浅海可控源电磁法数据一维时频联合反演

一维海洋电磁正演数值模拟表明,在浅海区使用水平电偶极源时,无论频率域数据还是时间域数据都存在一定的局限性。为了使海洋可控源电磁法(MCSEM)能够在中国近海油气勘探中得到更好的应用,借鉴陆地时频电磁法(TFEM)的思路,同时接收频率域和时间域信号,结合两类数据的特点,利用正则化反演思想,实现了MCSEM数据的一维时频联合反演。理论模型的反演测试表明,对于300m水深环境下的深层模型,频率域数据足以反演出储层的位置和电阻率,增加时间域数据无助于提高对异常体的识别能力;而对于水深为100m环境下的深层模型,联合反演的结果明显好于单一数据的反演结果。     

大地电磁非线性共轭梯度一维反演

非线性共轭梯度(nonlinear conjugate gradient,NLCG)反演法具有较好的稳定性和反演精度,在二维反演中得到了广泛的应用,但是正则化因子选取困难以及计算量较大等问题限制了其在一维反演中的应用。针对上述问题,结合一维反演实际,提出了一种改进的NLCG优化算法。该算法以Bostick反演结果为初始模型,采用正则化因子自适应迭代调整方案,每次迭代时根据目标函数自动调整正则化因子,无需再对正则化因子进行不断尝试反演;简化了预处理因子和最优步长的计算,用单步线性搜索法代替迭代法求最优步长;对反演结果进行优化并做二次NLCG反演,进一步提高了反演精度,使非线性共轭梯度一维反演算法更高效。通过几个模型算例分析了优化算法的有效性。实际大地电磁数据NLCG反演结果与钻井资料吻合好、精度高;与Occam反演结果相比分层更加清晰,未出现异常高阻层,对地下电性结构的划分更加可靠。     

时频电磁技术的新进展及应用效果

时频电磁探测方法是10年前发展起来的一项油气目标探测和评价技术,其原理是通过发射机发射不过零方波信号,接收机记录频率域和时间域数据,从时间域数据获得电阻率信息,从频率域数据提取极化率信息,再根据电阻率和极化率信息进行油气目标预测,目前的时频电磁法能够发射过零和非过零两种方波信号。通过研究发展了针对这两种信号的预处理方法、定性极化参数提取方法以及地震测井信息约束下的反演技术。为了检验时频电磁法的应用效果,在阿曼PDO时频电磁勘探项目中进行了应用,结果表明,数据质量和处理精度比以往有明显改进,处理结果与已知信息完全吻合。     

时频联合域贝叶斯地震反演方法

时间域和频率域地震反演分别在不同域中考虑地震响应与模型合成地震记录的匹配程度进而搜索数据空间对应的最优模型参数。从贝叶斯估计理论出发,综合考虑时间域和频率域地震反演在地层分辨率和抗噪性方面特有的性质,联合贝叶斯稀疏反演框架、时间域反演理论及频率域反演方法,提出了基于贝叶斯框架的时频联合域地震反演方法,改善了频率域反演对噪声非常敏感的问题。模型测试表明,时频联合域稀疏反演在地震资料信噪比高的情况下保持了频率域反演分辨率高的优良特性,同时在信噪比低的情况下延续了时间域反演抗噪能力强的优势,有效地提高了地震资料分辨率和压制随机噪声之间的平衡。理论模型测试和实际资料试处理结果验证了该方法的稳定性和可靠性。     

井地电法的准解析近似三维反演研究

 针对复杂地电模型的井地电法三维反演方法研究一直是一个具有挑战性的课题。传统的积分方程法作为一种直接的三维电磁正演近似模拟方法，计算量很大，精度低。为避开积分方法的缺点，准解析近似法（QA）应用而生，此法以计算速度快，精度高最具特色。本文在准解析近似和重加权正则化的共轭梯度法的基础上，推演出一套可实际应用的算法，并用Visual Fortran 6.5开发了井地电法三维准解析近似反演程序。通过理论模型的合成数据反演试算，表明基于准解析近似法和加权正则化的共轭梯度法的井地电法三维反演程序有着计算速度快、反演精度高等特点。     

时频分析方法及在储层预测中的应用

本文所述的时频分析方法是采用快速傅里叶交换，将时间域地震记录变换为频率域。通过对不同厚度组合地层模型及储层合油气模型的时频特征分析发现：①时频特征值变化的方向性取决于地层厚度的变化方向；②时频能量的影响因素较多，主要有地层组合、子波波形特征及反射系数的变化。因此，在已知地区地质条件下，可根据时频能量的变化定性地预测储层的含油性，反演储层的厚度。文中对ＺＸ、ＣＸ等地区的储层进行了时频分析，预测了储层厚度及含油气性，提高了勘探精度和效益。     

大地电磁测深阶段式自适应正则化反演

如何合理确定正则化因子一直是地球物理反演的研究热点和难点。从提高反演稳定性的角度对正则化因子的选择进行考量,是确定正则化因子取值的新思路。此外,以往的正则化反演研究对非线性优化算法的随机性考虑不足。基于此,以Zhdanov提出的自适应算法为框架,提出了一种新的自适应正则化算法,即阶段式自适应算法,按照“阶段”自适应地调整正则化因子。将此方法分别应用于大地电磁测深（MT）的共轭梯度和差分进化算法（DE）反演。模型试验表明该算法可以提高反演的稳定性,在一定程度上降低衰减因子的影响,而且该算法具有同时适用于线性和非线性优化算法的特点。     

应用组稀疏正则化反演的高分辨率自适应Gabor时频分析方法

地震信号频率成分随时间的变化规律(时频特性)对油气检测具有重要意义,且Gabor变换作为最简便的时频分析技术在地震资料解释中得到了广泛应用。然而常规Gabor变换所得时频谱的时间分辨率低,相邻反射子波频谱信息混叠严重,不利于开展高分辨率地震资料解释。为了提高Gabor时频谱的时间分辨率,首先基于Gabor反变换的定义将Gabor时频谱的计算归结为求解反演问题; 然后以相同时刻频谱分入同一组的策略加入组稀疏正则化约束项; 最终利用投影快速软阈值迭代算法实现上述目标函数求解并获得Gabor时频谱。同时,还给出一种利用地震信号瞬时质心频率自适应地构造Gabor时频分析所需高斯窗函数的方法。理论信号实验及实际数据应用表明,该方法可在时间方向上对Gabor时频谱的能量团进行显著压缩,低频端和高频端的时间分辨率获得同步提高,进而在低频和高频剖面上同时清晰揭示薄储层顶、底界面,便于精细对比解释。     

时间域航空电磁横向分段组合约束反演

在时间域航空电磁数据反演过程中,为了保证反演结果的横向连续性,往往施加横向粗糙度约束。但是这种横向约束反演需要多个测点同时计算,当测点数增加到一定数量时,计算时间会急剧增加。针对时间域航空电磁数据量巨大的问题,提出了一种横向分段组合约束反演方案。首先,对测线上的测点数据进行分段;然后,对每一数据段同时使用横向和垂向粗糙度约束,并且在数据段之间使用横向先验信息约束;最后,分析横向和垂向粗糙度约束以及横向先验信息约束对反演精度和计算时间的影响。此方案通过分段以减少计算时间,使用横向和垂向粗糙度约束保证较高的反演精度。理论模型和实测数据的计算结果验证了横向分段组合约束反演方案反演精度高,计算时间较少,具有一定的实用性。     

二维重力数据径向反演及应用

相对于直角坐标系下的反演方法,径向反演方法具有模型参数减少一半且反演参数具有同一量纲的特点,而Tikhonov正则化方法能方便地应用多种约束条件和引入场源先验信息。该方法对于近圆形、梨形或在某方向呈瘦长形的独立场源的反演效果较好。本文将正则化因子自适应选取引入径向反演方法中,提高了反演效率和数据拟合程度。自适应正则化径向反演方法在模型数据试算和实际重力数据处理中均取得了较好的效果。     

时频电磁(TFEM)技术：数据联合约束反演

在油气勘探中,时频电磁（TFEM）数据反演可以利用更多的已知资料。充分利用已知资料有效减小反演非唯一性具有重要意义。建立联合反演目标函数,采用人工鱼群算法实现TFEM勘探水平电场和垂直磁场的联合约束反演;设计层厚度、电阻率和极化率等参数三类模型空间,以实现对不同层位参数的灵活约束,给出了模型参数空间设置的方法和规则,能够充分利用或多或少的已知资料对反演参数进行约束;同时提出了三类模型的分步反演方案,其中一些措施有效地减小了反演结果的非唯一性、提高了反演精度。模型测试和实际剖面反演表明,人工鱼群算法和分步约束的反演方案能够很好地克服反演的非唯一性并确保勘探精度和效果,有较强的实用性。     

时频电磁法多分量联合反演及在川西火成岩勘探中的应用

近年来,非地震勘探在川西地区火成岩、深层结构和断裂研究方面发挥了一定的指导作用,特别是时频电磁法通过弱异常信息提取、精细反演,在寻找火山通道、探索火山岩形成机制方面效果良好。由于人工场源的存在,其产生的非平面波效应、阴影效应以及场源附加效应会造成资料反演的多解性,使数据反演成像的质量偏低,甚至造成假异常。多分量电磁场反演是克服上述困难的一种有效手段。从时频电磁勘探的原理出发,推导了二维模型三维源九点差分结构的有限差分正演公式。根据正则化反演原理,构造了多分量联合反演目标函数,推导了适合时频电磁法的多分量联合反演算法。为了平衡不同分量之间数量级的差异,在反演过程中增加了动态平衡系数。理论模型测试结果表明,相对于单分量数据反演,多分量联合反演对模型恢复的效果更好。加噪模型数据测试结果表明,该算法正确、可靠,同时具有较好的抗噪性。利用该方法对川西地区实测时频电磁数据进行处理,反演结果与钻井信息和其他已知信息吻合,证明该算法实用且有效。     

弹性阻抗反演的后验正则化方法

岩石的脆性指数是页岩气藏评价的关键参数之一。相对于叠后声波阻抗反演和AVO反演方法,弹性阻抗反演能得到更为丰富、稳定、可靠的弹性参数反演结果,有利于页岩敏感性脆性指数的选取。但是,弹性阻抗反演为Hadamard意义下的不适定问题,即不能同时满足解的存在性、唯一性和稳定性的要求,需要利用正则化方法并辅之以适当的最优化技巧来提高解的稳定性和准确度。为克服弹性阻抗反演问题的不适定性,本文建立基于L₂范数约束的Tikhonov正则化反演最优化模型,辅以后验最优正则参数选取方法,并提出求解极小化问题的双滤波因子正则化算法。理论模型和实际数据的数值试验表明双滤波因子正则化算法是可行和有应用前景的。     

基于随机分布共网格模型的重磁电震联合反演技术及应用

针对重力、大地电磁与地震资料联合反演存在的精度和稳定性问题,应用以下技术:①基于统一物性随机分布共网格模型的建模技术;②通过改进地震走时的二维射线追踪计算方法以适用于复杂地质模型;③引入Tikhonov正则化思想至反演中,并加入先验信息进行模型约束,实现重、磁、电、震同步联合反演;④通过模型试验的对比分析对关键参数进行优化;⑤采用完全非线性的全局寻优模拟退火算法,以提高解决复杂问题的能力.实际应用效果表明,加入有效模型约束的正则化联合反演,可以提高反演的稳定性和计算精度,获得更接近实际的结果.     

时频电磁(TFEM)勘探技术：数据采集系统

大功率电磁仪器系统是深部矿产资源勘探的基础,发展大功率、高精度电磁仪器具有重要意义。基于深层油气勘探需求开发的时频电磁（TFEM）勘探仪器系统,可同时实现时间域和频率域电磁一体化勘探。模拟研究证明,该系统的技术指标能够满足时间域与频率域、电法与磁法的一体化勘探要求,亦可实现近区和远区的数据采集。这套由东方地球物理公司（BGP）自主研制的时频电磁法仪器系统包括大功率恒流电磁发射机、分布式/节点式多类型电磁信号接收机等。接收机的动态范围大于120dB,可接收信号的频率范围是0.001~500Hz,数据采集实验证明其技术指标达到了国际同类仪器水平,可为中国深部资源勘探提供有力支撑。     

全域正则化快速匹配追踪稀疏地震反演方法

匹配追踪算法(MP)自提出以来便被广泛应用于信号处理领域。文中首先利用时频域褶积算子与初始模型约束构建匹配追踪的冗余字典,在全时频域内筛选出所有可能的匹配原子构成备选原子库;然后利用正则化方法从备选原子库中筛选出能量最大的子集构成最终的匹配原子库,即一次迭代即可筛选出多个匹配原子。据此形成的上述全域正则化快速匹配追踪算法具有计算效率高、鲁棒性强等优点。此外,将初始模型约束与时频域联合反演方法引入反演框架,可有效提高反演结果的精度。对所提方法进行的一维、二维模型及三维实际资料的测试结果表明,全域正则化快速匹配追踪地震反演方法相较于常规匹配追踪的计算效率得到明显提高,反演结果既具有良好的鲁棒性,同时拥有较好的层位边界保真度。     

利用自适应混沌遗传粒子群算法反演瑞雷面波频散曲线

为了提高瑞雷面波频散曲线的反演精度,减少反演过程中的多解性,获取更准确的地下横波速度结构,本文从反演算法入手,对基本的粒子群算法进行改进,提出了一种能同步提高全局和局部搜索能力的自适应混沌遗传粒子群算法（ACGPSO）：即先采用自适应惯性权重,并设置粒子的节速度,再引入遗传算法的交叉和变异操作及单维全分量的混沌局部搜索。利用该算法对理论模型的无噪和含噪基阶频散曲线进行反演,且针对含噪数据加入二阶与三阶频散曲线进行联合反演。所得反演结果与常规粒子群算法反演结果的对比表明：ACGPSO算法具有更好的稳定性和抗噪性,且基于该算法的联合反演能有效降低解的多解性,显著提高解的精度。对实际数据所做的两步法反演的效果进一步验证了该算法的适用性。     

地震波形反演与测井联合的三维建模方法

基于褶积模型的地震反演能得到较高分辨率的结果,但它对初始模型的依赖性强。依托波动理论的波形反演法可获得准确、稳定的低频信息,横向保真性高;测井资料纵向分辨率高,频率信息丰富。本文提出一种基于波形反演结果和测井资料的联合建模方法,综合波形反演结果横向高保真性和测井资料纵向高分辨的优势,提高初始模型的构建精度,进而提高反演结果的精度。应用结果表明,联合构建的三维模型不仅具有波形反演结果的低频特征,还具有测井资料纵向高分辨率的优点,以此作为褶积模型反演的初始模型,提高了储层预测的精度。