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针对在石油勘探中常常遇到大块具有均匀电导率的地质单元被尖锐边界分隔
的情况,Catherine de Groot-Hedlin and Steven Constable构建了一种新的
反演方法,首先从模型的构建上着手,把地质结构表示为有限数量的具有均匀
电导率的层。这些层的厚度在横向上是变化的,反演的参数是各层的电导率值
以及各层在横向上的深度(即地质单元的界面)。通过引入光滑限制条件以及控
制地质单元之间电导率的差异的办法来使反演稳定。他的反演方法是线性反演
方法,要计算偏导数矩阵,即使采用互易定理,计算量也非常大,大大的影响
了反演的速度。
快速松弛法(RRI)在解决横向电性变化平缓的地质结构的反演中具有简易的
偏导数计算方法,计算量很小。本文在深入研究了各种大地电磁反演方法的基
础上,把RRI法与Catherine de Groot-Hedlin and Steven Constable的模型
构建方法结合起来,提出了一种具有明显电阻率差异界面的二维MT快速反演方
法,每次反演只需要做一次正演,可以快速反演横向电性变化平缓的块状电性
结构的界面。
在反演计算中,偏导数矩阵的计算是关键。在反演过程中偏导数矩阵的计算
消耗了大多数的计算时间。RRI法通过对当前模型计算出来的场值进行积分得到
测点对其下某一层的电阻率的偏导数,它在每一次反演迭代中只需要做一次正
演,这样节约了大量的时间。
但是,RRI法求出的偏导数实际上是一维的偏导数。在RRI法中,反演是单
点的一维反演,而Constable的偏导数是对地下一定长度的层深度变化的偏导
数,是二维偏导数,因此要把RRI法计算的偏导数转化为二维偏导数。本文通
过对比一维偏导数与Constable对地下一定长度的层深度变化的偏导数,计算
了修正系数,利用这个修正系数把一维的偏导数转化为二维的偏导数。
通过把RRI计算的偏导数转化为二维偏导数,并且在偏导数矩阵中只保留对
本测点下的模型参数的偏导数,而忽略掉对其他测点下的参数的偏导数,形成
一个近似的偏导数矩阵。通过大量的模型实验证明,这种近似处理是可行的。
在反演的过程中,为了反演的稳定,消除多解性,在反演的目标函数中加上
最平限制条件,此外在反演过程中对界面还进行了圆滑处理。在反演前首先对
实测数据进行了插值加密,使得测点个数与要反演的每层的深度数相同,这增
加了数据量,可以有效地减少多解性,但采用本文反演方法在计算偏导数时并
不增加计算量。
利用本文的方法,采用有限单元法编制了正演计算程序,以此为基础编制了
反演计算程序,对大量的理论模型及实际数据进行了试算分析,证明了本文二
维大地电磁界面快速反演方法的快速及有效性。
最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。
关键词:大地电磁,块状电性结构,快速松弛反演,雅可比矩阵,有限单元法