二维各向异性介质海洋主动源电磁反演研究

论文摘要

海洋可控源电磁（marine controlled source electromagnetic method,MCSEM）通常利用一个可移动的电偶源向海底的接收阵列发射低频（0.1Hz-10Hz）电磁波信号,海底采集站测量并记录相应电磁场分量的值,通过分析信号的振幅、相位随场源距离的变化即可确定海底几十米到几公里范围内的电性结构。海洋可控源电磁方法对储层的电阻率很敏感,当地下含有油气时,该区域相对于围岩呈现高电阻率值异常。由于电阻率这一特性的存在,使得电阻率值的测量备受关注。然而,自然界中地下介质的电导率特性常表现为各向异性,因此,开展各向异性的研究对认知地下介质电性结构具有重要意义。本文在前人研究成果的基础之上,深入研究海洋可控源电磁二维各向异性正、反演相关技术,其主要的研究内容为:（1）在二维海洋可控源电磁自适应有限元算法中,为了消除场源奇异性问题,运用叠加原理将电磁场分解为一次场和二次场进行求解。一次场即是一维均匀半空间或层状介质下产生的背景场可由解析方法直接求解,二次场偏微分方程的求解采用有限元方法进行离散。有限元的求解过程中采用非结构化三角单元网格以模拟复杂的电性边界结构,利用后验误差估计方法对有限元的精度进行判断评判,对其中误差较大的网格单元进行逐步地细化以保证全局网格细化的合理性,从而在节约计算资源的情况下,获得较高精度的数值解。（2）二维海洋可控源电磁在进行反演时,为了提高计算效率、降低内存需求,采用分区并行方式对反演域上的灵敏度矩阵进行求解。求解策略是先基于“敏感区域”大小对测区进行单元划分,以减小反演域灵敏度矩阵的计算规模,在完成各个测区单元电磁数据的反演后,组合可得到反演区域内总的电性分布,从而提高反演计算效率、降低反演所需要的时间。（3）海洋可控源电磁反演研究过程中,如果知道某区域物理场的背景信息,那么可以将其作为约束增加到反演中,但是背景信息往往不易直接获得。为了在反演时设置更为合理的初始模型,根据地震解释剖面将反演区域划分为多个层位,每个层位电阻率值作为一个单独参数进行反演,然后将反演结果作为初始模型进行模型空间的OCCAM约束反演直到收敛。上述研究结果表明,自适应有限元方法可以模拟复杂的地质体,提高数值解的模拟精度。分区并行方式的引入可以提高计算效率,降低反演所需要的时间。由于MCSEM实测资料处理过程中,反演计算量大、内存需求量高,因此需要将分区并行方式应用到实测资料的处理中。但是通过对工区的电性结构进行分析,发现工区内电阻层紧密接近,电阻率变化范围小,如果不增加任何额外结构信息难以取得较好效果。为了使反演能够得出好的结果,本文运用基于背景模型约束的OCCAM反演方法对实测数据进行处理,结果表明方法的有效性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 1 引言
•   1.1 研究目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 一维正反演国内外研究现状
•     1.2.2 二维正反演国内外研究现状
•   1.3 研究内容以及创新之处
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 创新之处
•   1.4 论文章节安排
• 2 海洋可控源电磁正演模拟
•   2.1 海洋可控源电磁工作原理
•   2.2 正演理论
•     2.2.1 控制方程
•     2.2.2 有限元方程
•     2.2.3 自适应有限元
•   2.3 数值算例
•     2.3.1 正确性验证
•     2.3.2 实验参数的选取
•     2.3.3 各向异性影响
•     2.3.4 等效视电阻率
•   2.4 本章小结
• 3 海洋可控源电磁反演
•   3.1 反演理论
•     3.1.1 OCCAM反演方法
•     3.1.2 MGS反演方法
•     3.1.3 基于背景模型约束的OCCAM反演方法
•   3.2 分区并行方式
•   3.3 反演算例
•     3.3.1 分区并行算例
•     3.3.2 MGS算例
•     3.3.3 基于背景模型约束的OCCAM反演算例
•   3.4 本章小结
• 4 实测数据处理
•   4.1 工区介绍
•   4.2 数据质量分析
•   4.3 实测数据反演结果
•   4.4 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张迎利

导师: 李赓,赵宁

关键词: 自适应有限元,灵敏度矩阵,基于背景模型约束的反演,海洋可控源电磁

来源: 河南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 河南理工大学

基金: 国家自然科学基金项目“基于异构并行的三维 VTI 介质频率域海洋可控源电磁约束反演研究(项目编号:41604112)”

分类号: P631.3;P715.7

DOI: 10.27116/d.cnki.gjzgc.2019.000271

总页数: 73

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