自适应有限元法的大地电磁二维各向异性正反演

电性各向异性广泛存在于地壳和上地幔范围内,对观测电磁场有不可忽视的影响。大地电磁法能够探测大范围深部电性结构并反映其各向异性特征,但目前关于该方法各向异性二维正反演的研究还有待加深。利用基于非结构网格的自适应有限元法求解对角各向异性情况下大地电磁正演控制方程,既有利于起伏地形和复杂地质构造的建模,又便于模拟包含多种尺寸结构的地电模型;网格的自动细化可避免人为网格划分导致的计算误差并可提高计算效率。反演算法则采取了经典模型空间Occam策略,使得模型的搜索过程非常稳定,能在较少迭代次数内获得合理的反演结果。对经典四层层状模型和二维各向异性块体模型进行了正演模拟试算,并分别与一维准解析解、二维有限差分数值解结果进行对比,验证了正演算法的准确性;最后对一复杂海底起伏各向异性模型进行了反演试算,反演结果准确反映了各向异性异常体的存在,并成功地还原了真实模型的主要电性特征。     

大地电磁测深“降维逼近法”二维反演

本文提出了一种新的二维MT反演方法－－“降维逼近法”。该方法将每次二维反演迭代分解为二维正演和每个测点的精确一维反演两个过程。因此，在算法过程中避免了偏导数矩阵求解和大型反演方程组求逆两大难题，同时，每次迭代只需一次二维正演，从而加快了反演速度，模型试验表明，该方法是一种稳定收敛、实用有较为精确的方法。降维逼近法反演的最大横向分辨率等同于MT测点点距，纵向分辨率最大限度地体现了观测数据所能反映的构造分辨率。在MT固有的等值性范围内，降维逼近法能较好地恢复地下电性构造的形态。理论和实践都表明，该反演方法比同步阵列大地电磁测深（SAMT）和连续电磁剖面法（CEMP）等MT方法的效果更佳。     

带地形的大地电磁测深联合二维反演

山区大地电磁测深资料主要受地形与浅层电性非均匀体的共同影响,各自的影响一般很难单独分开且有效地进行校正,本文成功地确定了一种将地形与浅层电性非均匀体对大地电磁测深影响同时校正的二维反演方法－带地形的ＴＥ与ＴＭ联合二维反演方法,其具体实施过程可分为ＴＥ与ＴＭ极化曲线的识别,模型的建立和反演三步。经理论模型试算与实际资料处理表明,用该方法对山区大地电磁测深资料处理是适用的,有效的。     

MT勘探中地形影响问题的讨论

本文通过二维、三维正演模拟研究地形对大地电磁测深（MT）资料的影响。针对性地提出了解决问题的办法：（1）采用特殊的野外观测装置;（2）进行数值模拟以减小或压制地形影响的作用。这对于获得可信的MT资料十分有用,也有利于我们最终得到可靠的地质构造。     

二维热储激电模型的大地电磁模拟及其响应特征分析

储层岩石在低频电磁场作用下,会同时发生电磁感应和激电效应。为解决目前深层地热大地电磁(MT)勘探以单一电阻率作为解释参数的局限性,以及温度与激电参数间关系不明确等问题,有必要开展基于深层热储激电模型的MT响应特征研究。从Maxwell方程组出发,基于MT正演理论,引入Cole-Cole复电阻率模型,实现了二维激电介质的有限差分MT正演。对比二维MT有限差分正演与一维解析解结果,验证了算法的正确性。结合岩石电阻率与温度经验关系,开展了不同激电模型条件下二维MT正演模拟。分析不同激电参数对深层热储视电阻率与相位的响应特征,发现极化率参数引起的激电响应比时间常数和频率相关系数明显,且H偏振(TM)模式对激电参数的反应灵敏度优于E偏振(TE)模式。建议在实际深层地热MT勘探中,采用TM极化模式进行资料反演,并以电阻率和极化率两种参数联合解释,有助于提高地热勘探与热储评价效果。     

可控源频率域电方位各向异性与近场效应研究

利用人工场源进行电磁勘探时，均存在划分近、远区场的问题。本文以方位各向异性半无限大地为模型，通过计算得到了接地水平电偶极子(HED)的远区场距离(FFD)，提出了以相对偏差η≤5％作为划分近、远区场的判断条件。经过数值试验研究了方位各向异性对近、远区划分的影响。得出了如下结论：当各向异性参数一定时，远区场距离(FFD)与趋肤深度之间存在线性关系；地层走向方向的远区场距离(FFD)受各向异性的影响程度要比其正交方向大得多，且其值同样也比正交方向大得多。     

海洋MT正演模拟研究及其应用

本文首先介绍了海洋MT的特点、方法原理和正演模拟实现过程,并通过 模型试验和中国东海北部DH剖面大地电磁场的二维正演模拟计算以及所做的结果分析,阐明了海洋MT在海洋资源勘探领域以及分辨洋底地壳地质属性的能力,最后对海洋MT的应用前景进行了探讨和展望。     

基于四叉树网格的MT二维正演

本文提出了一种基于四叉树网格剖分的大地电磁（MT）响应有限差分正演算法。首先基于四叉树数据结构进行模型网格剖分,然后用待定系数法推导了该网格中各类节点的有限差分计算公式,实现了复杂模型大地电磁响应的正演计算。多个模型计算结果表明,该算法与常规的有限差分法和有限单元法的计算精度相当时,在计算效率上有较大提高。     

二维非均匀各向异性介质中地震波运动学问题的正演模拟

在各向异性介质中,地震波的传播速度随着波传播方向的不同而存在差异。各向异性的研究对于岩性地震勘探等工作的开展是有一定的理论和实际意义的。 在本文中,作者阐述了各向异性介质波动射线方法的基本原理,并利用波动射线法研究了二维非均匀的各向异性介质中地震波的运动学问题。     

有限元直接迭代算法在MT二维正演计算中的应用

本文将有限元直接迭代算法（ＤＩＦＥ）用于ＭＴ二维正演计算,充分利用了有限元直接迭代算法同时具有有限元和有限差分基本特征的优点。文中首先简要阐明了ＤＩＦＥ的基本原理,并以此为基础编制了ＭＴ二维正演计算的通用程序。在编程中,采用交叉对称三角形网格离散模型、交替方向线松弛算法求解有限元方程组、二次插值函数求解辅助场;在ＴＥ极化模式下,在空气中考虑了介电常数以及地形的影响。实例说明本文所采用的方法在适应性     

基于非结构外推多重网格法的带地形二维大地电磁各向异性有限元正演

基于非结构化网格的大地电磁各向异性有限元正演模拟若采用经典迭代法,收敛速度慢,不适用于复杂地电模型的正演计算。多重网格法作为经典迭代法的改进算法,是求解椭圆方程离散线性系统的一种有效算法。然而,经典多重网格法依赖于嵌套的正交网格,无法直接应用于非结构化网格问题的求解。笔者提出一种基于半结构化网格,即通过对一个初始的非结构网格进行逐层二分加密,并利用外推瀑布式多重网格算法(EXCMG)快速求解各向异性介质中二维大地电磁有限元正演大规模复线性系统。EXCMG算法运用三角形网格上的外推和高次插值技术,构造新的多网格延拓算子,通过两层粗网格上的数值解构造下层密网上有限元解的高阶逼近,作为多网格磨光算子BiCGStab的迭代初值,加速迭代收敛。对国际标准测试模型(COMMEMI-2D1和COMMEMI-2D4)运用该方法进行测试,得到的视电阻率和相位相对误差均在1%以内,求解时间较BiCGStab、聚合型代数多网格法(AGMG)大幅缩短。EXCMG算法具有较好的拓展性和适应性,可处理复杂地电模型、任意起伏地形和各向异性问题。     

斜井中各向异性储层阵列侧向测井正演响应特性

阵列侧向测井是在常规双侧向测井仪器的基础上发展起来的一种新型测井仪器,可提供6种不同探测深度的电阻率值。利用有限元数值模拟技术对阵列侧向测井响应进行了模拟,研究了斜井状态下仪器响应随井斜角、储层各向异性系数变化的特征。研究表明:当井斜角小于30°时,R_1,R_2受影响较小;井斜角大于30°,阵列侧向测井响应普遍受井斜角影响较大;井斜角小于30°时,R_3,R_4,R_5基本不受储层各向异性特征的影响;井斜角大于30°,R_3,R_4,R_5随各向异性系数变化明显;探测深度较浅的R_1,R_2受储层各向异性特征影响明显。     

无网格点插值法大地电磁二维正演数值模拟

作为网格法数值计算的重要补充和发展,无网格法(meshfree)是近十多年来兴起的一类数值计算新方法。点插值法(point interpolation method,PIM)是一种简单高效的无网格方法,克服了有限元法计算复杂模型时网格生成困难的缺陷,在计算力学领域取得了良好的应用效果。将无网格点插值法(MPIM)应用于大地电磁二维正演数值模拟,介绍了点插值法的基本原理,给出了大地电磁二维变分问题的无网格化求解过程。多个二维理论模型的无网格点插值法(MPIM)、无单元Galerkin法(element-free Galerkin method,EFGM)和有限元法(finite element method,FEM)正演计算结果的对比分析表明:无网格点插值法适用于大地电磁正演,其计算精度较高,较有限元法更便于处理复杂模型;无网格点插值法的精度与无单元Galerkin法相当,但其计算效率更高。     

海岸效应对大地电磁响应的影响及校正方法

在近海地区,受海岸效应的影响,当测点到海岸线的距离小于目标频率的趋肤深度时,大地电磁数据会发生畸变.为此,通过大地电磁三维正演模拟,采用误差估计量化海岸效应的影响,分析不同电性结构条件下海岸效应的变化规律,并利用迭代校正法消除海岸效应.海岸效应的影响范围主要取决于测点到海岸线的距离及浅层的电阻率:随着测点远离海岸线,影...     

方位各向异性粘弹性介质波场数值模拟

当地震信号通过复杂地球介质时,地层除了表现为各向异性,还表现为内在的粘弹性特征。理想的地球介质模型应该能够模拟岩石的各向异性特征和衰减特征。本文给出了各向异性粘弹性介质模型的波动方程及其差分格式,并利用有限差分法实现了地震波波场数值模拟。结果表明了该介质模型中地震波场特征与各向异性主轴方位和介质的粘滞性参数之间的关系。     

各向异性地层中电阻率测井的响应特征

应用模式匹配算法研究了斜井眼中普通电阻车测井的快速正演模拟方法,系统地考察了井眼倾角、地层厚度以及地层的各向异性等对普通电阻车测井的影响。数值模拟结果证明：①在斜井眼中,各向异性地层和各向同性地层在响应特征上存在着很大差异。对于厚度足够大的地层,井眼或地层倾角的变化对各向同性地层的视电阻率几乎没有影响（其影响是由地层视厚度的变化引起的）,但对各向异性地层的视电阻车影响很大。②并眼或地层倾角的增加改变了地层的视厚度,对厚度小于测井仪器纵向分辨率的薄储层的视电阻率产生明显影响。③当薄交互层中各个地层的单层厚度大大小于测井仪器的纵向分辨率时,其上的响应与各向异性地层的响应完全相同。因此,利用各向异性地层上现电阻率随井眼倾角变化的特征,可以从斜井眼的视电阻率测井曲线中识别出各向异性地层。此外,文中还进一步研究了水平层状各向异性地层中倒向和微球型聚焦测井响应特征的差异,以及应用两者的差异识别和划分各向异性地层的方法。     

各向异性介质弹性波场成像的Thomsen参数影响研究与分析

基于各向同性介质假设条件的常规地震处理与反演方法已不能满足现今对高精度、微细构造勘探的要求.因此,加深对各向异性介质的研究,了解影响介质各向异性程度的各种因素的特点可以为基于各向异性介质的地震处理与反演提供有利的参考.以表征介质各向异性程度的Thomsen参数作为研究的出发点,分析各参数对地震波场的运动学和动力学特征的影响,了解在各向异性参数变化时弹性波场的响应情况,并对层状横向各向同性介质的地震正演记录与各向异性参数间的关系进行了分析与研究.通过以上数值模拟研究,可进一步加深对影响介质各向异性程度的各种参数的认识,为介质的各向异性参数反演和分析提供有力依据.     

自适应有限元海洋大地电磁场二维正演模拟

自适应有限元海洋大地电磁场二维正演算法是在完全非结构三角单元网格上实现的,这种网格能够真实地拟合地形起伏、倾斜界面等复杂地质构造,并且该方法能够自动细化网格并在不显著增加计算时间的条件下提供可靠的计算结果。通过模拟二维地电模型大地电磁场响应,并与规则矩形网格有限元数值解进行比较,验证了算法和程序的正确性和精度。最后,计算了两个海底起伏地形模型的大地电磁场响应,且与陆地模型的大地电磁场进行对比,讨论了海底地形起伏对海洋大地电磁场响应的影响。     

可控源电磁法2.5维自适应有限元各向异性正反演

本文基于非结构化的三角单元网格的自适应有限元法进行各向异性介质的正演模拟,其优势在于对起伏地形和复杂地质构造的模拟,采用自适应策略的网格剖分在满足计算精度的前提下尽量减少了计算量;反演运用基于高斯牛顿法改进的Occam算法,在对初始条件要求不高的前提下能快速地搜索拉格朗日乘子、减少模型的搜索量。对一维VTI介质模型和经典二维各向异性海洋油气藏模型进行了正演计算,验证了程序的计算精度和效率;对海底起伏地形各向异性模型进行了反演计算,该算法能够比较准确地还原海底各向同性的围岩、基岩异常体的电阻率以及各向异性异常体的埋藏情况。最后对实测数据进行了反演,进一步验证了算法的可行性。