阵的计算次数,提高了反演速度并降低了对初值的依赖性。基于正反演数值仿真模拟,获得低阻含水层、异常地质体（陷落柱、夹矸层等）方位电磁波探测的信号响应规律。通过正交线圈的定向电动势模拟成像方法研究,验证了高阻煤层中方位电磁波电阻率应用的可行性、能够为煤层界面、地质异常体探测及地质导向应用提供依据。     

ZTEM三维数据空间OCCAM反演研究

Z轴倾子电磁法(ZTEM)是一种极具前景的新型天然源频率域航空电磁法,具有勘探深度较大,工作效率高的特点.本文基于大地电磁法(MT)三维数据空间OCCAM反演算法,实现了三维ZTEM倾子资料的数据空间反演算法.将该算法应用到理论合成算例中进行反演,反映出ZTEM倾子反演对模型横向边界的约束优于垂向的特性,并且与MT阻抗反演结果进行对比,验证了所实现的倾子资料三维数据空间反演算法的有效性,表明ZTEM倾子反演在约束电阻率模型横向位置能力上更具优越性.该反演算法可用于ZTEM所整理得到的倾子数据进行三维定量反演,实现大区域的地质构造三维成像,获得地下地质模型的电阻率结构信息.     

含激电效应的CSAMT一维正演研究

地电体对频率域电磁波激发源的响应为电磁感应和激电效应的综合响应.传统CSAMT法进行数据正反演时认为大地介质电阻率是与频率无关的实数,而实际上因为激电效应,地下可极化体的电阻率是一个与频率相关的复数.为推进二者总体响应研究,并扩展激电法的应用范围,同时提高电磁法勘探的精度,本文基于Dias模型,以复电阻率代替不考虑地电体极化效应的直流电阻率,对CSAMT场源一维层状模型进行了正演模拟,为提取CSAMT信号中所含激电信息提供理论基础.结果表明,考虑激电参数后,视电阻率及相位响应曲线出现明显异常（包括远场、过渡场、近场）;极化前后振幅比值异常峰值、相位差值异常峰值可直观体现激电异常;异常峰值与极化层层厚、埋深以及电阻率变化有连续的对应关系.认为从频率域电磁法信号中提取激电信息有乐观的前景.     

大斜度井和水平井井地三维电阻率数值模拟和联合反演

井地电阻率成像法利用井套管作电流源向井下供入大功率直流电流,在地表测量由地下介质的电性变化形成的电位分布,通过反演可得到地下介质的电阻率分布.针对大斜度井和水平井开展井地三维电阻率数值模拟和反演研究,对油田注水及压裂效果监测具有重要意义.基于井地电阻率成像法原理,采用有限差分法和不完全切勒斯基共轭梯度法进行了三维正演模拟,研究了大斜度井和水平井的井地电位响应特征.提出了采用层状约束阻尼最小二乘法由浅到深地进行大斜度井和水平井的多层联合反演,并对实际水平井井地电位各个层段数据进行了三维反演.模拟结果表明,倾斜线源和水平线源会对地面电位响应产生明显影响,在反演中需要考虑线源形态.实际水平井井地电位反演成像表明,考虑倾斜线源或者水平线源的联合反演得到了准确的水平井三维注水层成像图,得出注水层的真电阻率分布,能够判断注水运移方向.     

一维垂直各向异性介质频率域海洋可控源电磁资料反演方法

本文提出了一维垂直各向异性(VTI)介质倾斜偶极源频率域海洋可控源电磁(CSEM)资料高斯-牛顿反演方法.在电阻率各向异性介质水平偶极源和垂直偶极源海洋CSEM正演算法的基础上,利用欧拉旋转方法,实现了各向异性介质倾斜偶极源海洋CSEM正演算法.海洋可控源电磁场关于地下介质横向电阻率(ρ_h)和垂向电阻率(ρ_v)的偏导数(即灵敏度矩阵)是解析计算的,结合垂直各向异性介质横向电阻率与垂向电阻率的关系,将各向异性率融入到正则化因子选择中,实现了正则化因子的自适应选择.理论模型合成数据和实测资料反演算例表明,我们提出的反演方法能够较准确的重构海底围岩和基岩的各向异性电阻率以及高阻薄层的埋藏深度、厚度和垂向电阻率.     

任意各向异性介质三维非结构谱元法直流电阻率正演模拟研究

各向异性是地电异常解释中不可忽视的因素,广泛存在于裂隙或层理发育的地质环境中.本文针对任意各向异性条件下直流电阻率法三维正演问题进行研究,结合非结构谱元法建立模拟算法,充分利用谱方法的指数收敛性以及非结构有限元对地形和复杂异常体刻画能力,提高计算精度和效率.通过灵活的四面体网格剖分和高阶谱插值,实现了复杂介质任意各向异性模型电阻率响应的高精度数值模拟.我们首先通过层状各向异性模型验证本文非结构谱元法的计算精度,进而我们以半空间中立方体模型为例分析各向异性对电阻率响应的影响特征,并通过计算针对不同各向异性参数的视电阻率极性图,探究地下介质各向异性特征识别方法.最后,我们针对典型的山脊模型计算和分析存在地形效应条件下各向异性电流场分布及视电阻率特征.模型计算结果表明基于四面体网格的谱元法模拟带有复杂地形和异常体的任意各向异性模型具有很高的计算精度.本文的研究成果将在推进电阻率方法用于解决裂隙及层理等环境和工程地质问题中发挥积极作用.     

长偶极大功率可控源激励下目标体电性参数的频率响应

利用三维（3D）全空间积分方程准线性解作为数值模拟手段,对包含电离层、大气层和地球介质层的“地-电离层”典型异常目标体多层介质模型进行了数值模拟,得到了偶极源长度100 km、电流200 A、收发距离远达1600 km的合理的异常电性目标体的电阻率-频率响应结果.通过对不同埋深异常目标体的电阻率-频率特征的讨论,认为当考虑电离层和大气层的“地-电离层”大尺度深层横向不均匀复杂介质模拟时,电磁场对深部目标体仍有很好的异常响应,但当异常体电阻率及同一电阻率的岩石埋深不同时,其电阻率-频率的响应特征有很大不同,这正反映了不同岩石物性参数的电阻率-频率响应特征.文中结果表明从长偶极大功率源（WEM）激励的电磁场观测资料区分岩石的电阻率参数是可能的,这为利用WEM观测资料建立电性参数和岩石/地层参数经验关系奠定了基础.     

2D轴对称水平层状模型井中微地震波场正演

针对井中微地震监测,在考虑介质模型为水平层状模型,且径向介质速度变化具有轴对称特点时,研究了微地震波场正演方法.根据数值模式匹配理论,在微地震波动方程正演模拟算法时,纵向采用解析递推方法、横向采用有限元数值方法.详细讨论了震源边界条件、地层界面边界条件及计算范围比较条件,并给出了具体的计算办法.同时,分析了有限元算法基函数关键问题.通过理论和实际资料论证和验证了研究方法的正确合理性,并与基于射线追踪的走时反演结果进行了对比分析,证明算法的精度能够满足微地震实际生产要求.     

带地形三维复电阻率正演研究

在复电阻率法找矿过程中,地形对勘测结果的影响不可忽略.本文利用有限差分法二次场模拟研究了带地形的三维复电阻率正演,对求解区域采用不规则正六面体网格剖分,利用不同块体在地表之上的累加来模拟地形起伏的变化.其正演结果与积分方程法得到的结果相比较,所得结果基本一致,证明本文正演算法的可靠性和准确性.并设计了不同正演响应模型,通过对比分析正演响应结果可以得到:在低频时凹地形对视电阻率曲线影响要比高频时大,而地形对电场相位的影响在高频时更明显.     

大地电磁一维磁化率、电阻率主轴各向异性正演

大地电磁(Magnetotelluric, MT)正演是其资料解释的基础,也是认识地球介质响应特征的重要手段.磁化率和电阻率是影响MT响应的两个主要物性参数,真实固体地球介质电阻率各向异性现象普遍存在且铁磁性等物质的磁化率显著.而当前成熟的MT资料解释技术仍局限于各向同性介质、电阻率单一参数.本文从Maxwell方程组出发,推导了磁化率、电阻率主轴各向异性均匀半空间和层状介质的视电阻率及相位的解析表达式.然后,通过两个不同类型模型的计算对比,验证了算法的正确性.最后,对典型模型进行计算,结果表明某些情况下磁化率的影响不可忽略,对于低阻地层,当其电阻率与相对磁导率的乘积大于围岩的电阻率时,其视电阻率将表现为高阻.本文开发的正演算法,有助于认识磁化率、电阻率主轴各向异性时的MT响应特征,也可为后期二维、三维正演提供参考对比.     

2.5维可控源音频大地电磁法Occam反演理论及应用

Occam反演是一种正则化的光滑模型反演方法,它在寻找最小拟合差的同时追求最光滑模型.因地下介质的电性通常是连续变化的,Occam反演考虑了地下介质横向和纵向的光滑情况,应用Occam反演避免了模型电性参数被随意间断.通过建立层状和存在两个异常体的模型,利用2.5维可控源音频大地电磁有限元法作正演响应计算,对响应数据基...     

三维多层介质重力-地震同步联合反演

联合反演是地球物理勘探的重要解释手段,能够提高模型参数的反演精度.本文在归纳和分析重力与地震资料联合反演的研究和应用现状的基础上,利用三维多层介质模型的地震走时和重力正演公式,推导了地震走时和重力异常对界面深度的雅可比矩阵,实现了三维重力-地震同步联合反演界面成像.最后进行了数值理论模型模拟和实例计算,结果表明地震走时和重力同步联合反演很好的重建了三维多层介质界面.     

基于随机介质模型的统计分析在深反射地震中的应用

深反射地震勘探是揭示地球深部构造的一种地球物理探测方法.由于不同于沉积地层的反射特征,深反射地震资料的解释需要不同于浅层水平层状介质的解释方法.基于随机介质模型的统计分析为深反射地震解释提供了新的途径.本文首先介绍了地球深部结构中非均质性的统计特性研究成果,阐述了随机介质模型的基本概念及二维随机介质的建立方法,讨论了随机介质模型参数的含义.通过正演模拟的方法分析了随机介质的地震响应特点,对比实际深反射地震资料可对地壳中反射透明区、上下地壳界面、莫霍面反射以及非均质入侵体的地震响应提出合理解释.然后总结了从反射地震数据估算随机介质参数的方法及存在的问题,结合实例论述了随机介质参数分析在深反射地震解释中的作用.最后探讨了该方法的优缺点及应用前景.