面向目标自适应有限元法的带地形三维大地电磁各向异性正演模拟

传统三维大地电磁各向异性模拟均是基于规则六面体网格，计算精度有限且较难拟合复杂地质条件.本文采用面向目标自适应非结构矢量有限元法，对三维大地电磁各向异性介质进行模拟.首先从电场双旋度方程出发，利用伽辽金方法建立变分方程；然后利用电流密度连续性条件构建适合大地电磁各向异性问题的加权后验误差估计方法，实现面向目标的网格自适应正演；最后通过典型算例分析各向异性对网格自适应和大地电磁响应的影响特征以及各向异性的识别方法.本文算法能够高精度地拟合起伏地表和任意各向异性介质，适用于分析复杂地电条件大地电磁响应特征，为提高大地电磁资料解释水平提供了理论基础.     

双船拖曳式海洋电磁三维自适应正演模拟及响应特征研究（英文）

双船拖曳式海洋电磁系统是近年提出的一种新型海洋电磁勒探系统。与传统海洋电磁系统相比,该系统使用两艘作业船分别拖曳接收机和发射机工作,无需事先在海底铺设接收机,且发射机与接收机的相对位置关系更加灵活多样,釆集电磁数据能够包含更为丰富的海底介质分布信息信息。本文针对双船拖曳海洋电磁系统开发了面向目标自适应可控源海洋电磁三维正演算法并总结了该系统四种装置(同线、旁线、同心扫面、方位扫面)的响应特征。考虑到起伏海底地形普遍存在且对海洋电磁响应影响较大,本文采用基于非结构网格的矢量有限元对海洋电磁响应进行模拟。为了充分满足双船拖曳系统对正演算法的要求,本文针对不同发射源位置采用独立网格剖分并进行响应计算。为了得到更为合理的网格剖分、提高计算精度,本文针对海洋电磁正演问题基于自适应算法研发了近源/远源分区网格加密技术。通过将计算结果与半空间模型半解析解以及已发表的三维模型结果进行对比,验证了本文算法的精度。对海洋电磁系统四种不同装置的正演模拟结果表明,双船拖曳式海洋电磁勘探系统较之于传统半托曳式海洋电磁系统能够提供更多的地质信息。本文研究内容对双船拖曳式海洋电磁勘查系统响应异常识别具有指导意义。     

基于非结构有限元的时间域海洋电磁三维反演

海洋电磁法是一种有效的钻前储层评价手段,可识别出海底构造是否储油气,从而减少干井率降低勘探成本.近年来,频率域三维海洋电磁反演得到了快速发展,但受到空气波的影响,其在浅海环境中无法取得很好的效果.为解决这一问题,本文研究时间域海洋电磁数据三维正反演.正演模拟和计算中,我们选择基于非结构网格的矢量有限元方法.该算法中空间离散采用非结构四面体网格,可很好地拟合复杂海底地形条件和地下复杂结构;而对于时间离散,我们采用无条件稳定的后推欧拉方法,以确保任意时间步长数值计算的稳定性.反演计算中,灵敏度信息采用伴随正演隐式进行计算;同时,依据时间域反演方法的特点采用L-BFGS方法计算模型修正量.通过利用合成数据反演结果证明了本文提出的三维时间域反演方法可用于复杂海底环境,特别是在浅海环境下的有效性.     

基于广义模型约束的时间域航空电磁反演研究

由于航空电磁具有海量数据,因此快速有效的成像和反演手段至关重要.本文针对层状介质模型推导与实现了广义模型约束条件下时间域航空电磁一维反演.从正则化反演的目标函数出发,通过改变模型约束项构造Lp范数反演和聚焦反演,进而通过改变模型求解域构造出基于小波变换的稀疏约束反演.针对不同反演方法目标函数的构建方式,本文进一步从数学原理上分析不同反演方法的预期效果,并通过理论模型和实测数据进行验证.结果表明L0.8范数反演、聚焦反演和基于小波变换的稀疏约束反演可以得到更符合地下层状介质陡变界面的反演结果.     

面向目标自适应三维大地电磁正演模拟

本文将面向目标的自适应算法应用于三维大地电磁数值模拟.使用基于非结构网格的矢量有限单元法对起伏地表大地电磁正演模拟问题进行求解.使用利用垂向电流密度在物性界面上的连续性对后验误差进行估算的算法指导网格优化.由于全局自适应算法针对观测点优化网格的能力较差,本文通过求解正演问题的对偶问题计算后验误差的加权系数,并对相关加权系数进行改进,从而实现了面向目标的自适应算法.与传统基于结构化网格的电磁正演算法相比,采用非结构网格能够更好地拟合起伏地表和地下不规则异常体.由于使用了面向目标的自适应算法,本文能够使用更少的网格达到较高的计算精度.通过对比本文模拟结果与半空间响应和全局自适应算法计算结果,并通过对比使用改进前和改进后加权系数得到的网格剖分结果验证了本文算法的有效性.     

提高频率测深正演计算速度的方法

研究提高频率测深正演计算速度的方法是很有意义的,因为正演是反演的基础,正演计算的精度和速度决定了反演的精度和速度,因此本文提出了一种在保证计算精度前提下提高频率测深正演速度的方法,并对该方法的数学含义作出讨论。     

频率测深波区视电阻率响应和正演计算

本文对频率测深电偶源发射时的波区视电阻率响应进行了较系统的讨论,指出了国内现有理论中的一些错误。研究发现,在进行波区视电阻率响应的理论推导时,当基底电阻率有限时进行零级近似是正确的,但当基底电阻率为无限大时,进行零级近似是不完善的,必须进行修改。利用正确的公式进行了视电阻率响应的正演计算,结果表明,利用零级近似得出的公式与利用一级近似得出的公式计算的视电阻率响应曲线首支部分符合较好,但对于有高阻基底存在的地电断面,响应曲线尾支差异很大。     

用传播矩阵法研究层状交错地层中的多分量感应测井

为了实现交错沉积等复杂环境中的电磁场数值模拟,本文在常规横向同性模型的基础上引入了电导率主轴坐标系相对地层坐标系的层理方位角和倾角,建立了交错地层模型.并利用传播矩阵法建立了一维层状交错地层模型中的多分量感应测井仪器响应的正演模拟算法.首先将频率-波数域中的电磁场分解为上行和下行模式波,给出了任意朝向的磁偶极子在无限大地层中模式波的解析解.进一步通过引入地层界面上的透射、局部反射以及广义反射系数矩阵,推导了一维层状地层中的模式波表达式.在此基础上,利用二维Gauss-Legendre积分实现了Fourier逆变换,得到了可用于多分量感应测井模拟的频率-空间域磁场并矢格林函数.最后,通过多个数值模拟结果考察了井眼倾角、层理方位角和倾角变化对多分量感应测井响应的影响.     

可控源音频磁大地电流法一维正演及精度评价

研究发现，两种目前比较常用的可控源音频磁大地电流法（ＣＳＡＭＴ）的正演计算方法，即简化积分法和二次插值法之间计算结果差异较大。为了正确地评价这两种方法的计算精度，本文提出了利用直接积分进行，ＣＳＡＭＴ一维正演的算法，即通过将任意角度频率测深正演结果沿发射源方向直接进行数值积分，得到有限长度发射源的ＣＳＡＭＴ正演结果，大量计算和精度评价发现，在这些算法中，简化积分法和本文提出的直接积分法计算结果吻合     

瞬变电磁测深法的研究深度

研究发现,瞬变测深法研究深度除了与采样时间(采样间隔,起始和终止采样时间等)有关外,还与信号源强度、大地电导率、系统噪音水平以及仪器观测精度等因素有关,文中对研究深度与这些量之间的关系作了数学描述。