玉溪盆地三维速度结构建模

本文以玉溪盆地为例,提出了一种包含数据预处理、模型建立、模型修正和模型检验的建模方法.基于各类数据间不同的可信度,给出了消除各类数据间速度偏差的折减函数.为避免以往模型修正过程中对地震波形数据的依赖以及对地脉动H/V谱进行模拟等复杂问题,本文提出了一种改进的模型修正方法,即根据基阶瑞雷波H/V谱与实测地脉动H/V谱形状变化相似的原则,对模型进行修正.修正依据为:在玉溪盆地中,单个地脉动测点所在位置处的地下速度结构中各沉积层面的深度均增加约15 m时,由该点的地下速度结构得到的基阶瑞雷波H/V谱的波峰周期和波谷周期均增加约0.1 s,且二者分别由盆地内沉积层的深层和浅层的速度结构所控制.由于地脉动数据的获取较方便,因此该模型修正方法具有广泛的适用性,由该方法修正后的玉溪盆地三维速度结构模型经检验具有较高的准确度.      

CSAMT法三维分辨能力及其物理机制

随着CSAMT法探测应用需求的日益增多,其分辨能力及其物理机制的研究成为人们不得不面对的问题.在CSAMT勘探中,几何效应、电流效应和感应效应是引起电磁场变化的三种物理机制,本文详细介绍了与地下电性结构密切相关的电流效应和感应效应.首先,利用CSAMT法对100 m×100 m×100 m的异常体进行了探测,研究表明存在两个畸变区域.利用电流效应对存在的两个畸变区域进行了解释,进一步研究表明当收发距为10 km时电流效应占据主要地位,感应效应位居次要地位,当收发距增大时电流效应比重下降,感应效应比重增大.选取坐标原点位于电偶极子中心,x方向为电偶极矩方向,z轴垂直向下,随后,研究了CSAMT法对异常体沿x、y及z方向长度变化时的探测灵敏度,研究表明CSAMT法对异常体沿x方向的变化最为灵敏、y方向变化次之、z方向最为迟钝,最后对以上现象给出了解析.     

面向目标自适应三维大地电磁正演模拟

本文将面向目标的自适应算法应用于三维大地电磁数值模拟.使用基于非结构网格的矢量有限单元法对起伏地表大地电磁正演模拟问题进行求解.使用利用垂向电流密度在物性界面上的连续性对后验误差进行估算的算法指导网格优化.由于全局自适应算法针对观测点优化网格的能力较差,本文通过求解正演问题的对偶问题计算后验误差的加权系数,并对相关加权系数进行改进,从而实现了面向目标的自适应算法.与传统基于结构化网格的电磁正演算法相比,采用非结构网格能够更好地拟合起伏地表和地下不规则异常体.由于使用了面向目标的自适应算法,本文能够使用更少的网格达到较高的计算精度.通过对比本文模拟结果与半空间响应和全局自适应算法计算结果,并通过对比使用改进前和改进后加权系数得到的网格剖分结果验证了本文算法的有效性.     

几种典型近地表有限导体瞬变电磁特征响应研究

近地表有限导体的瞬变电磁响应中包含其形状、结构特征,如何建立这些特征与其响应之间的关系是近地表有限导体探测与识别的核心问题.本文建立了几种典型有限导体响应的三维感应偶极子模型,通过有限导体早期幂函数衰减的幅度与速率、晚期指数衰减的幅度与时间常数共四个模型参数表征有限导体的形状和结构特征,利用最小二乘拟合算法提取这些模型参数,揭示有限导体的形状、结构特征与模型参数之间的内在联系.理论与实验研究结果表明:具有绕球心旋转对称性的球形目标体,其三维感应偶极子响应完全相同,早期响应呈幂函数衰减,晚期呈e指数衰减,信号幅度和时间常数均能很好反映球体半径与材料特性;具有绕轴旋转对称性目标体,其三维感应偶极子响应部分相同,早期幂函数衰减的幅度与速率主要体现目标体的长度特征,晚期e指数衰减的时间常数体现了目标体的外径与壁厚特征;非轴对称性目标体,其三维感应偶极子响应均不相同,各个感应偶极子参数差异较大.本文的研究对提高瞬变电磁系统区分轴对称目标体与金属碎片能力,降低系统探测虚警率具有重要意义.     

基于不等式约束的三维电阻率探测混合反演方法

三维电阻率探测的线性反演和非线性反演中均存在着多解性的固有难题.电阻率线性反演方法的效率较高,但反演结果对初始模型的依赖性较强,易陷入局部极小;而非线性反演方法不依赖初始模型,但搜索效率极低,尚未见到关于三维电阻率非线性反演的文献.针对上述问题,融合线性与非线性反演方法的互补优势,提出了最小二乘法(线性方法)与改进遗传算法(非线性方法)相结合的混合反演方法的概念和思想.首先,提出了将介质电阻率变化范围作为不等式约束引入反演方程的思路,以实现压制多解性、提高可靠性的目标.提出了宽松不等式约束和基于钻孔推断的局部严格不等式约束的获取及定义方法.在此基础上,分别提出了基于不等式约束的最小二乘线性反演方法和遗传算法非线性反演方法.其次,对于遗传算法在变异搜索方向控制、初始群体产生等方面进行了改进,优化了其搜索方向和初始群体多样性.然后,提出了混合反演方法及其实现方案,利用改进遗传算法进行第一阶段反演,发挥其对初始模型的依赖程度低的优势,搜索到最优解附近的空间,输出当前最优个体;利用最小二乘法进行第二阶段反演,将遗传算法得到的当前最优个体作为初始模型,在最优解附近空间执行高效率的局部线性搜索,最终实现地电结构的三维成像.最后,开展了合成数据与实际工程算例验证,与传统最小二乘方法进行了对比,发现混合反演方法在压制多解性、摆脱初始模型依赖和提高反演效果方面有较好效果.     

水平层状非均质TI地层中仪器偏心情况下三维感应测井响应高效数值模拟与响应特征分析

本文针对中国石油集团测井有限公司(CPL)三维阵列感应测井仪器(Three Dimensional Induction Tool,TDIT)的真实结构与参数,利用2.5维数值模式匹配技术研究建立水平层状非均质TI地层中仪器偏心情况下三维感应测井响应的高效数值模拟算法.首先,利用2.5维数值模式匹配技术给出水平层状非均质TI模型中偏心磁流源并矢Green函数的半解析解.在此基础上,结合三维阵列感应测井仪器参数以及测量过程中出现的仪器偏心与旋转等实际情况,通过叠加原理推导出该仪器响应的有效计算公式.最后,通过数值模拟结果分析考察仪器偏心、仪器自旋角等参数对测井响应的影响以及变化特征,为多分量感应资料处理与解释提供理论基础.     

三维复杂山地多级次群推进迎风混合法多波型走时计算

三维复杂山地条件下的各种地震波型的走时计算技术,可以直接用于复杂山地区域地震波运动学特性的分析、地震数据采集观测系统的设计以及直接基于三维复杂地表的地震数据处理技术的研发.为了在三维复杂地表条件下准确、灵活且稳定地计算各种地震波型的走时,提出一种多级次群推进迎风混合法.该算法利用不等距迎风差分法简洁稳定地处理三维复杂地表及附近的局部走时计算问题,利用计算精度不错的迎风双线性插值法处理绝大部分均匀正方体网格中的局部走时计算问题,利用群推进法模拟三维复杂地表条件下地震波前的扩展问题,利用多级次算法处理各种类型的地震波的走时计算问题.算法分析和计算实例表明:新方法具有很好的计算精度与效率,且能灵活稳定地处理三维复杂地表复杂介质条件下的多波型走时计算问题.     

大地电磁三维正演并行算法研究

大地电磁法三维正演算法计算量大,用传统的串行程序计算相当耗时。而三维正演是逐个频率按顺序计算的,并行性好,适合并行运算。结合MPI自身的优越性,在深入分析大地电磁三维正演串行程序实现流程的基础上,确定了并行计算的思路,实现了三维正演的并行计算。通过三个理论模型对实现的三维正演并行程序进行了试算,分析对比了在多种情况下程序的执行效率。测试结果表明,所实现的三维正演并行程序运行结果正确,效率提高明显。此思路可为解决其它地球物理超大计算量问题所借鉴。     

模拟退火方法在三维速度模型地震波走时反演中的应用

采用块状建模以及三角形拼接的界面描述方式,并通过立方体速度网格线性插值获得块体内部的速度分布。正演过程中采用逐段迭代射线追踪方法计算三维复杂地质模型中的射线走时,并采用模拟退火方法进行了三维模型中的地震波走时反演研究。模型测试结果表明,使用的射线追踪和走时反演算法有效。     

湛江湾三维温盐特征季节变化观测分析

利用2017年1?12月的现场观测数据,分析了湛江湾温盐的三维空间结构及季节变化特征。结果表明:(1) 2017年湛江湾各站位年平均温度为23～27℃、盐度为19～27、位势密度为11～17 kg/m3、浮性频率(N2)为7×10?5～5×10?3 s?2。浮性频率的垂向结构及水平分布与温度分布类似,而位势密度则与盐度的变化趋势几乎一致;(2)温度季节变化明显,夏季最高,秋季次之,冬季最低,冬夏温差最大达15℃,而盐度季节变化则不大。相较于季节引起的变化,涨落潮对温度以及盐度影响较小。温度跃层夏季最强,10 m处温度最大梯度可达到0.7℃/m,春秋季温跃层抬升至5 m附近,冬季水体上下混合均匀。夏季和秋季存在明显的盐跃层,盐度梯度最大可达到1.1 m?1。跃层上下温盐的季节变化规律一致;(3)水平分布上,从湾顶区、湾颈区、大堤区、浅滩区到湾口区,温度递减,盐度递增,湾顶区和湾口区平均温度差为2.3℃,盐度差为2.7。温盐图分析显示,不同季节水体呈现为不同的温盐条带,湾口区基本为低温、高盐水体,而湾顶区基本为高温、低盐水体,其他区域水体介于上述两者之间。