考虑脉冲参数随机性的近断层地震动降维建模

根据50组近断层脉冲型强震动记录,采用连续小波变换提取最强速度脉冲分量,建立最强速度脉冲峰值时刻的统计模型。对近断层地震动加速度高频分量的演变功率谱模型参数进行识别,并利用谱表示-随机函数方法实现了降维模拟,进而积分得到速度高频分量。对脉冲参数进行随机化处理,并采用改进Gabor小波模型随机模拟速度低频分量。将速度高频分量与低频分量叠加得到近断层地震动速度时程。数值算例表明,近断层地震动加速度代表性时程集合的幅值谱和反应谱均与实测记录拟合一致,验证了降维模拟方法的工程适用性。近断层脉冲型地震动的降维模拟与概率密度演化理论相结合,可实现工程结构的随机地震反应与抗震可靠性精细化分析。     

2.5维起伏地表条件下频率域地空电磁正演模拟

频率域地空电磁探测方法是指在地面布设人工场源,在空中测量电磁场的一种高效的地球物理勘探技术.该方法具有大范围、高通过性、快速测量的优势,尤其适合崎岖山地、沙漠、沼泽、海陆交互带等复杂地貌区域的资源勘查.但是这些地区的地形起伏通常较大,因此分析地形对地空电磁响应的影响具有重要意义.本文利用有限元法对频率域地空电磁响应进行了正演计算,分析了起伏地表条件下的频率域地空电磁响应特征.首先利用傅里叶变换将2.5维问题转化成二维问题,利用伽辽金加权余量法推导了相应的离散有限元方程组.采用任意四边形单元对区域进行不均匀网格剖分,源和异常体附近网格加密处理,保证计算精度,远离目标区域网格逐渐稀疏,模拟无穷远边界,降低对计算资源的要求.在单元内进行插值,将有限元方程组变换为线性方程组,采用总场算法,利用具有一定面积的伪δ函数表达源电流分布,源项近似为分布在以电偶极源为中心的25个节点上.通过求解线性方程组得到波数域电磁响应,再对波数域电磁场响应进行反傅里叶变换从而获得空间域2.5维频率域电磁场值.通过对比2.5维正演结果与均匀半空间解析解,验证了本文算法的精度,同时本文还对地空电磁场与地面电磁场的响应特...     

地球化学场及其在隐伏矿体三维预测中的作用

本文从物理学"场论"的角度介绍了地球化学场的概念,并从场源、场作用及地球化学指标分布三个基本要素出发阐述了地球化学场的扩散、对流-扩散的动力学机制。首先,按照采样介质,将地球化学场分为原生的岩石地球化学场,以及次生的土壤、水系沉积物、水文和气体地球化学场,描述了组成各类地球化学场的要素。其次,将地球化学场的分析方法概括为静态的空间结构分析和动态的时空结构分析两种,提出要以场的动力学机制为基础,利用地球物理学中的正、反演理论来研究四维时空中地球化学场的发展和演化。最后,探讨了地球化学场时空结构分析与三维地学模拟两者之间彼此补充和相互验证的关系,三维地学模拟构建的场源及空间介质模型,为地球化学场的正、反演提供了初始条件,地球化学场反演的结果又可用来修正三维地质模型;探讨了地球化学场与大数据分析技术间的关系,即采用大数据的"数据驱动"的思路来挖掘其与多元地学数据之间的隐性联系,探索其与成矿过程的关联性。地球化学场与三维地学模拟、大数据分析技术的结合将为隐伏矿体三维预测中地下成矿物质的分布和演化提供依据。     

无限长源二维各向异性地层中CSAMT有限元模拟

可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）基本上是基于电性各向同性理论的假设,而实际地层普遍表现为电性各向异性现象,因此研究各向异性地层条件下CSAMT方法的电磁响应具有重要的理论意义和应用价值.本文从有源Maxwell方程出发,推导出了二维各向异性地层条件下无限长线源频率域的电磁场响应,得到了一组平行于线源方向的电场分量E_x和磁场分量H_x的偏微分方程,并采用有限元法进行求解.模型的计算结果表明：不论是对均匀半空间还是一维层状介质中的各向异性二维体模型的计算,均能从结果中明显地看出各向同性背景场和各向异性异常体的存在;在计算中通过改变各向异性系数或各向异性旋转角,其结果在视电阻率和相位曲线上均存在显著区别.计算结果表明了在各向异性地层中,仍然采用各向同性的假设进行CSAMT资料的处理与解释,可能会带来比较严重的误差,这种情况下必须采用基于各向异性的地质模型对CSAMT资料进行处理和解释.研究结果对于提高CSAMT方法的勘探效果和应用水平具有重要的指导意义.

     

四川盆地北部地区飞仙关组鲕粒滩地震响应特征与分布预测

井下钻探和地震资料显示表明四川盆地北部下三叠统飞仙关组发育多套鲕粒滩储层, 该套储层也是飞仙关组主要的天然气产层.通过鲕粒滩储层发育段井震标定, 并结合鲕粒滩储层地震正演数字模型分析结果, 建立了飞仙关组不同层段鲕粒滩储层发育所对应的4种地震响应模式, 总结了不同地区鲕粒滩储层地震响应的异常特征.在此基础之上分别对飞仙关组一段、二段、三段开展连片二维地震测线地震相分析, 通过地震相与沉积相对应关系分析, 恢复四川盆地北部地区飞仙关组一段、二段、三段沉积相特征, 综合鲕粒滩储层地震异常特征与沉积相分布区, 预测了飞仙关组鲕粒滩储层在该地区的分布特征.飞仙关组一段、二段存在环陆棚相的台地前缘斜坡-台地边缘鲕滩相-开阔台地相沉积体系, 台地边缘鲕滩相在陆棚相东、西两侧沿北西向呈条带状展布, 分布面积大于4400km², 飞仙关组三段全区演变成开阔台地沉积, 鲕粒滩分布广阔, 主要分布在龙岗-元坝、剑阁、九龙山、河坝-黑池梁、普光-铁山坡等大部分地区, 面积达15000km², 因此, 四川盆地北部下三叠统飞仙关组鲕粒滩气藏勘探潜力巨大.     

时间域航空电磁法激电信息提取研究

时间域航空电磁晚期道数据中常出现符号反转现象,该现象被证明是由激电效应引起.鉴于利用传统实电阻率模型的成像和反演技术处理该类数据无法得到正确的反演结果,本文提出基于Occam理论的反演方法,对层状模型电阻率和充电率参数进行同时反演.本文首先通过正演模拟极化介质中电流密度的分布情况,对时间域航空电磁信号出现多次符号反转现象做出合理解释;然后通过链式法则和波形褶积技术计算Cole-Cole模型参数灵敏度,进而探讨不同Cole-Cole模型参数灵敏度差异及其对反演结果的影响.为了提高多参数反演的稳定性和准确性,在反演过程中对参数采取上下限约束,最后对B_z、dB_z/dt响应单独反演结果和联合反演结果进行对比和分析,发现联合反演可以有效地降低反演结果的多解性.     

基于Lorenz规范条件下磁矢势和标势耦合方程的频率域电磁法三维正演

为了克服空气层和地表耦合以及避免一次场计算,开发适合不同类型场源、不同应用范围的频率域三维正演模拟统一平台,本文从麦克斯韦基本方程出发,推导基于Lorenz规范条件的磁矢势和标势耦合方程;通过将不同类型场源分解成一系列短导线（电性）源组合,采用交错网格采样和有限体积技术对方程进行离散得到对称大型稀疏线性方程组,并采用Jacobi迭代预处理QMR（Quasi-Minimum-Residual,拟最小残差）算法进行求解,我们成功实现不同类型场源、不同应用范围的频率域电磁法三维正演模拟.通过层状模型下大地电磁法以及有限长接地导线和大回线磁性源激发下的电磁场响应模拟,并与一维解析解对比验证算法的有效性.进而,我们利用该算法平台的模拟结果对典型地电模型在不同场源激发下频率域电磁法响应特征进行对比分析.本文算法研究及实现为建立频率域电磁法三维正反演统一框架打下基础.     

基于MPICH环境下的复杂重力异常体并行正演模拟

任意多面体重力异常正演公式常用于解决复杂几何形态地质体的正演问题。 本文以均匀物性多面体重力异常正演公式为基础, 应用有限元技术中的网格离散化思想, 以任意四面体为基本单元, 通过并行计算技术在MPICH环境下实现了任意连续空间物性分布复杂异常体网格模型的重力异常正演模拟, 通过并行处理可以有效加速正演计算速度。 本文研究结果对于联合重力异常场正演建模和开展复杂模型网格的重力场计算有一定参考意义。     

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.     

区域分解法地震正演模拟方法研究

区域分解法是近年开辟的计算偏微分方程数值解的一种新方法,该方法把研究区域分解为形态规则的小区域,在各子区域内采用最有效的方法求解,能充分发挥各种正演模拟方法的优点,大大地提高求解正演问题的有效性．本文首次把区域分解法引入地震正演模拟,构造出了适应性强、计算速度快、所需计算机资源量小,具有高度并行性的区域分解地震正演模拟方法,编制了区域分解地震正演模拟软件,对大量地质模型进行了计算,获得了良好的结果．