密度和速度随机分布共网格模型的重力与地震联合反演

针对重力与地震联合反演存在的问题,结合已有的研究成果,本文研究实现了速度和密度随机分布共网格单元模型的建模技术,以适应密度和速度剧烈变化的复杂模型及联合反演的计算要求.重力正演利用了该网格的二度半体模型,并进一步改进了地震走时的二维射线追踪计算方法,以适用于速度随机分布的网格介质.结合改进的模拟退火算法,实现了这种共网格条件下的重力与地震资料的同步联合反演.模型试验证明了重力与地震联合反演可以准确确定复杂物性界面的密度和速度结构,适用于物性界面不完全一致和物性变化剧烈的复杂模型,并且联合反演结果要优于单独的重力反演.带先验信息约束下的实际资料的联合反演,进一步证明了该方法的适用性和效果,可提高反演精度并减少多解性.     

基于交叉梯度耦合的大地电磁与地震走时资料三维联合反演

为了有效解决目前大地电磁和地震走时资料单方法反演结果一致性不好的问题,同时克服基于岩石不同物性参数间关系耦合约束联合反演的局限性,本文研究了基于交叉梯度耦合约束的大地电磁与地震走时资料的三维联合反演算法.以较为成熟的天然地震走时资料三维正反演和大地电磁三维正反演算法为基础,实现了具有共同的反演网格,以交叉梯度结构耦合约束,并能同时获得电阻率和速度模型的三维联合反演算法.分别利用单棱柱体模型和双棱柱体模型合成数据进行了联合反演试算.结果表明:无论是单棱柱体模型还是双棱柱体模型,联合反演结果比单独反演对异常体的空间形态都有更好的恢复,其中单棱柱体模型反演的异常体电阻率更接近于真实电阻率,双棱柱体模型的联合反演结果不仅消除了围岩的部分电阻率假异常,而且增强了对异常体深部速度结构特征的恢复程度.联合反演还能同时改善电阻率和速度反向变化异常体的单独反演结果,进一步证明交叉梯度耦合不依赖于岩石物性关系,而强调地下结构的相似性,具有更普遍的适用性.     

基于FCM聚类约束的直流电阻率法与地震走时成像法二维联合反演

通过引入模糊均值聚类(FCM)模型约束函数对电阻率与速度进行约束,开展二维直流电阻率法与地震初至波走时成像法联合反演研究.在地下浅层结构勘探中,通常低电阻率的地质体具有低速特征,较高电阻率的地质体表现为较高的地震波速度.直流电阻率法因为低电阻率区域吸引电流而对其敏感,地震走时成像法因为射线集中在高波速区而对高速体敏感,因此,两者联合成像能够大幅度提高反演效果.合成数据反演表明,直流电阻率法和地震初至波走时联合反演对于两类地质体的分辨能力均有提升,能够优势互补.尤其是引入FCM模型约束进行联合反演,根据已知物性进行监督学习,进一步提高了反演质量,改善了成像模型的分辨率.     

地震与大地电磁测深数据的自适应正则化同步联合反演

在传统的联合反演研究中,地球物理学者往往更多地关注数据拟合,很少涉及正则化理论.本文在电阻率和速度随机分布的大地电磁测深(MT)与地震联合反演研究的基础之上,将正则化思想引入到同步联合反演中,加入先验信息进行模型约束,选取最小模型为稳定泛函,并首次采用自适应正则化算法来确定联合反演的正则化因子.根据以往研究成果,采用非...     

大地电磁与地震联合反演研究现状与展望

由于大地电磁探测和地震勘探各自存在优势和局限,因此联合反演比单独一种地球物理资料反演更优越.本文剖析了联合反演的两类分类方法,指出大地电磁与地震方法具备联合反演的基础-理论上相似,物性上有联系,并重点分析国内外大地电磁与地震数据联合反演的研究现状与存在问题,总结层状均匀和非均匀两种介质结构的电震联合反演算法.对于如何耦合不同类型的物性参数这一联合反演的核心问题,指出目前广泛使用的岩石物理法和结构法两类方法的适用范围.最后提出大地电磁与地震联合反演的发展方向:层状均匀介质结构要优化线性迭代技术;非均匀的复杂地质结构,需加紧非线性反演理论向非线性反演发展,其中结构法反演前景广阔,要加强实际资料的运用;此外,电震联合反演也需与岩石物性等先验地质信息相结合.     

重力与地震资料的模拟退火约束联合反演

联合反演是综合地球物理研究的重要定量解释手段.本文在总结和分析重力与地震资料联合反演的研究现状基础上,利用改进的全局寻优的快速模拟退火算法,实现了重力和地震资料的约束同步联合反演.针对性地设计了密度和速度界面不完全一致的模型,理论模型的试验说明了方法的效果和适用性.结合最近完成的广东徐闻地区实际资料的处理和解释,表明该方法可准确确定复杂构造物性界面的密度和速度结构,在该地区的油气勘探中发挥了作用.在先验信息约束下,该联合反演方法要明显优于单独的重力反演.     

基于交叉梯度交替结构约束的二维地震走时与全通道直流电阻率联合反演

在利用不同的地球物理勘探方法对地下复杂介质成像时,因观测系统的非完备性及数据本身对某些岩石物性的不敏感性,单独成像的结果存在较大的不确定性和不一致性.对于地震体波走时成像与直流电阻率成像,均面临着成像阴影区问题.对于地震走时成像,地震射线对低速区域覆盖较差形成阴影区,造成低速区域分辨率降低.对于电阻率成像,电场线在高阻区域分布较少,造成高阻区域分辨率较低.为了提高地下介质成像的精度,Gallado和Meju(2003)提出了基于交叉梯度结构约束的联合地球物理成像方法.在要求不同的物性模型拟合各自对应的数据同时,模型之间的结构要求一致,即交叉梯度趋于零.为了更有效地实现基于交叉梯度的结构约束,我们提出了一种新的交替结构约束的联合反演流程,即交替反演不同的数据而且在反演一种数据时要求对应的模型与另一个模型结构一致.新的算法能够更容易地把单独的反演系统耦合在一起,而且也更容易建立结构约束和数据拟合之间的平衡.基于新的联合反演流程,我们测试了基于交叉梯度结构约束的二维跨孔地震走时和直流电阻率联合成像.合成数据测试表明,我们提出的交替结构约束流程能够很好地实现基于交叉梯度结构约束的联合成像.与单独成像结果相比,地震走时和全通道电阻率联合成像更可靠地确定了速度和电阻率异常.     

大地电磁与地震正则化同步联合反演

文中在于鹏等提出的电阻率和速度随机分布的大地电磁与地震联合反演方法的基础上,将Tikhonov正则化思想引入到联合反演中,加入先验信息进行模型约束,以最小模型为稳定器,采用L曲线方法来确定近似最佳的正则化因子。考虑到线性寻优算法容易陷入局部极小,文中采用非线性的模拟退火方法来实现大地电磁与地震的同步联合反演。通过模型试验的对比分析,我们认为加入有效模型约束的正则化联合反演可以比单纯考虑数据拟合的联合反演和单独反演方法更有效地提高解的稳定性和计算效率,获得更接近实际而且稳定的解。     

祁连山-河西走廊地壳速度结构及速度与电性的联合解释

联合利用天然地震和人工地震测深资料对祁连山-河西走廊地区进行地壳三维速度结构反演,获得了该区地壳三维速度结构图像．给出了按5km间隔的中、上地壳速度切面和地壳速度结构与莫霍界面等深线图．综合大地热流实测结果和深部岩石物性等,建立了下地壳部分熔融的韧性模型．给出了计算地震波速度和电阻率的方法与公式,进行了部分熔融状态下深部电性与地震波速度的联合数值模拟和联合解释,其结果与实测的基本一致．分析了各构造单元之间下地壳电阻率、速度与热流的关系,对下地壳部分熔融程度进行了估计．     

祁连山—河西走廊地壳速度结构及速度与电性的联合解释

联合利用天然地震和人工地震测深资料对祁连山—河西走廊地区进行地壳三维速度结构反演,获得了该区地壳三维速度结构图像．给出了按5km间隔的中、上地壳速度切面和地壳速度结构与莫霍界面等深线图．综合大地热流实测结果和深部岩石物性等,建立了下地壳部分熔融的韧性模型．给出了计算地震波速度和电阻率的方法与公式,进行了部分熔融状态下深部电性与地震波速度的联合数值模拟和联合解释,其结果与实测的基本一致．分析了各构造单元之间下地壳电阻率、速度与热流的关系,对下地壳部分熔融程度进行了估计．     

采空区地震与电法探测数据的联合反演研究及应用

综合地球物理技术在采空区的探测中发挥了重要作用.目前通常采用单方法反演、仅对不同方法反演结果进行对比解释的综合勘探方式,单方法反演的多解性严重降低了其探测精度.如何提高采空区的探测精度,对采空区进行有效探测一直被认为是地球物理技术面临的首要难题.为了提高地震与电法技术的探测精度,基于交叉梯度联合反演理论,设计了地震初至折射走时数据和高密度电法数据的联合反演算法流程,对采空区理论模型和野外实际数据进行了联合反演处理.结果发现通过两者的联合反演,不仅可以提高采空区电阻率反演模型的成像效果,而且能够获得地震单方法反演难以成像的采空区低速异常体,从而提高了地震与电法技术对采空区的探测精度.表明地震与电法探测数据联合反演是一种提高采空区探测精度的有效方法.     

大地电磁的人工鱼群最优化约束反演

大地电磁的反演问题是非线性,如果采用线性反演方法容易陷入局部极小,使得反演结果非唯一性严重.本文将人工鱼群算法引入到地球物理反演之中,提出了非线性的大地电磁人工鱼群最优化反演.该方法不需要进行偏导数的求取,可以对反演的范围进行约束,以减小反演结果的非唯一性.同时我们对搜索步长进行了改进,给出适用于大地电磁反演的人工鱼群参数.大量的理论数据试算表明,人工鱼群反演算法能够较好地寻找到全局最优解.实测数据的处理结果表明,该方法可以用来处理实际资料,并且能够取得很好的应用效果.     

一种高效的基于交叉梯度结构约束的三维地震走时与直流电阻率联合反演策略

基于交叉梯度结构约束的不同数据的联合反演可以提高地球物理成像的可靠度,但是由于不同观测数据对地下介质的灵敏度不同以及不同反演系统灵敏度矩阵元素的数值可能存在较大的差异,导致构建和求解联合反演系统存在很大的挑战.针对以上问题,本文提出一种新的基于单独反演模型更新量与交叉梯度结构约束相结合的联合反演策略.该策略利用单独反演系统分别确定出各个模型的更新量,然后利用它们约束交叉梯度系统的反演,得出新的模型更新量.通过这样的方式,有效实现了数据拟合与结构约束的平衡,实现了基于交叉梯度联合反演的目标.新的联合反演策略不需要对原来单独反演程序修改即可实现联合反演,减小了联合反演实现的难度,极大地提高了联合反演的易实现性,而且避免了联合反演矩阵存储及结构过于复杂难以求解的问题.基于新的策略,本文首次实现了基于交叉梯度结构约束的三维地震走时与直流电阻率联合反演.合成模型测试表明,与单一成像相比,联合成像减少了地震走时反演中出现的干扰异常并提高了电阻率反演的分辨率.     

Mapping deep targets based on integrated 3D MT-gravity interpretation: a case study

Mapping deep geological hydrocarbon targets is of significant importance in basin exploration. In areas lacking reliable seismic data, magnetotelluric (MT) and gravity explorations are helpful to delineate the distribution of potential deep geological hydrocarbon targets. Here we investigate the effectiveness of the integrated 3D MT and gravity explorations for mapping the potential deep hydrocarbon source rocks. The result based on the data from the W Basin (part of the Ordes Basin) of China demonstrates that the method is efficient and economical for basin exploration. The method is particularly useful in target areas which are of great interest for oil and gas exploration but lack high quality seismic data. In our method, we first use the high-precision 3D small-bin MT data acquisition to improve the data accuracy. Then we perform datum static correction method and apply 3D inversion to obtain the3D resistivity distribution. We also develop a layered resistivity model based on resistivity logging to assist the interpretation of the inverted 3D resistivity data so as to derive an initial 3D geological model. Starting from the initial model, we use 2D gravity data to update the model via 2D inversion line by line, and then pass the updated model for the next round of the 3D MT inversion. The integrated inversion is implemented iteratively so the model converges to satisfy the need of final geological analysis. The application to the W Basin shows that we could successfully delineate the geological distribution of the potential deep hydrocarbon source rocks within the basin and map the thickness of the upper Paleozoic.     

Semiautomatic and Automatic Cooperative Inversion of Seismic and Magnetotelluric Data

Natural source electromagnetic methods have the potential to recover rock property distributions from the surface to great depths. Unfortunately, results in complex 3D geo-electrical settings can be disappointing, especially where significant near-surface conductivity variations exist. In such settings, unconstrained inversion of magnetotelluric data is inexorably non-unique. We believe that: (1) correctly introduced information from seismic reflection can substantially improve MT inversion, (2) a cooperative inversion approach can be automated, and (3) massively parallel computing can make such a process viable. Nine inversion strategies including baseline unconstrained inversion and new automated/semiautomated cooperative inversion approaches are applied to industry-scale co-located 3D seismic and magnetotelluric data sets. These data sets were acquired in one of the Carlin gold deposit districts in north-central Nevada, USA. In our approach, seismic information feeds directly into the creation of sets of prior conductivity model and covariance coefficient distributions. We demonstrate how statistical analysis of the distribution of selected seismic attributes can be used to automatically extract subvolumes that form the framework for prior model 3D conductivity distribution. Our cooperative inversion strategies result in detailed subsurface conductivity distributions that are consistent with seismic, electrical logs and geochemical analysis of cores. Such 3D conductivity distributions would be expected to provide clues to 3D velocity structures that could feed back into full seismic inversion for an iterative practical and truly cooperative inversion process. We anticipate that, with the aid of parallel computing, cooperative inversion of seismic and magnetotelluric data can be fully automated, and we hold confidence that significant and practical advances in this direction have been accomplished.