重磁张量场源空间分布特征反演技术研究

论文摘要

重磁张量数据具有精度高、参数多等优点,对地质体具有更高的分辨能力。本文基于航空重磁张量数据的特征展开正反演研究,旨在利用多参数重磁张量数据联合反演获得准确的场源位置空间分布情况,重点解决多源数据碎片化、数据信息约束、数据融合等关键问题。论文主要开展以下研究:(1)长方体重力张量异常正演公式中的“奇点”问题,为反演提供理论支撑;(2)不同高度欧拉反褶积公式的提出和多高度联合反演应用,为航空重磁及其张量数据的采集提供新的思路;(3)利用小波分析可以有效提取不同尺度信息的特点,将小波变换和欧拉反褶积结合实现场源位置的高精度反演;(4)基于相关分析约束的重磁张量数据联合反演技术,减少重磁数据解释的复杂性和多解性;(5)欧拉反褶积反演结果约束的共轭梯度物性反演,达到在保证反演结果精度的同时提高反演计算效率的目的。论文研究了正演计算问题。针对重磁张量异常正演公式中存在解析“奇点”的问题,从长方体重磁张量异常公式出发,分析重力梯度公式中“奇点”存在的原因,并重新推导出无解析“奇点”重磁张量异常正演公式。试图通过两种方法来避开“奇点”问题。一是考虑在观测平面采用特殊剖分方法,避免棱柱体角点在观测面的投影点和剖分网格重合;二是推导出新的无解析“奇点”重磁张量异常正演公式。从而获得更加准确的正演异常,为后续反演提供理论支撑。针对欧拉反褶积反演在具体实施过程中,对于欠缺应用背景的计算操作人员难以确定控制发散的计算参数问题,提出小窗口多数据欧拉反褶积反演方法以解决窗口过大会造成反演结果不聚焦的问题。对多种不同高度数据联合反演进行理论分析和计算,之后利用小窗口以及满足数理统计条件数据进行场源的精细测算,积极探索小窗口多数据对欧拉反褶积方法的影响,以期在一定程度上解决采用大窗口时解的平滑问题及不同场源混叠相互干扰引起的解的不精确问题。不同高度数据联合反演,能为航空重力及其张量数据的采集提供新的思路。由于航空测量中所采集的数据质量受飞机飞行高度影响,可以考虑选择一个合适的飞行高度,同时测量两个或者多个高度的数据,在确保飞行安全的条件下进一步提高航空测量的速度。另外,针对欧拉反演结果容易受噪声干扰的问题,利用小波变换来降噪,并且利用小波可以分解成不同方向、不同深度的细节并提取有效信息的特点,将小波变换与欧拉反褶积反演结合实现场源位置的高精度反演。针对位场理论的等价性造成的重磁数据处理解释复杂性和不稳定性问题,引入重磁相关分析作为约束条件实现重磁联合的欧拉反褶积计算,依据目标体的场源效应,添加相关系数作为计算的筛选条件。并以我国某矿集区为例,探讨航空磁测数据和地面重力数据相关性分析方法及其应用。通过计算重、磁相关系数,结合研究区地质情况,推断异常源性质及地质特征,降低研究区地质解释的多解性。对于物性反演的多解性以及添加约束后计算量成倍增加的问题,提出基于欧拉反褶积反演结果约束的共轭梯度物性反演方法。不同张量异常可以反映地质体不同边界信息,通过对不同方向张量进行反演比较,分析单一张量数据所包含的地质体信息。单一水平方向或垂直方向的张量数据相对于全张量数据而言,发散程度比较大。考虑将不同的张量分量组合进行反演,可以更全面的了解地质体的综合情况。利用欧拉反褶积法和共轭梯度物性反演方法的优势进行联合反演,将欧拉反褶积反演结果作为物性反演的初始约束条件,建立物性反演的计算模型,从而能够有效提高运算效率。将该方法应用于文顿盐丘地区实测重力张量数据,全张量数据欧拉反褶积结果给出岩盖的埋深、展布范围及厚度信息,而欧拉反褶积约束下的共轭梯度物性反演结果不仅可以给出岩盖的的厚度,还可以给出整个岩体空间展布状态,由此可以提高文顿盐丘地区储油量计算的精度,为进一步探测研究区油气产量提供重要的技术支撑。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景和研究意义
•   1.2 研究现状及存在的主要问题
•   1.3 论文研究内容及思路
•   1.4 主要创新点及其科学意义
• 第二章 重磁及其张量异常正演奇点问题研究
•   2.1 重力及其张量异常正演
•   2.2 长方体重力及重力张量正演公式
•     2.2.1 “奇点”存在原因
•     2.2.2 剖分方案
•     2.2.3 重力梯度张量异常无解析奇点正演公式
•   2.3 模型试验
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于不同变换的欧拉反褶积效果对比分析
•   3.1 三种变换方法
•     3.1.1 Fourier变换
•     3.1.2 Gabor变换
•     3.1.3 Wavelet变换
•   3.2 模型试验
•   3.3 基于小波变换的三维欧拉反褶积实现过程
•   3.4 应用实例
•     3.4.1 四川盆地地质概况
•     3.4.2 四川盆地区域重磁场特征
•     3.4.3 小波分析和欧拉反褶积效果分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 不同高度数据联合欧拉反褶积
•   4.1 多高度数据联合欧拉反褶积公式
•   4.2 理论模型试验
•     4.2.1 单一长方体加小局部异常
•     4.2.2 不同高度数据联合欧拉反演
•     4.2.3 收敛性评估
•   4.3 实际数据应用
•     4.3.1 研究区区域重力场特征
•     4.3.2 划定断裂分布特征
•   4.4 本章小结
• 第五章 基于相关分析的重磁张量数据联合反演
•   5.1 重磁异常对应分析理论基础
•   5.2 模型试验
•   5.3 相关分析约束重磁欧拉反褶积联合反演
•   5.4 安徽某矿区实测重磁数据联合反演解释研究
•     5.4.1 研究区岩石物性参数
•     5.4.2 重力场特征及解释
•     5.4.3 磁场特征及解释
•     5.4.4 重磁异常对应分析
•     5.4.5 相关分析约束的重磁欧拉联合反演
•   5.5 本章小结
• 第六章 欧拉反褶积与共轭梯度联合多参量反演
•   6.1 张量数据谱分析
•   6.2 重力张量数据加权反演
•     6.2.1 加权函数
•     6.2.2 共轭梯度法及反演流程
•   6.3 重力及张量数据单一分量反演
•   6.4 多参量重力张量数据联合反演
•   6.5 欧拉反褶积约束的张量数据联合物性反演
•   6.6 实例分析
•     6.6.1 文顿盐丘地质概况
•     6.6.2 张量数据反演
•   6.7 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 作者简介及在读期间取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 周文月

导师: 黄大年

关键词: 重磁张量,正演,小波变换,欧拉反褶积,联合反演,空间加权函数

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 吉林大学

分类号: P631.1

总页数: 108

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