CSAMT在复杂地质深埋隧道勘察中的应用研究

可控源音频大地电磁法(CSAMT)对野外资料进行圆滑滤波以及静态校正后,以卡尼亚电阻率二维反演剖面为实际勘察资料,在电阻率二维反演剖面的基础上进行地质推断解释.本文将该方法应用于包兰铁路增建二线银川至兰州段地质条件复杂的青天寺隧道勘察,结合工区地质平面图资料以及物性参数,对地下复杂地质结构进行了推断解释.成功划分了构造...     

基于Encom软件的重力三维建模方法研究

地球物理建模是地球物理资料正反演问题的关键环节。二维建模已经不能满足实际需要,三维模拟将发挥更加重要的作用。三维体元模拟具有真实快速的特点,体元三维建模基于2.75D重力建模,其建模思路明确且易于实现。体元三维反演通过反演不同体元的密度参数来实现面积上的正反演拟合,单次的反演难以达到收敛的目的,必须进行多次修正,不断重复反演计算才能达到反演的地下构造和地质体贴近真实的目的。     

电性源短偏移距瞬变电磁法数据处理软件系统SOTEMsoft

目前,已有瞬变电磁法(TEM)数据处理软件大都仅针对回线源装置,无法处理电性源装置数据。随着电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)的广泛推广应用,亟需开发一套适合电性源短偏移距瞬变电磁法装置特点的数据处理软件。通过解决任意收发装置形式一维正演、多分量多源数据联合反演、考虑激发极化效应数据反演、拟二维横向约束反演等关键技术,研发了电性源短偏移距瞬变电磁法数据处理专用软件系统SOTEMsoft。该系统具备数据整理、图像显示、数据预处理、模型构建、正演模拟、数据反演、工程出图等功能。数值模拟和野外实测数据处理效果表明,SOTEMsoft功能完备,数据处理精度和效率较高,满足野外实际生产需求。     

大地电磁三维模型的一维二维反演近似问题研究

设计了一个简单的三维模型———均匀半空间的三维低阻异常体模型。采用51×51×38的网格计算得到了33.333Hz至0.0071Hz之间共34个频率的三维正演响应。选取其中5条具有代表性的测线,比较了不同测线上自适应正则化(ARIA)一维反演结果和非线性共轭梯度法(NLCG)二维反演结果相互之间及其与原三维理论模型之间的异同,研究大地电磁三维模型的一维、二维反演的近似情况。发现:对于三维模型响应,一维、二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,但二维模型对三维模型的近似程度比一维模型要高得多;在二维模型反演中,采用TM模式更易得到真实的模型信息。研究中,采用蒲兴华等(1994)开发的MT三维正演程序进行正演计算,采用“大地电磁数据管理器(MTDATAMNG)”软件进行数据处理和一维、二维反演。     

瞬变电磁三维成像在煤矿含水体探测中的应用

瞬变电磁法探测技术是目前煤矿含水体探测的首选方法,目前瞬变电磁常用的解释手段为一维正反演、二维成果图显示,在描述三维空间地质信息方面略显不足。本文以新疆哈密某煤矿含水体探测项目数据为例,为了能够更加准确地了解地下介质的电性结构,多角度、多方位地显示地下含水体三维空间特征,通过坐标转换,将深度—视电阻率数据转换到三维空间坐标系下,利用三维可视化软件进行三维离散数据网格化,制作了瞬变电磁三维可视化成像模型、含水体三维可视化模型、三维切片等。结果表明,利用瞬变电磁三维成像能够清晰、直观地显示含水体异常在立体空间上的范围及空间位置形态,亦可以清晰地显示二维剖面难以发现的含水构造,有利于对地下含水体赋存状态、连通情况、补给通道等要素的综合分析。     

基于非结构有限元的带地形海洋可控源电磁法二维Occam反演

基于非结构三角形网格的自适应有限元正演模拟,对带地形海洋可控源电磁法(MCSEM)二维Occam反演算法进行了研究。该算法正演采用基于非结构网格的自适应有限元法,能用较少的单元剖分精确地模拟复杂起伏地形和构造模型。反演运用基于高斯牛顿法改进的快速Occam算法,能快速地搜索拉格朗日乘子、减少模型的搜索量。对二维海洋油气藏模型进行了反演计算,结果表明,该算法能稳定收敛到真实模型附近,具有较高的计算精度和计算效率。通过对带地形模型的反演,讨论了起伏地形下海洋可控源电磁场二维反演效果,为准确解释MCSEM数据提供了参考。     

基于MatlabGUI的多球体重力正演

为了更好地解决重力勘探中的正演、反演问题,提高重力勘探资料的解释精度,在MatlabGUI程序开发环境下对地球物理多个球体重力异常正演问题进行了研究与程序编写,重点研究了一个均匀球体、两个及两个以上均匀球体模型的正演模拟,使一些较复杂的重力问题能够通过多球体模型近似模拟得以解决。该正演模拟程序界面简洁,操作方便,可交互输入球体模型深度、密度、半径等参数,模拟结果可进行三维、二维等多方式显示,三维曲面可任意调整观测视角,二维曲线可任意选择测线位置进行显示。本程序的模拟结果可以为复杂球体重力勘探资料解释与反演提供参考,也是球体重力问题正演研究的有效手段。     

复杂介质频率域地面可控源电磁法２.５维快速成像

基于微分方程法的复杂介质地面可控源电磁数据的正反演算法研究比较成熟,但其涉及复杂计算过程及昂贵的计算代价。采用体积分方程法,结合Ａｎｄｅｒｓｏｎ解析算法、稳定型双共轭梯度－快速傅里叶变换算法降低计算量及存储量要求;采用对比源反演算法,利用伴随算子及快速傅里叶变换算法提高多频率数据的反演迭代效率,开展复杂介质可控源电磁频率域数据的２.５维快速正反演算法研究。３个不同复杂度模型算例表明,积分方程法２.５维算法在复杂地形及大尺度地下目标体的模拟中具有独特优势;对比源反演过程避免了病态雅可比矩阵及其逆矩阵计算,无需正演算子,反演迭代稳定收敛。     

基于“烟圈”理论的圆锥型场源瞬变电磁优化反演

针对瞬变电磁圆锥型场源装置,采用汉克尔变换和余弦变换数值滤波法对该场源和中心回线源瞬变电磁正演响应进行了计算.将"烟圈"反演结果转换到频率域作为初始模型,采用最小二乘正则化方法对反演结果进行了改进.以电阻率100Ω·m的均匀半空间模型对两种反演方法进行了验证,并在此基础上对2层、3层和4层典型地电模型开展了正反演计算.最后,在某矿集区开展了短剖面实验,并采用2种反演方法对实测数据进行了处理.研究结果表明:用最小二乘正则化方法改进后的反演电阻率更接近于模型电阻率,反演深度更接近层界面,具有一定的分层效果;其视电阻率拟合曲线与模型的重构误差在10-4~10-3范围内.对均匀介质模型开展的反演表明,改进后的反演电阻率与模型电阻率的相对误差约为0.2%,而"烟圈"反演的相对误差超过0.8%.     

基于二维数据的加权非线性共轭梯度三维反演

针对当前电阻率数据的解释仍以二维反演为主,而地下为三维结构的情况,研究起伏地形条件下三维源二维采集方式获取的多条测线测深数据的三维反演问题。正演算法采用三棱柱剖分的有限单元法,可以模拟起伏地形下的复杂模型;在求解大型线性方程组时采用了不完全乔利斯基分解回代技术,大大提高了三维多点电源的正演计算速度;在计算偏导数矩阵过程中,依据互换原理,只需有效组合正演时每个点电源所对应的节点电位便可得到偏导数矩阵,节约大量计算时间。其次三维反演算法采用加权正则化共轭梯度法,抑制了严重病态的非线性问题。模型计算结果表明:加权非线性共轭梯度反演算法既保证了反演稳定收敛,又能适合起伏地形反演,达到了满意的效果。     

Component temperatures inversion for remote sensing pixel based on directional thermal radiation model

When the remote sensing pixel is composed of multiple components and a non-isothermal surface, its directional signature of thermal-infrared radiation is mainly determined by the 3D structure of the pixel. In this paper, we present our simple directional thermal radiation model to describe the relation between the pixel thermal emission and the pixel's component parameters, and invert the model to get the component temperatures. For the inversion algorithm, we focus on how to use the information of given observations in a more effective way. The information content in data space and parameter space is defined, and the transferring of information content in inversion procedure is studied. Our forward model and inversion method are validated using indoor directional measurement data.     

新疆库木库里盆地二维电性结构特征分析与研究

对新疆库木库里盆地的一条大地电磁测深剖面(2005-C)通过频点加密的处理后,获得比常规处理频段更宽的视电阻率和相位资料,采用NLCG二维反演新技术对原始加密频点的视电阻率和阻抗相位资料进行约束反演,通过与常规频段的连续介质反演、RRI二维反演结果比较分析,寻找适合本测区电性结构的最佳反演方法;同时,结合有限的区域地质资料和2005年同期完成的盆地内物性资料,对库木库里盆地新生代地层二维电性结构形态、盆地地层格架及第三系埋深进行了较为可靠的推断。     

基于量子行为粒子群算法的航空瞬变电磁拟二维反演技术

传统的确定性反演算法严重依赖初始模型,易陷入局部极小值中,导致最终反演结果偏离真实模型。粒子群(PSO)算法作为一种随机性反演算法,具有较强的跳出局部极小值的能力,但是仍存在早熟收敛和收敛速度慢等问题,限制了该算法在二、三维电磁反演中的发展。针对上述问题,首先提出采用量子行为粒子群(QPSO)算法代替传统粒子群算法,将量子在势阱中运动规律引入到粒子群算法中,使得粒子可以出现在势阱内任何存在概率分布的位置上,有效地克服了由于群体的聚集性所导致的早熟收敛问题。此外,采用拟二维反演算法代替传统二维反演算法,使得反演模型参数维度下降,寻优过程中局部极小值个数将大幅度减少,显著提高粒子群算法的收敛速度,但是在粒子群中开展拟二维反演时,传统的正则化参数的寻优过程将浪费大量计算资源。结合量子行为粒子群算法中各测点的全局最优粒子在粒子群进化过程中的重要地位,采用α-Trimmed方法开展相邻点间全局最优粒子模型参数光滑约束,实现粒子群算法快速横向约束反演。最后将量子行为粒子群算法拟二维反演技术应用到含噪全航空瞬变电磁仿真数据处理中,反演结果与原始模型具有较好的一致性。     

广西花山-姑婆山花岗岩体的三维形态

为了解广西花山-姑婆山花岗岩体的三维形态,使用广西花山-姑婆山花岗岩体的重力资料,首先在花岗岩体的露头范围内,选择一些均匀分布的重力剖面,采用人-机联作的2.5维重力模拟反演方法,求出岩体的断面形态;综合这些断面图,描述花岗岩体的三维切片形态。其次,用粒子群法进行重力三维反演,利用岩体的出露部分和对重力异常上延不同高度求垂向三阶导数的零值线作为参考约束条件,直接反演出岩体的三维分布,绘制花岗岩体的三维立体图。结果表明,花山-姑婆山花岗岩体最大分布面积约为1 596 km2,花山岩体的最大厚度约为11.6 km,姑婆山岩体的最大厚度约为22.7 km。     

近地表空间梯度瞬变电磁粒子群优化反演研究

空间梯度瞬变电磁测量方法利用以发射线圈为对称平面的两个同规格接收线圈信号相减,消除了一次场互感影响,使得早时段瞬变电磁响应得到精确测量,为近地表电性结构层探测提供技术支持.瞬变电磁法一维正演理论研究表明:相比于重叠回线装置,空间梯度瞬变电磁观测模式在早时段(1 ms内)记录具有优势,对近地表30 m深度范围内的介质地电...     

可极化大地上CSAMT激发极化效应的研究

采用Cole-Cole模型来模拟大地可极化,对三层水平地层且中间层为极化层的可控源音频大地电磁激电测深的视电阻率进行理论计算,分析极化参数对视电阻率曲线的影响规律．采用广义逆方法对三层水平地层且中间层为极化层的模型进行了理论的反演,初步得出：提取极化大地上可控源音频大地电磁测深数据中的激电效应是可能的。     

基于阻尼型高斯牛顿法的三维直流电阻率反演

直流电阻率法是浅层水文、工程、环境、考古等与人类社会生活密切相关探测领域的重要手段。地下目标体多表现为三维电性结构,因此,需要对直流电阻率法的三维正反演进行研究和探索。本文利用阻尼型高斯牛顿法的三维直流电阻率反演方法,在迭代的过程中,避免了直接计算偏导数矩阵,而只需计算偏导数矩阵及其转置与任一向量的乘积,同时结合预处理的共轭梯度法求解模型修正量,节省了内存存储量,加快了反演速度。通过对不同模型进行模拟计算,反演结果与实际模型吻合的很好。     

基于2．5D模型和3D模型的重震联合反演对比分析

由于三维可视化显示技术的复杂性和任意形状、多个沉积层模型三维正演计算的复杂性,目前国内外大多采用2．8D模型。本文根据南方海相油气勘探的实际情况,编制了基于8D模型的可视化重震交互反演系统。通过理论模型的验证,对实际资料处理结果的对比,8D重震联合反演克服了2D或2．8D模型难以模拟复杂地质构造带的问题,较好地解决了海相地区地震资料品质差、信噪比低导致地震解释模糊甚至无法给出解释的困难,取得了明显的地质解释效果。     

垂直电测深二维反演中非均匀初始模型的给定

为了提高垂直电测深二维反演的收敛速度和反演精度,给出了利用直接反演公式确定初始模型的方法。在直接反演过程中,通过综合利用三次样条求导法、五点求导法和列维尔插值计算电测深曲线在每个极距处的梯度,并对直接反演结果进行深度校正,获得了更准确的反演结果,为二维反演提供了较好的初始模型。通过对模拟和实测电测深数据进行反演试算,验证了采用直接反演法给定非均匀初始模型的可行性和有效性。     

Component temperatures inversion for remote sensing pixel based on directional thermal radiation model

When the remote sensing pixel is composed of multiple components and a non-isothermal surface, its directional signature of thermal-infrared radiation is mainly determined by the 3D structure of the pixel. In this paper, we present our simple directional thermal radiation model to describe the relation between the pixel thermal emission and the pixel’s component parameters, and invert the model to get the component temperatures. For the inversion algorithm, we focus on how to use the information of given observations in a more effective way. The information content in inversion procedure is studied. Our forward model and inversion method are validated using indoor directional measurement data.