起伏地形下线源频率域电磁场二维正演模拟
可控源音频大地电磁法探测隐伏断层的正演模拟
工程地质计算机应用
年第 期
总期
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模型三 断层埋深
图 模型二正演模拟阻抗相位一频率断面图 米
图 模型三正演模拟视 电阻率一频率断面 图
图 模型三正演模拟阻抗相位 一频率断面 图
不同断距 的隐伏断层正演模拟
设计第二组对 比试验 ,包括三个地质模型 模型二 、模型四和模型五 。地层都是分为两层 ,
探测隐伏断层的研究现状
作为电法勘探方法 中的一种 , 可控源音频大地 电磁测深法 简称
由于其独特 的优点而受到
人们的关注 。
采用可控制人工场源 , 测量 由电偶极源传送到地下的电磁场分量 , 兼有剖面和测深
双重性质 , 很多成功的工程实例证 明 , 应用可控源音频大地 电磁法勘察工程地质活动 中的不 良地质体是比 较有效的一种方法 。但用可控源音频大地 电磁法研究隐伏断层是近几年来才逐渐开始的 。日本学者
年第 期
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典澎璐礴莽曰认一︸州
图 , 模型五正演模拟视 电阻率一频率断面图
图 模型五正演模拟阻抗相位 一频率断面 图
结论与建议
通过两组地质模型 的对 比模拟研究 , 可 以总结出以下几方面结果 相位数据对断层反映很敏感 , 特 别是断层左右两边岩性不 同时 , 阻抗相位截然不 同 , 界限明显 ,
几,
,
众 ,坑
, 在 号点处有一垂直断层 , 断层埋深
。三个模 型 中的断层 断距不
工程地质计算机应用
的 年第 期
总期
同 , 分别为 、 、 。正演计算的视电阻率一频率断面图 、阻抗相位 一频率断面图分别见图
起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋CSEM反演研究
第46卷 第2期2024年3月物探化探计算技术C O M P U T I N G T E C H N I Q U E S F O R G E O P H Y S I C A L A ND GE O C H E M I C A L E X P L O R A T I O NV o l .46 N o .2M a r .2024文章编号:1001-1749(2024)02-0197-09起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋C S E M 反演研究覃金生(东华理工大学地球物理与测控技术学院,南昌 330013)摘 要:笔者利用O C C A M 方法实现了M P I 并行的2.5维海洋C S E M 反演算法㊂正演采用基于非结构网格的有限元方法,在精确模拟海底起伏地形和构造模型的同时,对核心区域和扩展区域进行不同尺度的剖分以减少反演参数㊂水平海床和起伏海床的理论模型算例表明,沿测线发射的2.5维剖面数据对垂直各向异性模型的恢复效果优于水平各向异性模型㊂复杂海底地形模型的试算结果表明,带地形沉积层的存在会对反演结果产生较大影响,在实际资料解释中应该引起重视㊂关键词:海洋可控源电磁;起伏地形;反演;各向异性中图分类号:P 631 文献标志码:A D O I :10.3969/j.i s s n .1001-1749.2024.02.09收稿日期:2023-08-11作者简介:覃金生(1999-),男,硕士,主要研究方向为地球物理电磁勘探,E -m a i l :2116205112@q q.c o m ㊂0 引言近二十年是海洋勘探技术发展的黄金时期,作为海洋地震勘探的有效辅助手段,海洋可控源电磁方法(M a r i n e C o n t r o l l e d S o u r c e E l e c t r o m a gn e t i c M e t h o d ,M C S E M )被广泛应用于海底油气资源与深部地质构造的探测[1-3]㊂我国对M C S E M 的研究及其应用起步较晚,数值模拟方面仍以二维和三维各向同性为主㊂但由于海洋油气成藏环境的复杂性,使得储层在宏观上往往呈现电导率各向异性特征[4-5],此时,在二维地质构造假设条件下,各向同性的2.5维反演算法并不能适应这种模型,往往难以准确反映储层特征㊂因此,从物理模型的适应性出发,在现阶段2.5维反演技术作为主流的条件下,对反演算法进行拓展以支持各向异性介质反演是极其必要的,可综合对比同性和异性反演结果,有效提升解释的可靠性,并有望通过各向异性参数的反演恢复对储层电性解释提供更多参考㊂近年来,海洋可控源电磁各向异性介质影响的研究受到了广大学者的关注㊂罗鸣等[6-7]详细分析了海洋覆盖层和高阻储层电阻率各向异性对电磁场响应的影响,并在此基础上实现了一维垂直各向异性的频率域海洋可控源数据的反演;M a s n a gh e t t i 等[8]对2.5维海洋可控源电磁垂直各向异性介质反演进行分析研究,结果表明必须将o f f l i n e 数据考虑在内可以充分恢复水平电阻率分量;K e y 等[9]和R a m a n a n ja o n a 等[10]实现了2.5维垂直各向异性介质条件下的M C S E M 反演研究;W i i k 等[11]年采用基于电磁场的积分方程的对比源方法实现了垂直各向异性介质的M C S E M 三维反演,指出垂直各向异性介质反演对弱异常的识别更加有效;N e w m a n 等[12]㊁彭荣华等[13]㊁赵宁等[14]和M o r t e n 等[15]采用不同的正演求解方法分别实现了V T I 介质的M C -S E M 三维反演㊂在各向异性条件下,海床地形和沉积层往往会对反演结果产生影响,而该方面的研究工作还相对较少,需要进一步的探索㊂笔者对起伏地形2.5维海洋可控源电磁各向异性问题进行反演研究,为精确模拟海底起伏地形和地质构造模型,采用非结构三角网格进行剖分,同时对核心区域和扩展区域分别采用不同网格尺寸进行剖分,确保计算精度的条件下减小计算工作量㊂采用基于M P I 并行的O c c a m 反演方法[16-17],对不同情况下的各向异性模型分别进行试算㊂1 主轴各向异性正演理论海洋电磁勘探利用的频率范围通常为0.01H z~10H z ,满足准静态条件(σ≫ωε),因此求解电磁场时可忽略位移电流的影响㊂此时可建立以下频率域电磁场控制方程(取时间因子e-i ωt):浣ˑE -i ωμH =0(1)浣ˑH -σE =J s(2)其中,E 为电场强度;H 为磁场强度;J s 为电性激励源的电流密度矢量;σ为模型电导率;μ取真空磁导率μ0(不考虑介质的磁导率变化)㊂在主轴各向异性反演研究中,介质的电导率只有三个沿坐标轴方向的分量,其张量形式可表示为:σ=σx0 00 σy00 0 σz(3)假设地质体走向为x 方向,σ张量只沿坐标轴y ㊁z 方向变化,沿走向不变,此时由于场源为三维响应,所以海洋可控源电磁主轴各向异性问题是一个2.5维问题㊂考虑到海洋可控源电磁勘探多场源的特性以及复杂地形的影响,采用直接求解总场的方法,在直角坐标系中,对式(1)和式(2)沿走向进行傅里叶变换并展开得到如下方程:∂E ^z ∂y -∂E ^y∂z =i ωμ0H ^x (4)∂E ^x∂z-i k x E ^z =i ωμ0H ^y (5)i k x E ^y -∂E ^x∂y=i ωμ0H ^z (6)∂H ^z∂y-∂H ^y∂z-σxE ^x =J ^x (7)∂H ^x∂z-i k x H ^z -σyE ^y =J ^y (8)i k x H ^y -∂H ^x∂y-σz E ^z =J ^z(9)其中,k x 是x 方向上的空间波数,J ^x ㊁J ^y 和J ^z 代表波数域中场源电流密度沿直角坐标系的坐标轴分量㊂结合方程(4)~(9),可得到以下微分方程:∂∂y (σy λy ∂E ^x ∂y )+∂∂z (σz λz ∂E ^x ∂z )-∂∂y (i k x λy ∂H ^x ∂z )+∂∂z (i k x λz ∂H ^x ∂y )-σx E ^x =-∂∂y (i k x λy J ^y )-∂∂z (i k x λz J ^z )+J ^x(10)∂∂y (C λz ∂H ^x ∂y )+∂∂z (C λy∂H ^x ∂z )-∂∂y (i k x λz ∂E ^x ∂z )+∂∂z (i k x λy ∂E ^x ∂y )-C H ^x =-∂∂y (C λz J ^z )+∂∂z (C λyJ ^y )(11)其中,C =i ωμ0,λy =k 2x -i ωμ0σy ,λz =k 2x -i ωμ0σz ㊂为尽量准确模拟海床起伏,在正演计算区域Ω内使用非结构有限单元法数值求解以上控制方程的边值问题,式(10)和(11)的加权余量积分如下:ʏΩA 1㊃δE ^x d Ω=ʏΩf 1㊃δE ^x d Ω(12)ʏΩA 2㊃δH ^x d Ω=ʏΩf 2㊃δH ^x d Ω(13)其中,A 1㊁A 2分别为方程(10)㊁(11)的左端项,f 1㊁f 2分别为方程(10)㊁(11)的右端场源项㊂假设n y㊁n z 表示单元边界外法线与坐标轴之间夹角的三角函数,利用格林公式[18],结合方程(12)和(13),方程(10)㊁(11)变为:-ʏΩ(σy λy ∂E ^x ∂y ∂δE ^x ∂y +σz λz ∂E ^x ∂z ∂δE ^x ∂z -i k x λy ∂H ^x ∂z ∂δE ^x ∂y +i k x λz ∂H ^x ∂y ∂δE ^x ∂z )d Ω+ɥΓ(σy λy ∂E ^x ∂y δE ^x n y +σz λz ∂E ^x ∂z δE ^x n z -i k x λy∂H ^x ∂z δE ^x n y +i k x λz ∂H ^x ∂y δE ^x n z )d Γ-ʏΩσx E ^x δE ^x d Ω=ʏΩ(i k x λyJ ^y ∂δE ^x ∂y+i k x λzJ ^z∂δE ^x ∂z+J ^x δE ^x )d Ω-ɥΓ(i k x λyJ ^y δE ^x n y +i k x λzJ ^z δE ^x n z )d Γ(14)-ʏΩ(C λz ∂H ^x ∂y ∂δH ^x ∂y +C λY ∂H ^x ∂z ∂δH ^x ∂z -i k x λz ∂E ^x ∂z ∂δH ^x ∂y +i k x λy ∂E ^x ∂y ∂δH ^x ∂z )d Ω+ɥΓ(C λz ∂H ^x ∂y δH ^x n y +C λy891 物探化探计算技术46卷∂H ^x∂z δH ^x n z -i k x λz ∂E ^x ∂z δH ^x n y +i k x λy ∂E ^x ∂y δH ^x n z )d Γ-ʏΩC H ^x δH ^x d Ω=ʏΩ(C λzJ ^z∂δH ^x ∂y-C λyJ ^y ∂δH ^x ∂z)d Ω-ɥΓ(C λz J ^z δH ^x n y -C λyJ ^yδH ^x n z )d Γ(15)采用开源代码T r i a n g l e 程序[19]构建模型的非结构有限单元网格,将区域Ω离散为多个三角单元,对每个单元的式(14)㊁(15)分别积分并联立为线性方程组㊂采用P a r d i s o 直接求解器求解该方程组即可得到波数域的电磁场解E ^x 和H ^x ,再通过傅里叶反变换即可得到空间域电磁场值㊂2 O c c a m 反演O c c a m 反演算法是基于正则化思想的最小二乘方法[20-22],它对以下无约束最优化问题求极小:U =μR m 2+ W (d -F (m )) 2(16)其中,m 是n 维模型参数向量;R 为粗糙度算子矩阵;μ是正则化算子,用于平衡模型粗糙度与数据拟合差,若μ取值较大,反演结果倾向于结果的光滑,反之则更倾向于拟合数据;W 是对拟合差的对角加权矩阵;d 为观测数据矢量;F (m )为模型m 对应的正演响应㊂对于这里所研究的主轴各向异性模型,模型向量可表示为:m =m x m ym z(17)其中,m x =(σx 1,σx 2, ,σx i ),表示第i 个剖分单元内电导率的x 分量㊂则模型粗糙度可表示为:R m 2= R m x 2+ R m y 2z 2'2()其中,标量λ为各向异性惩罚项,m '=m y m z m x T㊂对于第k 次迭代模型m k ,使目标函数(16)充分下降的迭代式取以下形式:m k +1=m k +μR T R +(W J k )T W J k -1ˑ(W J k )T W d ^-μR TRm k (19)其中,拟合残差向量d ^=d -F (m k )㊂电磁反演工作会消耗大量的计算成本,尤其是在各向异性情况下,二维海洋C S E M 各向异性反演是一个非常耗时㊁耗内存的计算过程,需要根据计算平台应用合理的并行加速技术[23]㊂由于海洋可控源电磁正演各频率的方程相互独立,具有良好的并行性质,因此目前的并行加速方案多采用O p e n M P 或M P I 按频率并行的方案[24]㊂其中,M P I 协议(M e s s a g e P a s s i n g In t e r f a c e P a r a l l e l P r o t o c o l )为进程级并行编程协议,每个进程都有独立的存储空间,可适应于集群环境[25-26],能够实现大规模反演问题的加速计算㊂本文将不同场源㊁不同频率和不同接收位置的计算任务进行合理分配,在个人计算机上实现了M P I 并行加速计算㊂3 模型算例3.1 海床水平地形模型如图1(a )所示,模型y 方向水平向右,z 方向垂直向下,顶部空气层电阻率设定为1ˑ1012Ω㊃m ,中间海水层深度为1k m ,电阻率为0.3Ω㊃m ,海底沉积层中含有一个4k mˑ1k m 的高阻油气储层,其顶部埋深2.5k m ㊂通过水平电偶源沿测线进行激发,发射频率采用0.1H z 和1.0H z,在海底上方50m 处-6k m<y <6k m 范围内设置了11个发射场源,在海底上方0.1m 处-8k m<y <8k m 范围内布设了个接收器㊂图1 水平地形模型F i g .1 H o r i z o n t a l t o p o g r a p h y mo d e l 9912期覃金生:起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋C S E M 反演研究该模型储层取两种各向异性参数:①储层为V T I 介质,水平方向和垂直方向的电阻率分别为20Ω㊃m 和100Ω㊃m ;②储层为H T I 介质,x 方向和y 方向的电阻率分别为20Ω㊃m 和100Ω㊃m ,沉积层电阻率均为1.0Ω㊃m ㊂对于沉积层,同样取两种各向异性参数:①沉积层为V T I 介质,水平方向和垂直方向的电阻率分别为1.0Ω㊃m 和5.0Ω㊃m ;②沉积层为H T I 介质,x 方向和y 方向的电阻率分别为1.0Ω㊃m 和5.0Ω㊃m ,储层电阻率均为100Ω㊃m ㊂正演计算得到的模型电磁场分量的幅值与相位,在添加4%的随机高斯噪声之后,作为反演计算所需的观测数据㊂反演初始模型如图1(b)所示,仅对-6.5k m ੭y ੭6.5k m ,0k m ੭z ੭6.5k m 的目标区域进行精细网格剖分,而远离求解目标的扩展区域则选择粗网格进行剖分,且空气层和海水层作为固定参数不参与反演计算,共生成4927个三角单元和2556个节点,反演初始模型电阻率设定为1.0Ω㊃m ,并将反演过程的电阻率值限制在㊃㊃范围内以获得更为准确的结果㊂上述模型的反演结果如图2所示,图中的白色圆点和三角为布设的发射器和接收器㊂由图2可见,储层为各向异性介质时,反演结果清晰恢复了储层的电阻率㊁位置和形态特征,且垂直各向异性模型的恢复效果比水平各向异性模型的恢复效果要好,更接近真实模型㊂沉积层为垂直各向异性介质时,储层会变薄,并向水平方向延伸,同时在其周围出现伪影㊂沉积层为水平各向异性介质时,储层会向垂直方向拉伸,且在下方出现了虚假低阻异常㊂图3为海床水平地形模型的反演均方根拟合差(R M S )和粗糙度(R o u g h n e s s )随迭代过程的变化曲线㊂当迭代进行到第10次时,四种模型已开始收敛到了真实模型附近,表明该反演方法真实有效㊂同时,从图可知,沉积层为各向异性介质时,模型收敛速度较慢㊂在粗糙度变化曲线图中,随着迭代次数的增加,模型的粗糙度在总体上逐渐增大,与R M S 呈现出相反的变化趋势㊂图2 水平地形模型反演结果图3 R M S 和R o u g h n e s s 随迭代次数的变化F i g .3 V a r i a t i o n o f R M S a n d R o u gh n e s s w i t h i t e r a t i o n t i m e s 002 物探化探计算技术46卷3.2海床起伏地形模型设计如图4(a)的海洋模型以分析起伏地形下的各向异性反演效果㊂海水层深度为455.59m~ 1167.69m,电阻率为0.3Ω㊃m,储层的大小㊁位置以及场源的激发㊁接收装置的布设均与上述的水平地形模型一致㊂同样构建储层与沉积层各向异性介质模型,参数设置与上述的海床水平地形模型一致,此处不再重复叙述㊂反演初始模型如下图4(b)所示,对-6.5k m< y<6.5k m,0k m<z<6.5k m的目标区域进行精细三角网格剖分,共生成5063个三角单元和2629个节点,反演初始模型电阻率设定为1.0Ω㊃m,反演结果如图5所示㊂由图5(a)和图5(b)可以看出,在起伏地形条件下,同样可以较为准确地恢复储层的电阻率值㊁位置和形态特征,且垂直各向异性模型的恢复效果要优于水平各向异性模型㊂由图5(c)可见,沉积层为垂直各向异性介质时,储层范围在垂直方向上有所缩减,在水平方向上的延伸更为明显,同时在其周围也出现了 伪影 ㊂图5(d)中,储层位置相比于真实模型有所偏移,且向垂直方向拉伸,在其下方出现了虚假低阻异常和分层现象㊂由此可以判断,起伏地形对储层各向异性模型的影响较小,而对沉积层各向异性模型的影响较大㊂图6为海底起伏地形模型的R M S和R o u g h-n e s s随迭代过程的变化曲线㊂对比这四种模型的R M S变化曲线可以看出,沉积层为各向异性介质时,其收敛速度较慢,需要更多次的迭代计算㊂粗糙度变化曲线图中,相比于海床水平地形模型,沉积层为各向异性介质时对应的粗糙度曲线有较大幅度的起伏变化㊂图4起伏地形模型F i g.4 U n d u l a t i ng t o p o g r a p h y m o d el图5起伏地形模型反演结果F i g.5I n v e r s i o n r e s u l t s o f u n d u l a t i n g t o p o g r a p h y m o d e l 1022期覃金生:起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋C S E M反演研究图6 R M S 和R o u gh n e s s 随迭代次数的变化F i g .6 V a r i a t i o n o f R M S a n d R o u gh n e s s w i t h i t e r a t i o n t i m e s 3.3 海底复杂模型如图7(a )所示,沉积层1和2中各自含有一个油气储层A 和B ,底下中间层和底部基岩部分均为各向同性介质,电阻率分别为20Ω㊃m 和1000Ω㊃m ㊂采用与上述模型相同的观测方式,构建储层各向异性介质模型:①储层为V T I 介质时,A 的垂直电阻率和水平电阻率分别为500Ω㊃m 和100Ω㊃m ,B 的垂直电阻率和水平电阻率分别为100Ω㊃m 和20Ω㊃m ;②储层为H T I 介质时,A 在x 方向和y 方向的电阻率分别为100Ω㊃m 和500Ω㊃m ,B 在x 方向和y 方向的电阻率分别为20Ω㊃m 和100Ω㊃m ,沉积层1和2的电阻率分别为1Ω㊃m 和5Ω㊃m ;同样构建沉积层各向异性介质模型:①沉积层为V T I 介质时,沉积层1在垂直方向和水平方向的电阻率分别为1.0Ω㊃m 和0.1Ω㊃m ,沉积层2在垂直方向和水平方向的电阻率分别为5.0Ω㊃m 和1.0Ω㊃m ;②沉积层为H T I 介质时,沉积层1在x 方向和y 方向的电阻率分别为0.1Ω㊃m 和1.0Ω㊃m ,沉积层2在x 方向和y 方向的电阻率分别为1.0Ω㊃m 和5.0Ω㊃m ,A 和B 的电阻率分别为500Ω㊃m 和100Ω㊃m ㊂反演初始模型如下图7(b )所示,对-7.5k m <y<7.5k m ,0k m <z <7.5k m 的目标区域进行精细三角网格剖分,反演初始模型电阻率设定为1.0Ω㊃m㊂图7 复杂地形模型F i g .7 C o m p l e x t o p o g r a p h y mo d e l 海底复杂地形模型的反演结果如图8所示,从图来看,该方法对于在复杂海底环境下的各向异性模型反演都有较好的效果㊂对比图8(a )和图8(b)可看出,当储层为水平各向异性介质时,虽然对位置和轮廓的还原度较好,但电阻率值的恢复与真实模型偏差较大,说明储层为垂直各向异性介质时的模型恢复效果更好㊂此外,这两种模型的反演结果对地层界面的恢复都较为准确㊂从图8(c)可以看出,沉积层为垂直各向异性介质时,储层范围在垂直方向上有所缩减,同时沉积层与中间层之间的分界面反映不够准确,与真实模型存在较大偏差㊂图8(d)中,地层分界面的还原程度较好,但在储层周围和中间层中都出现了虚假异常㊂202 物探化探计算技术46卷由此可以判断,沉积层为水平各向异性时,虽然对地层分界的影响较小,但是容易在目标体周围及各向同性介质地层内出现 伪影 ,影响对地质资料的准确判断㊂图9为海底复杂地形模型的反演R M S和R o u g h n e s s随迭代过程的变化曲线㊂图8复杂地形模型反演结果F i g.8I n v e r s i o n r e s u l t s o f c o m p l e x t o p o g r a p h y m o d el图9 R M S和R o u g h n e s s随迭代次数的变化F i g.9 V a r i a t i o n o f R M S a n d R o u g h n e s s w i t h i t e r a t i o n t i m e s四种各向异性介质模型的反演结果均收敛到了真实模型附近㊂与海床水平地形模型和海床起伏地形模型相比,复杂地形模型中,当沉积层为各向异性介质时,需要更多次的迭代计算以达到最佳拟合㊂在粗糙度变化曲线图中,沉积层为各向异性介质时的模型粗糙度变化比上述两种模型的粗糙度变化大得多㊂4结论笔者针对主轴各向异性问题开展非结构有限元的海洋可控源电磁反演研究,通过模型算例表明了该方法真实有效㊂考虑储层和沉积层分别为各向异性介质的情况,并构建了相应的海床水平地形模型和复杂地形模型进行试算,分析不同情况下的反演效果㊂通过对比反演结果,得出以下结论:1)场源沿测线进行激发的情况下,垂直各向异性模型的恢复效果要优于水平各向异性模型㊂2)海床为起伏地形时,沉积层各向异性介质会对反演结果造成很大影响,容易出现储层在形态和位置上的偏差,并在其周围出现虚假异常㊂3)对于存在多个地层的复杂海底环境,沉积层的垂直各向异性性质会影响对海底地层界面的标定302 2期覃金生:起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋C S E M反演研究划分,而当沉积层为水平各向异性介质时,反演结果会在油气储层周围及其底下的中间层产生 伪影 ,影响对海洋油气资源勘探资料的正确分析和解释㊂因此,对海洋地质资料的处理与解释的过程中,海底地层及异常体的各向异性性质是不可忽视的,随着海洋开发事业的深入,全方位的海洋可控源电磁各向异性介质反演工作仍需要更为深入的研究㊂参考文献:[1] C O N S T A B L E S,S R N K A L J.A n i n t r o d u c t i o n t om a r i n e c o n t r o l l e d-s o u r c e e l e c t r o m a g n e t i c m e t h o d s f o rh y d r o c a r b o n e x p l o r a t i o n[J].G e o p h y s i c s,2007,72(2):3-12.[2] C O N S T A B L E S.T e n y e a r s o f m a r i n e C S E M f o r h y-d r o c a r b o ne x p l o r a t i o n[J].G e o p h y s i c 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r i n e C S E M i n v e r s i o n o f u n d u l a t i n g t o p o g r a p h yQ I N J i n s h e n g(S c h o o l o f G e o p h y s i c s a n d M e a s u r e m e n t -C o n t r o l T e c h n o l o g y ,E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,N a n c h a n g330013,C h i n a )A b s t r a c t :A n M P I p a r a l l e l 2.5-d i m e n s i o n a l m a r i n e C S E M i n v e r s i o n a l g o r i t h m w a s i m p l e m e n t e d u s i n gt h e O C C A M m e t h -o d .T h e f o r w a r d m o d e l i n g a d o p t s a f i n i t e e l e m e n t m e t h o d b a s e d o n u n s t r u c t u r e d g r i d s ,w h i c h a c c u r a t e l ys i m u l a t e s t h e s e a b e d 's u n d u l a t i n g t o p o g r a p h y a n d s t r u c t u r a l m o d e l w h i l e m e s h i n g t h e c o r e a n d e x t e n d e d r e gi o n s a t d i f f e r e n t s c a l e s t o r e d u c e i n v e r s i o n p a r a m e t e r s .T h e e x a m p l e s o f h o r i z o n t a l a n d u n d u l a t i n g s e a b e d m o d e l s i n d i c a t e t h a t t h e r e c o v e r y e f f e c t o f t h e v e r t i c a l a n i s o t r o p-i c m o d e l i s b e t t e r t h a n t h a t o f t h e h o r i z o n t a l a n i s o t r o p i c m o d e l u s i n g 2.5-d i m e n s i o n a l p r o f i l e d a t a e m i t t e d a l o n g t h e s u r v e y l i n e .T h e t r i a l r e s u l t s o f c o m p l e x s e a b e d t o p o g r a p h y m o d e l s i n d i c a t e t h a t t h e p r e s e n c e o f s e d i m e n t a r y l a y e r s w i t h t o p o g r a p h y c a n s i g-n i f i c a n t l y i m p a c t t h e i n v e r s i o n r e s u l t s ,w h i c h s h o u l d b e t a k e n s e r i o u s l y i n a c t u a l d a t a i n t e r pr e t a t i o n .K e yw o r d s :m a r i n e c o n t r o l l e d s o u r c e e l e c t r o m a g n e t i c ;u n d u l a t i n g t o p o g r a p h y ;i n v e r s i o n ;a n i s o t r o p y 5022期覃金生:起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋C S E M 反演研究。
起伏地表条件下的井中激电井地观测正演模拟研究
起伏地表条件下的井中激电井地观测正演模拟研究王智;吴爱平;李刚【摘要】传统的异常电位法将总电位分为背景场(一次场)电位和异常场(二次场)电位,背景场电位通常是简单模型背景场电位方程的解析解,但起伏地表条件下背景场电位方程无解析解.针对这一问题,利用改进的异常电位法,定义了适用于起伏地表条件的自然边界条件.将该方法引入井中激电的正演模拟,对二维线源场进行井中激电井地正演模拟,并采用加权余量法推导了新形成的边界条件,求解对应的有限单元积分方程.将直接解法求解器引入正演模拟,求解最终的线性方程组得到总电位,证明了起伏地表条件下有限单元法正演模拟的精度和效率.将几个典型的起伏地表模型试算结果与采用传统的总电位法得到的结果进行了比较,验证了该方法的正确性与有效性.【期刊名称】《石油物探》【年(卷),期】2018(057)006【总页数】10页(P927-935,951)【关键词】激发极化;改进的异常电位法;起伏地表;正演;直接解;有限单元;一次场电位方程【作者】王智;吴爱平;李刚【作者单位】长江大学电子信息学院 ,湖北荆州 434023;长江大学电子信息学院 ,湖北荆州 434023;长江大学电子信息学院 ,湖北荆州 434023;中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院 ,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】P631井中激发极化(井中激电)时将供电装置/测量装置/供电装置和测量装置放入井中使其靠近异常体,以提高激发极化强度或激发极化响应强度。
相较井井观测和地井观测,井地观测具有观测数据量大,可精确反演的优点。
目前主要采用井地电阻率法来圈定油气藏的边界[1],张天伦[2-3]分别在井中无套管与井中有套管的情况下进行物理水槽实验以确定油气藏边界,并证明了利用井地电阻率法确定异常体边界的可行性;张天伦等[4-6]利用非无穷远处三极剖面法确定油气藏边界,并在新疆等地成功发现了小块油气藏;汤井田等[7]利用井地电阻率法得到的歧离率确定高电阻率油藏边界。
探地雷达波场二维有限差分正演模拟
在前 人 研 究 的基 础 上 ， 笔 者 从 麦 克 斯 韦 旋 度 方 程
出发 ， 用有限差分法的中心差分格式代替微商 ， 推导出
二维 空 间 内 的波动 方程 有 限差 分 格式 。对 比分 析 几种
分辨率高、 数据采集迅速、 工作效率高等特点， 在越来越 多的领域 中发挥 重要作 用。 Ｍａ ｘ ｗｅ ｌ ｌ 旋度 方程 组 出发 ， 利 用均 匀网格剖 分技 术将 计 算 区域 离散 ， 以有 限 差分 法的 中心 差分 格 式代替 微 商 ， 推 导
出二 维 波动 方程 有 限差 分格 式 。 重点 对 比分析 第 一 类 Ｄｉ ｒ ｉ ｃ ｈ ｉ ｌ ｅ ｔ 边界 条 件 、 透 明边界 条 件 、 Ｃ ｌ ａ ｙ ｔ ｏ ｎ —
７ ８
西 部探 矿 工程
２ ０ １ ７ 年第 １ 期
探地 雷达 波场二维有 限差分正演模拟
刘旭 华 ， 徐 正玉 ， 李峰平， 赵海娇
（ 东 华理 工 大 学地 球 物理 与测 控技 术 学 院 ， 江西 南昌 ３ ３ ０ ０ １ ３ ）
摘
要： 探地雷达作为一种新兴的地球物理方法， 其广泛应用于能源、 工程勘探等领域。该方法具有
关键词 ： 探地 雷达 ； 有限差分法 ； 正演 中图分 类号 ： Ｐ ５ ９ 文献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ４ － ５ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ － ０ ０ ７ ８ － ０ ４
１ 概 述
边界条件 。
探 地 雷 达 的 正 演 模 拟 研 究 一 直 是 该 方 法 主要 研 究 的 内容 之 一 ， 常 用 的 正 演 模 拟 方 法 主 要 包 括 有 限 差分 法 、 有 限 单 元 法 和 边 界 元 方 法 等 。在 数 值 模 拟 方面， 以 时 间 域 有 限 差 分 方 法 应 用 最 为 广 泛 。 在 时
基于COMSOL软件的非结构化网格下的二维大地电磁正演模拟
基于COMSOL软件的非结构化网格下的二维大地电磁正演模拟唐杰;熊彬【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2018(015)003【摘要】以大地电磁测深法为理论基础,通过数值模拟的方法计算不同模型下的电磁响应,分析不同模型对计算结果的影响.首先从电磁法理论出发,根据二维电性结构下大地电磁所满足的边值条件推导出了相应的变分问题.然后利用数值模拟中的有限单元法与非结构化网格剖分相结合进行正演计算,同时运用了LDLT(Cholesky方法)与CSR(Compressed Sparse Row)存储技术的结合对矩阵进行了压缩存储.最后通过建立半空间、一维、二维模型,简单求解了不同模型下的大地电磁响应.从计算的均匀半空间、一维层状模型以及二维球状模型的结果来看,高频(浅层)误差相对较小,低频(深层)误差不超过百分之五,总体效果达到了计算要求.正演结果表明:基于非结构化网格下的有限单元能够很好的适应各种复杂的地电模型.【总页数】10页(P347-356)【作者】唐杰;熊彬【作者单位】桂林理工大学地球科学学院,广西桂林541000;桂林理工大学地球科学学院,广西桂林541000【正文语种】中文【中图分类】P631.3【相关文献】1.基于三次插值的大地电磁自适应有限元二维正演模拟 [J], 冯凯;秦策;李论;郭家松;蔡盼盼2.基于非结构化网格的大地电磁2D自适应有限元正演模拟 [J], 郭家松; 秦策; 乃国茹; 谢卓良; 冯凯3.基于非重叠区域分解算法的大地电磁法二维正演模拟 [J], 赵航; 陈辉; 邓居智; 李丹; 余辉4.基于非结构化三角网格的大地电磁二维h-型自适应有限元正演模拟 [J], 乃国茹;王绪本;秦策;谢卓良;陈先洁5.基于COMSOL软件的大地电磁测深法三维起伏地形正演模拟研究 [J], 李付龙;汤子坚;廖伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于全区视电阻率的线源FCSEM二维正演模拟
基于全区视电阻率的线源FCSEM二维正演模拟
李杰;柳建新;童孝忠;刘颖
【期刊名称】《地球物理学进展》
【年(卷),期】2012(27)1
【摘要】频率域可控源电磁是在大地电磁测深的基础上发展起来的一种人工源电磁测深法,其二维电磁响应的计算须采用数值模拟方法.本文以Matlab为程序编译工具,采用双二次插值的有限单元法,推导出相应的计算公式.为了模拟无穷远边界及满足计算机的内存需求,在保证计算精度的情况下设计了非均匀网格剖分.在程序编制中,只存储有限元系数矩阵的非零元素,大大减少了正演计算的时间.针对频率域可控源电磁法中卡尼亚电阻率在过渡区和近区畸变的问题,给出了全区视电阻率的迭代公式,并对典型的一维层状模型以及简单二维模型进行了计算.过渡区和近区数据经过校正后,可以正确反映出模型的地电特征,证明了线源下近区勘探的可能性.【总页数】6页(P343-348)
【关键词】线源;频率域可控源电磁法;有限单元法;正演;全区视电阻率
【作者】李杰;柳建新;童孝忠;刘颖
【作者单位】中南大学信息物理工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】P631
【相关文献】
1.基于双二次插值的
2.5维FCSEM有限元正演模拟 [J], 柳建新;汤文武;童孝忠
2.CSAMT全区视电阻率电场正演迭代拟合近场校正方法 [J], 詹少金;钱美平;冯戋戋
3.随钻电磁波电阻率测井视电阻率提取及正演模拟分析 [J], 王滨涛;吴锡令;苑娜;丁柱;王晓星
4.基于全区视电阻率瞬变电磁一维正演中滤波系数的选取 [J], 郭嵩巍;郑凯;刘小畔;王成;王淼
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MT二维正演计算
《电法资料处理与解释》MT二维正演计算学院：地质工程与测绘学院专业：勘查技术与工程指导老师：姓名：学号：完成时间：2017.12.20二〇一七年十二月一、实验目的1.了解大地电磁法的二维正演理论；2.理解大地电磁二维张量阻抗的概念；3.理解电性主轴、TE模式、TM模式的概念；4.通过对二维地电模型的计算，断面图的绘制，理解二维地电模型的视电阻率和视相位特征，对TE模式和TM模式的特点及分辨率有较好的理解。
二、实验要求1.能够正确应用二维大地电磁模拟软件进行建立模型，网格剖分合理，频率选择范围合适；2.对相关模型进行计算，并绘制视电阻率断面图，视相位断面图，并对结果进行分析；3.完成实验报告，word排版，图标清晰，分析合理。
三、实验内容1.均匀半空间模型模拟，与一维解析解进行比较，并进行精度对比；2.建立单个低阻体、高阻体地电模型进行计算；3.建立地堑或地垒等复杂地典模型模拟；4.建立多个异常体进行模拟。
四、实验原理二维介质是指介质的电学性质除沿深度方向上变化外，还沿一个水平方向上有变化，而沿另一个方向保持不变，这个方向称为走向。
计算二维介质的大地电磁场—阻抗—视电阻率和相位的过程成为二维大地电磁正演。
二维介质波阻抗一维、二维波阻抗区别：故二维介质的波阻抗为张量阻抗，即：电性主轴是一个假定的主轴是因为非均匀大地里面存在各向异性，为了使得测线所测得电阻率充分反映各向电阻率差异，根据地质体的走向定义电性主轴，将测量的视电阻率按照主轴方向进行旋转分解，得到沿主轴方向的参数。
五、结果及分析（一）软件特性检验1.均匀半空间将均匀半空间一维正演程序结果曲线与此二维软件结果对比如图5.1.1和图5.1.3，均匀半空间视电阻率值为一定值，二者基本符合，二维软件具有边界效应，-10001004648505254m•s Ω/ρ图5.1.1均匀半空间一维正演程序s 曲线使得近地表有稍许扰动，但整体为定值50。
从而验证软件特性较好。
起伏地形大地电磁二维反演
起伏地形大地电磁二维反演熊彬;罗天涯;蔡红柱;刘云龙;吴延强;郭胜男【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2016(040)003【摘要】为了适应地形起伏的实际地质情况，开展带地形的最小二乘二维反演研究。
鉴于大地电磁（ MT）反演的不适定问题，引入Tikhonov的正则化方法，从而获得关于总目标函数的方程，利用光滑约束最小二乘法求解总目标函数方程。
由于正则化因子值与反演精度以及稳定性相关，采用主动约束平衡方法获取最优化的正则化因子，以确保反演精度和稳定性都达到最佳。
与此同时，利用电磁场互易定理以节省反演迭代过程求解雅可比矩阵的计算时间。
构建了若干地质构造模型进行试算，分别讨论TE、TM模式以及二者联合模式的反演结果，并与前人研究工作对比以说明本文方法的反演效果。
%In order to simulate the actual geological conditions, the authors present the least squares inversion by incorporating topogra⁃phy into a forward model. In consideration of anill⁃posed inverse problem of MT, the authors introduce Tikhonov regularization to ob⁃tain the equation of the total objective function and utilize smoothness⁃constrained least⁃squares inversion to solve the total objective function. As the regularized factor controls resolution and stability of the inverse problem, the authors put forward active constraint bal⁃ancing ( ACB) to obtain an optimized regularized factor that balances the resolution as well as the stability of the inversion process. Meanwhile, for the purpose of speeding up the calculation of the field Jacobian for 2⁃Dmagnetotelluric inversion, the principle of elec⁃tromagnetic reciprocity is applied. Finally, the authors discuss the inversion results of TE mode, TM mode and joint inversion of TE and TM mode using some synthetic models, in comparison with some of previous work.【总页数】7页(P587-593)【作者】熊彬;罗天涯;蔡红柱;刘云龙;吴延强;郭胜男【作者单位】桂林理工大学地球科学学院，广西桂林 541006;桂林理工大学地球科学学院，广西桂林 541006;美国犹他大学矿业与地球科学学院，犹他州盐湖城 84112;桂林理工大学地球科学学院，广西桂林 541006;桂林理工大学地球科学学院，广西桂林 541006;桂林理工大学地球科学学院，广西桂林 541006【正文语种】中文【中图分类】P631【相关文献】1.大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(六)——交错模型的大地电磁二维反演 [J], 郭春玲;陈小斌2.大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(三)——构建二维反演初始模型的印模法 [J], 叶涛;陈小斌;严良俊3.起伏地形下偶极－偶极激电测深二维反演软件开发及应用 [J], 顾观文;吴文鹂;林品荣;梁萌4.起伏地形垂直电测深二维反演及应用 [J], 柳建新;何欢;刘海飞;叶明金;童孝忠5.基于人工蜂群算法的大地电磁测深二维反演 [J], 曾志文;郭一豪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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起伏地形下线源频率域电磁场二维正演模拟
作者：柳建新， 高远， 童孝忠， 陈发裕， LIU Jian-xin， GAO Yuan， TONG Xiao-zhong， CHEN Fa-yu 作者单位：柳建新,LIU Jian-xin(中南大学地球科学与信息物理学院,长沙410083;有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室,长沙410083)， 高远,童孝忠,陈发裕,GAO Yuan,TONG Xiao-zhong,CHEN Fa-yu(中南大学地
球科学与信息物理学院,长沙,410083)
刊名：
地球物理学进展
英文刊名：Progress in Geophysics
年，卷(期)：2011,26(3)
被引用次数：1次
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3.阮百尧;王有学三维地形频率域人工源电磁场的边界元模拟方法[期刊论文]-地球物理学报 2005(05)
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6.阎述;陈明生;李志明频率测深二维地形影响的边界元素正演模拟 1996(04)
7.阎述;陈明生线源频率电磁测深二维正演(一)[期刊论文]-煤田地质与勘探 1999(05)
8.阎述;陈明生线源频率电磁测深二维正演(二)[期刊论文]-煤田地质与勘探 1999(06)
9.陈小斌;胡文宝有限元直接迭代算法及其在线源频率域电磁响应计算中的应用[期刊论文]-地球物理学报 2002(01)
10.王若;王妙月;底青云频率域线源大地电磁法有限元正演模拟[期刊论文]-地球物理学报 2006(06)
11.张继锋;汤井田;喻言基于二次插值的线源可控源有限元数值模拟[期刊论文]-吉林大学学报(地球科学版) 2009(05)
12.黄易;师学明;范建柯并行计算技术及其在勘探地球物理学中的现状与展望[期刊论文]-地球物理学进展 2010(02)
13.底青云;王妙月;王若长偶极大功率可控源电磁波响应特征研究[期刊论文]-地球物理学报 2008(06)
14.底青云;王光杰;王妙月长偶极大功率可控源激励下目标体电性参数的频率响应[期刊论文]-地球物理学报 2009(01)
15.邢光龙;王宏建;杨善德二维轴对称介质中电磁波测井的 响应函数[期刊论文]-地球物理学报 2008(03)
16.王若;底青云;王妙月用积分方程法研究源与勘探区之间的三维体对CSAMT观测曲线的影响[期刊论文]-地球物理学报 2009(06)
17.陈桂波;汪宏年;姚敬金用积分方程法模拟各向异性地层中三维电性异常体的电磁响应[期刊论文]-地球物理学报 2009(08)
18.底青云;王若可控源音频大地电磁数据正反演及方法应用 200
19.雷达起伏地形下CSAMT二维正反演研究与应用[期刊论文]-地球物理学报 2010(04)
1.汤文武.柳建新.童孝忠电导率连续变化的线源FCSEM有限元正演模拟[期刊论文]-吉林大学学报（地球科学版） 2013(5)
引用本文格式：柳建新.高远.童孝忠.陈发裕.LIU Jian-xin.GAO Yuan.TONG Xiao-zhong.CHEN Fa-yu起伏地形下线源频率域电磁场二维正演模拟[期刊论文]-地球物理学进展 2011(3)。