偏移速度分析与速度反演方法评述

本文阐述了各向同性介质中纵波偏移速度建模中的速度分析方法原理及其优缺点,包括常规速度分析、偏移速度分析、层析偏移速度分析以及全波形反演。其中着重阐述了深度域速度建模中的速度分析方法原理及其在实用中的优缺点。最后对深度域偏移速度分析方法进行了展望。     

海岛礁及周边复杂环境动态三维建模

对海岛礁及周边包括海浪、潮汐、潮流、温度等在内的复杂环境要素及其特点进行了分析。针对海洋复杂要素的特点,提出了适用于海洋高动态的面向可细分对象的时空数据模型,能够有效地对高动态及交互性较强的对象进行建模。以舟山群岛附近海域为例,对海岛礁及周边复杂环境进行了动态三维建模,并在Geoglobe等平台上进行了验证。实验表明,该模型对海岛礁及周边复杂环境建模有较好的实用性。     

航磁全轴梯度异常特征研究

因提供多参量、压制深部异常突出浅部异常等优点,近几年航磁梯度测量在国内航空物探领域成为新的研究热点.以AGS-863航磁全轴梯度勘查系统为依托,介绍了航磁梯度理论基础和应用研究现状,为了总结归纳航磁梯度异常与地下地质体的对应关系,设计了典型理论地磁模型,进行了大量正演模拟计算工作,并结合野外应用实例,得出以下几点结论:相比于总场异常,梯度异常在圈定磁性体方面更具优势;对于独立磁性体,垂向梯度的峰值精确对应异常体的中心位置,当模型走向延伸越长,主剖面异常的零值点越靠近异常体边界,主剖面的纵向梯度的最大值和最小值可精确对应异常体的左右边界,垂直于主剖面的横向梯度的最大值和最小值精确对应异常的上下边界;对于组合磁性体,利用主剖面的纵向梯度峰值和垂直于主剖面的横向梯度峰值锁定的磁性体范围有所扩大,并且垂向梯度峰值向附近磁性体方向偏移;对比实测梯度数据与理论梯度数据,发现实测梯度数据存在明显的优势,可以在人文干扰识别、高频地质信息挖掘等方面发挥突出作用.这些工作可以为实测航磁梯度的野外数据获取者认识异常、鉴别异常和区分真假异常等提供参考,并为异常解释工作者提供一定的帮助.     

基于GIS空间分析的虚拟钻孔确定与实现方法

在三维地质建模过程中,通过引入一定数量的虚拟钻孔,对地层分界面几何形态更加精确的控制,不仅能够明显改善地质分界面网格的质量,而且能够提高模型精度和可视化效果。现有虚拟钻孔的引入途径主要通过手工添加实现,受人为主观因素影响较大,且自动化水平低,耗时、费力,针对这一问题,提出了一种基于GIS空间分析的虚拟钻孔确定与实现方法。以地质勘查获取的钻孔数据和地质剖面图为数据源,在ArcGIS平台的支持下,综合运用自动矢量化（Arc Scan）、要素转点（Feature To Point）、创建TIN （Create Tin）、TIN转三角形（Tinto Triangle）、泰森多边形（Create Thiessen Polygons）和相交（Intersect）等空间分析和文件转换工具,分别生成断层构造和建模区域内的二维（2D）虚拟钻孔点;而后,在利用插值工具生成各地层栅格表面的基础上,结合图形插值（Interpolate Shape）工具将2D虚拟钻孔点投影为三维（3D）虚拟钻孔;然后,利用Model Builder可视化建模工具设计了生成虚拟钻孔的模型,实现虚拟钻孔创建的自动化;最后,将获得的3D虚拟钻孔应用于三维地质建模,并进行了建模对比实验,结果表明,该方法具有一定有效性、实用性和可操作性。     

海洋效应对中国沿海地磁观测影响——以广州台站为例

以广州台站为例,研究海洋效应对中国沿海地磁观测C-响应的影响.海洋效应的三维正演模拟采用球坐标系下交错网格有限差分方法,假设磁层环形电流源,正演电阻率结构模型采用"地表 3-D电导+1-D层状背景"复合模型.数值模拟结果表明,中国地区沿海C-响应受海洋效应影响明显.在空间上,沿海岸线方向,受海洋效应影响,单周期的C-响应由无海洋效应的常值变形为平行于海岸线的等值线密集梯度带;在垂直海岸方向,海洋效应影响向内陆减小,其影响可达哈尔滨-贵阳一线.海洋效应影响采用比值法进行校正,以广州台站为例,在比值曲线上发现海洋效应对C-响应的影响最大周期可达20天左右,并且就中国沿海而言,相对全球平均一维模型,利用中国地区平均一维电导率模型作为背景模型的海洋效应校正结果更加合理.进一步对广州台站海洋效应校正前后的C-响应进行了1-D反演,由于校正前的C-响应在小周期时受海洋效应特别大,直接反演无法拟合数据;但校正后反演拟合明显变好,得到的1-D导电模型表明广州地区上地幔及地幔转换带的电阻率比中国平均电阻率高约一个量级,推测中国华南地区南部的地幔转换带可能处于相对冷的环境,该模型可能成为菲律宾海板块西向俯冲并滞留到华南大陆下方地幔转换带的电性证据.     

基于广义旋转法双九点格式标量波方程数值模拟

前人虽然基于传统旋转法提出了四阶精度最优17点差分格式,用于提高频率域地震波场数值模拟精度,但其仅适用于等网格间距的情形.这大大限制了该格式的使用范围.为了进一步提高17点有限差分格式的数值精度并将其推广到矩形网格,本文基于二阶精度有限差分算子利用广义旋转法提出了双九点格式,由于其差分格点与前人17点格式在分布上一样,所以也可称为二阶精度最优17点格式,但由差分格式构造原理上来讲,称其为双九点格式更妥.前人四阶精度17点格式仅为本文等网格间距情形时的特殊情况,本文方法单位波长网格点数仅需要2.2个即可.本文格式在继承传统旋转法良好几何旋转性质的同时,拥有平均导数方法适用于矩形网格的特点,和平均导数法所得的广义17点格式相比,本文格式数值精度更高,数值频散抑制性能和差分算子对称性更好.同时,本文双九点格式方法和思想对于后人借助传统九点格式的构造方法将其扩展到17点格式求解各类波动方程具有十分重要的意义.

     

基于二次场的海洋可控源电磁法三维有限元正演

根据库伦规范势的定义,推导出关于磁矢量势和电标量势的偏微分方程,为了克服由电流源引起的奇异性和数值模拟计算困难,将电磁总场分解为一次场和二次场,一次场由基于Schelkunoff势函数的一维正演算法得到,二次场由有限元法计算得到,实现了海洋可控源电磁法三维有限元正演算法。通过一维数值模拟实例,验证该算法的计算精度。然后,利用该算法对带海底地形的三层储层模型进行正演,分析了海底地形对海洋控源电磁场各分量产生的影响。     

三维非均匀地质模型中的逐段迭代射线追踪

地震射线追踪是地震定位、层析成像、偏移等领域的重要正演环节.随着这些领域研究的深入,针对传统的网格结构和层状结构在描述复杂地质模型遇到的很大困难,我们采用大小不等、形状各异的地质块组成的集合体来描述三维复杂地质模型,并用三角形面片来描述地质块之间的物性间断面,理论上可以描述任意复杂的地质模型.为适应任意非均匀速度分布的地质模型,基于费马原理,本文发展了与之相适应的逐段迭代射线追踪方法.该方法属于弯曲法范畴,对路径点采用一阶显式增量修正,相对于传统的迭代法,高效省时.数值试验表明,联合逐段迭代法和伪弯曲法的射线追踪扰动修正方案在三维复杂非均匀块状模型中有适用性和高效性.     

考虑关断时间的回线源激发TEM三维时域有限差分正演

从麦克斯韦旋度方程出发可以直接导出瞬变电磁场扩散方程,然而扩散方程不含电场对时间的一阶导数,不能构成显式的时域有限差分方程,借鉴du Fort-Frankel有限差分离散方法引入虚拟位移电流项构建显式时域有限差分方程.对Wang和Hohmann的经典时域算法进行了两点改进:第一,通过将矩形回线源电流密度加入麦克斯韦方程组的安培环路定理方程,实现回线源瞬变电磁激发源加入;第二,在计算中考虑关断时间.第一点改进使时域有限差分方程考虑了一次场的计算,并且源的计算不再依赖均匀半空间模型响应作为初始条件,使算法能够适应表层电阻率不均匀时的三维复杂模型.由于实际观测中不可能出现阶跃电流的关断形式,第二点改进可以方便设置发射电流下降沿.采用改进的三维时域有限差分正演算法对均匀半空间模型、四类三层模型、均匀半空间中含有低阻块体模型进行了计算并分别与解析解、线性数字滤波解、积分方程解和Wang的三维时域有限差分解进行了对比验证.以H模型为例,采用建立的三维时域有限差分正演算法计算了不同关断时间的斜阶跃脉冲回线源瞬变电磁中心点感应电动势衰减曲线.以实际地质资料为基础,构建包含两层采空区的三维复杂模型,以1 μs的极短关断时间进行了复杂模型定回线源瞬变电磁响应计算,并计算了该复杂模型的视电阻率曲线.     

巷道直流电阻率法超前探测三维数值模拟

针对巷道直流电阻率法超前探测的三维数值模拟,应用代数多重网格快速算法对二次场的有限差分问题进行求解。将均匀全空间板状体数值结果与解析解对比,最大误差不超过0.28%。模拟结果表明,巷道空腔对测量结果存在一定影响,采用比值曲线消除该影响,修正后的视电阻率极值与理论值误差为2.4%。进一步研究受旁侧影响的前方异常识别方法,可通过在不同巷道面进行定点源测量或掘进过程中的定点测量来识别旁侧影响,达到准确探测前方异常的目的。