Lemniscate representation for inversion of gravity and magnetic data through nonlocal optimization

A method of representing surfaces and volumes by a set of geometric points and a small set of auxiliary parameters, based on generalization of Bernoulli’s notion of lemniscates is introduced. It provides for easy generation and modification of surfaces and volumes, which could be connected, disjoint or even with very irregular boundaries. This allows solving geophysical inversion problems, without constraining the anomalous volumes to some ideal or simple forms. This is illustrated by the example of joint inversion of gravity and magnetic data sets attributable to two-dimensional anomalous bodies. A nonlocal optimization algorithm calledsegmented Hamming scan is used for inversion. Comparison with nonlinear least-squares algorithm shows the advantages of the chosen approach. The concepts ofdesideratal andprocedural detours are illustrated.     

拉东域基于最小二乘反演的斜缆数据鬼波压制方法

斜缆采集资料中鬼波的陷频特征限制了地震记录的频带宽度和分辨率,给地震资料反演、解释带来困难。通过压制鬼波,可获得高分辨率的宽频数据。基于拉东域的水平拖缆鬼波压制方法,结合斜缆鬼波随偏移距变化的特点,推导出一次波和鬼波在频率-拉东域的逆变换算子,建立检波器处总波场和海表面处上行波场之间新的关系式,利用最小二乘反演精确求解获得海表面处上行波场,并延拓得到拖缆处鬼波压制后的记录。通过考虑鬼波延迟时间受偏移距和出射角的影响,弥补鬼波延迟时间估计中存在的误差,无需进行反演迭代求取最优鬼波延迟时间,提高了计算效率。合成数据及海上实际斜缆数据测试结果表明,研究方法能较好地压制鬼波,达到拓宽地震记录频带的目的。     

重磁场联合反演技术在庐纵盆地基底构造解释中的应用

安徽庐枞地区位于怀宁庐江“磁高重高”一级异常带的枞阳--庐江次级异常区.采用重磁场联合反演技术的多层面边缘检测方法(WORMS法)对庐枞地区多层面边缘进行检测,得到了地下不同深度的密度或磁性信息以及重、磁异常边界.根据上延层高度布格重力异常,结合航磁区域和局部异常分布特点,进行了断裂构造的推断与基底隆起区的划分,再利用空间分析技术对这些圈闭区域进行相交计算,划分出重磁同高、重低磁高、重高磁低、重磁同低等4种组合空域,提出庐枞盆地磁性基底为“一隆两凹”形态(庐枞盆地基底界面三维结构图)的新认识.     

重力资料聚焦反演成像改进及其应用

聚焦反演在实际应用中面临着两个问题需要及时解决: 成像的趋肤效应和异常体的过度聚合。利用指数深度加权函数来约束聚焦反演可以克服趋肤效应。结果表明,深度加权可以很好地限制过多异常源在地表的聚合。对于异常体的过度聚合,本文提出了异常源外扩方法,该方法将超出限制的异常源进行向异常体外的迭代式扩充。实验表明,异常体外扩方法成像效果优于常规的异常源截除方法。     

互相关与最小二乘加权目标函数全波形反演

全波形反演是一个高度非线性的优化问题,当地震数据中缺少低频成分而初始速度与真实速度相差较远时,反演容易陷入局部极小值。笔者提出一种新的目标函数,将模拟地震记录和观测记录的归一化互相关与最小二乘结合。互相关侧重相位匹配,具有更强的线性,能减弱"跳周"现象。通过设置权重因子,在反演前期利用互相关先恢复低波数的背景速度模型,再加入最小二乘约束恢复高波数的模型细节。数值模拟试验结果表明,基于该目标函数的全波形反演不依赖精确的初始模型和低频信息,向全局极小值迅速收敛,能有效改善反演的稳定性,并获得比基于常规目标函数的全波形反演更精确的结果。     

高密度电阻率法比值参数基于阻尼最小二乘反演

三电位电极系中装置的探测精度和数据处理方法的研究一直是地球物理工作者研究的一个热点,同时也存在很大的争议.利用正演模拟结果讨论了岩溶地区几种可能存在的地质条件下三种装置的探测精度,发现β装置和γ装置的探测效果明显优于α装置;然后利用正演计算得到的数据合成比值参数(T),对合成数据T进行最小二乘反演,发现T值反演结果和视电阻率反演结果一致,并在噪声影响较大的区域,T值反演结果优于T值等值线图,可作为判断异常体特征的一个依据,也可验证视电阻率的反演结果,弥补由于噪声对某种单一装置探测效果的影响.以义马某地的水文地质勘察为例,T值最小二乘反演结果表明,在含水低阻区域T值也呈现小值异常,且显示的异常体边界准确,结构特征明显.利用T值反演对数据处理具有重要的意义,应予以重视.     

Magnetic anomalies of two-dimensional bodies and algorithms for magnetic inversion of dykes and basement topographies

Generalized equations for the anomalies in any component of the earth’s magnetic field due to two-dimensional bodies of arbitrary magnetization are derived in terms of a new parameter, called the direction of measurement. Schemes for inverting the magnetic anomalies of arbitrarily magnetized dykes and basement topographies are then developed and the relevant computer software is presented. In both the schemes, the initial values of the parameters are calculated by the computer, so that the input merely consists of the anomalies and their distances. The differences in the observed and calculated anomalies are solved iteratively for the errors in initial values of the parameters.     

Refinement of three-dimensional multilayer models of basins and crustal environments by inversion of gravity and magnetic data

The sensitivity of gravity and magnetic data to deep structures and the broad availability of regional data sets and surveys of high resolution make them suitable for determining detailed three-dimensional (3D) models of the subsurface. However, the sole consideration of gravity and magnetic information cannot properly resolve heterogeneous 3D environments. Advocated to solve this problem, we present an automated refinement technique for three-dimensional multilayer models as conditioned by gravity and magnetic data and by meaningful geometrical and physical constraints. We construct our model by an aggregate of rectangular prisms and aim to estimate their bottom depths, which define the geological layers. We summarize mathematically our concept of refinement in an objective function that includes the misfit to the data, the similitude to an a priori geological–geophysical model, and the smoothness of the relief of the layers. Importantly, our objective function also includes inequality constraints that prevent the superposition of layers and integrate the surface and borehole geology with the multilayer deep model. The objective function is solved using quadratic programming in a stable iterative scheme. The resulting algorithm is tested on synthetic data and applied to crustal and sedimentary basin environments from southern Baja California, Mexico. The assimilation of the geological and geometrical constraints to the inversion process produces models that correlate with the surface geology and reveal the three-dimensional features of the subsurface.     

重磁三维可视化反演系统的设计与实现

重磁三维可视化反演解释系统一直是国内外重磁勘探领域的研究重点之一。介绍了基于Visual C++与OpenGL环境研发的重磁三维可视化反演系统,详细阐述了系统的设计思想与实现的关键技术,包括可视化技术、面向对象技术、图形拾取技术、碰撞检测技术及反演约束技术等。系统具有人机交互几何反演与最优化物性自动反演两种功能,可满足目标异常、区域模拟和盆地建模。     

重力数据在德令哈地区区域性综合解释中的开发应用研究

基于德令哈地区最新1∶25万重力数据,结合相关已知资料,进行了重力异常新提取和反演解释,研究表明,德令哈地区现今的重力异常特征能够反映基底构造.本文通过小波断裂分析方法,解释了14条区域性断裂构造,通过帕克法密度界面反演计算,划分了德令哈地区“五凹三隆”基底结构,明确了德令哈现今区域基底的隆凹格局,推断了基底隆起凹陷起...     

红格铁矿三维反演与地质建模

四川红格钒钛磁铁矿是我国重要的岩浆岩型铁矿石产出基地。在过去几十年中,对红格地区进行了不同程度的勘探,积累了大量地质、物化探资料。但是,这些工作比较分散,不同单位不同时期用多种方法开展了多种比例尺的地质、物化探工作,资料零散的分布于不同单位,没有进行过系统的梳理及研究。本文对红格矿区进行有地质约束的三维磁异常反演,建立了三维地质模型,并实现了三维可视化。分析所建三维地质模型,从宏观上推测了红格铁矿的成矿控矿规律及岩浆运移通道,微观上预测了红格矿区矿体空间位置、形态及控矿、容矿、含矿地质体的分布规律。另外,结合地质模型还进行了找矿潜力评价,分析了矿区外围和深部的找矿前景。     

重磁联合反演解释在长白山天池深部构造中的应用

重磁联合反演可以解决火山岩强反射屏蔽作用导致地震深层反射能量弱的问题。为了解译长白山天池深部断裂构造并描述地层形态,笔者依托Oasis Montaj重磁拟合平台,参考地震地质资料建立原始重磁模型,并利用岩性参数作为约束条件进行联合反演解释。根据布格重力异常与地磁法异常分布特点,成功反演了地下8 km基底范围内的地层分布特征,解译了7处断裂分布位置。其中深大断裂位置与地质、遥感研究结果能够良好吻合,并更加精确。     

重磁2.5D/3D互相约束反演技术在三维地质填图中的应用研究

三维地质填图为我国启动的新一轮地质调查项目,为提高重磁资料在三维地质填图中的应用效果,笔者提出重磁资料2.5D/3D相互约束重磁反演技术方案:利用重磁资料2.5D剖面反演结果、3D物性反演结果作为彼此反演约束条件,并通过了理论模型试验。试验结果表明,该技术方案使反演结果中物性参数、空间位置更接近理论模型体。通过对本溪—临江地区思山岭铁矿磁异常及酸性岩体重力异常进行反演实践——估算磁异常铁矿资源量、研究酸性侵入岩深部展布形态的效果良好,可为大面积三维填图提供有效途径。     

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。     

重力界面反演改进算法的比较与应用

为得到更接近地下真实分布的反演界面,笔者比较分析Parker-Oldenburg反演和改进迭代反演,发现改进迭代反演方法不仅可以避免计算放大项,而且能够得到更好结果。通过理论模型,对经典Parker-Oldenburg方法和改进迭代反演方法的计算速度、迭代收敛性和结果精确性进行比较,结果表明改进迭代反演方法在保证计算速度和迭代收敛的情况下,能获得更精确的地下界面结构。通过实际数据验证了改进迭代反演的有效性和实用性。     

北秦岭华阳川地区重磁三维反演及岩浆岩特征研究

华山岩体、老牛山杂岩体等中酸性花岗岩体和华阳川韧性剪切带在北秦岭华阳川地区的成矿过程中起着重要的作用,既是构造演化的记录,又是构造—岩浆—成矿的重要指示。本文在系统研究华阳川地区地面和航空重力、磁测数据以及地面电法剖面等多种地球物理资料的基础上,完成物性统计分析、航空和地面数据融合处理,通过先验信息约束的重磁2.5D交互式反演和三维反演计算,构建了华阳川地区区域三维地质—地球物理模型,为区域地质背景和深部地质构造的研究提供地球物理依据;推断解释了华山岩体、老牛山岩体和华阳川韧性剪切带的三维形态和空间分布,探讨了华阳川韧性剪切带、老牛山岩体和华山岩体的深部接触关系,对大岩体外围接触带的铀、钼等矿床的深部找矿具有一定指导意义。     

Using a genetic algorithm for 3-D inversion of gravity data in Fuerteventura (Canary Islands)

The use of genetic algorithms in geophysical inverse problems is a relatively recent development and offers many advantages in dealing with the non-linearity inherent in such applications. We have implemented a genetic algorithm to efficiently invert a set of gravity data. Employing several fixed density contrasts, this algorithm determines the geometry of the sources of the anomaly gravity field in a 3-D context. The genetic algorithms, based on Darwins theory of evolution, seek the optimum solution from an initial population of models, working with a set of parameters by means of modifications in successive iterations or generations. This searching method traditionally consists of three operators (selection, crossover and mutation) acting on each generation, but we have added a further one, which smoothes the obtained models. In this way, we have designed an efficient inversion gravity method, confirmed by both a synthetic example and a real data set from the island of Fuerteventura. In the latter case, we identify crustal structures related to the origin and evolution of the island. The results show a clear correlation between the sources of gravity field in the model and the three volcanic complexes recognized in Fuerteventura by other geological studies.     

2.5D重力双重加权聚焦反演及其应用

针对聚焦反演方法在实测数据应用中存在的趋肤效应和反演结果发散问题,设计应用深度加权和数据加权的双重加权系数灵敏度矩阵,进行核函数处理。通过反演拟合理论正演模型实验,证明了该方法的可靠性。将双重加权系数运用到山东某矿区的实测数据,反演结果清晰地反映出地下异常体的边界和深度,与剖面电阻率结果比较,两者异常位置接近,该方法可反应实际异常情况。     

海洋CSEM和MT一维联合反演研究

传统频率域海洋可控源电磁(MCSEM)法利用极化方向电场实部与虚部信息进行反演,由于海底沉积层电阻率一般较低,在海底浅部能取得较为理想的反演效果,但难以探测到海底几千米下的深部基底。这里利用海洋可控源电磁和海洋大地电磁(MT)一维联合反演程序,采用奥克姆反演算法,尝试对海洋电阻率模型进行联合反演。通过反演试算发现,利用频率更低的海洋MT加入反演,不会影响浅部反演效果,同时能探测到深部基底,为海底油气勘探提供了更多技术手段。     

重磁异常数据三维人机联作模拟

在研究三角形多面体模型重、磁异常三维正演和反演技术的基础上,吸取人机交互正演模拟的优点,实现了三角形多面体模型重、磁异常数据三维人机联作反演。通过研究三角形多面体模型节点偏导数的计算方法,对目标函数进行线性化处理,形成了计算机自动迭代修改模型体的技术。利用计算机图形技术,在三维空间显示重、磁场和模型体,开发了模型的交互修改技术,使数据解释过程中,可以结合已知信息及人的推断和经验,完成重、磁异常数据的三维模拟,减少了数据解释结果的不确定性。