可控源电磁测深数据拟二维反演

发布时间：2017-05-18 22:02

  本文关键词：可控源电磁测深数据拟二维反演，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可控源音频大地电磁法(CSAMT)是电磁勘探的一种重要手段,广泛应用于地面电磁勘探和海洋电磁勘探的领域中。电磁法二维和三维反演技术近年来都有着飞速的发展,但是在实际野外资料解释中,由于二、三维反演复杂,计算量大,在相对短的时间内难以得到很精确的反演结果。一维反演虽然在精度上比不上多维反演,但是反演速度快,内存需求少,有利于对野外实测数据进行初步解释。而对于整条测线上所有的测点,一维反演采用逐个点进行一一反演,则相邻测点的反演结果容易出现突变,反演的电阻率断面图结果呈面条状。对此,为了保有一维反演的优势,并且能更好地成图,本文采用拟二维反演,对测线上所有测点同时进行反演,即在一维反演的基础上加入了模型横向约束,保证了反演结果的横向连续性和稳定性。本文首先介绍了正演理论,采用基于Das等人工作发展出来的虚界面法计算有限长导线源在均匀层状导电地表产生的电磁场,在数值计算上利用数字滤波的方法。反演方法采用有限内存拟牛顿法(L-BFGS),该方法具有收敛速度快、不需计算复杂二阶偏导和其逆矩阵、节省内存的优势。本文详细的介绍了有限内存拟牛顿法的基本原理和优势,并给出了一维可控源电磁测深数据反演的数值模拟,从初始模型、数据类型、初始正则化因子、终止条件、噪声影响和频率选择几个方面分析对反演结果产生的影响。本文采用的拟二维反演正是在此有限内存拟牛顿一维反演的基础上加入模型的横向约束,整条测线同时反演,使得反演解在纵向和横向上均具有连续性和稳定性。通过建立层状与台阶组合模型和棱柱体模型两个二维理论模型,并对其正演数据加入5%的噪声作为观测数据进行拟二维反演,再对异常六面体三维理论模型进行反演,验证有限内存拟牛顿拟二维反演法的可实现性。最后通过野外实测数据的拟二维反演结果与一维、SCS2D反演结果、地质解释剖面图进行对比,进一步说明拟二维反演方法的适用性。通过理论分析、数值模拟和实测数据的反演研究可以得到结论如下:1.有限内存拟牛顿法在一维可控源电磁测深数据的反演中具有可行性。2.有限内存拟牛顿法的一维反演对初始模型和数据类型的要求不高;选择适当的正则化因子和目标函数约束能使反演结果更为理想;根据地质资料选择关键反演频率能提高反演效率;反演终止条件设定为目标函数相对变化小于起初值的3~4个数量级效果更好;有限内存拟牛顿反演方法对数据干扰具有较强的压制能力,从而为该方法的实际应用奠定了理论基础。3.本文实现了有限内存拟牛顿法对可控源电磁测深数据的拟二维反演,其结果比一维反演在纵向和横向上均具有整体性和连续性,得到的解更为稳定,适合用于层状或横向变化较小的地层结构的反演。4.虽然拟二维反演在精度上不如二维和三维反演,但基本反演出大致趋势,反演得到的响应与观测资料拟合也比较好,同时节省了反演时间,也为二维或者三维可控源电磁数据的反演提供一种建立合适初始模型的新手段。
【关键词】：拟二维反演 有限内存拟牛顿法 可控源电磁测深 模型约束 一维反演
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.325
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-13
• 1.1 研究目的与意义10
• 1.2 国内外的研究现状10-11
• 1.3 论文的主要内容11-13
• 第2章 CSAMT一维正演理论13-19
• 2.1 电磁场基本理论13-14
• 2.2 全空间层状导电介质水平电偶源表达式的推导14-18
• 2.3 本章小结18-19
• 第3章 有限内存拟牛顿一维反演19-37
• 3.1 反演基本理论19-20
• 3.2 有限内存拟牛顿法基本原理20-24
• 3.2.1 牛顿法20-21
• 3.2.2 高斯-牛顿法和拟牛顿法21-22
• 3.2.3 有限内存拟牛顿法22-24
• 3.3 一维反演数值结果分析24-36
• 3.3.1 初始模型26-28
• 3.3.2 数据类型28-29
• 3.3.3 初始正则化因子29-30
• 3.3.4 终止条件30-32
• 3.3.5 噪声32-34
• 3.3.6 频率选择34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 有限内存拟牛顿拟二维反演37-51
• 4.1 拟二维反演基本原理37-41
• 4.1.1 模型约束函数37-39
• 4.1.2 拟二维反演法39-41
• 4.2 理论模型数据的反演41-50
• 4.2.1 层状与台阶组合模型42-45
• 4.2.2 二维棱柱体模型45-47
• 4.2.3 六面体模型的拟二维反演47-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 拟二维反演的应用51-59
• 5.1 新疆某地区实测数据的拟二维反演51-58
• 5.2 本章小结58-59
• 第6章 结论与展望59-60
• 6.1 本文结论59
• 6.2 研究展望59-60
• 参考文献60-63
• 硕士研究生阶段参加的项目与成果63-64
• 致谢64

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