基于结构耦合与物性耦合的重磁联合反演方法研究

发布时间：2017-03-28 22:12

  本文关键词：基于结构耦合与物性耦合的重磁联合反演方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：反演是重磁资料处理的核心环节之一。然而,反演结果往往受较强的非唯一性影响,这严重阻碍了其在实际应用中的推广和普及。联合反演具有克服单一方法局限,充分挖掘数据有效信息,获得可靠反演结果的巨大潜力,成为当前重磁研究的一大热点。结合实际需要,本文对重磁数据约束及联合反演方法展开研究,主要包括以下几点:一、构建了重磁资料单一反演的目标函数,并在广义最小二乘算法意义下进行推导求解。使用直接在模型项加权的形式添加深度加权,同时使用转换函数法引入物性范围约束。该算法收敛稳定而迅速,可拓展性强,为进一步开发联合反演算法奠定了基础。二、基于结构耦合思想,给出融入多种约束条件的重磁交叉梯度联合反演算法。该算法目标函数将多种物性参量及数据进行对应组合,在结构耦合等式约束下进行同步迭代求解。提出使用结构耦合因子求解结构扰动项,大幅提升了计算效率。同时,引入了深度加权和物性范围约束,与交叉梯度耦合配合使用使反演质量得以显著提升。此外,还给出局部交叉梯度耦合的联合反演算法,以满足不同的应用需求。模型算例表明该算法收敛稳定,所得物性模型结构能达到高度一致。该算法最大优点为能具有区分具有不同物性特征的异常,且物性交汇分布具有收敛特征,与单一反演发散分布的物性交汇形成明显区别。三、首次对剩磁影响下的重磁联合反演做了分析。由于联合反演具有信息互传机制,当测区存在强剩磁干扰,而反演又将其忽略时,反演结果将受到负面影响。提出用弱敏感与磁化方向的归一化磁源强度代替常规磁异常参与联合反演,削弱观测数据输入的剩磁影响,从而达到抗剩磁干扰的目的。模型算例表明,当存在剩磁干扰时,该方法比常规数据联合反演和单一反演归一化磁源强度都有较大改善。这体现出其巨大的实用价值。四、基于物性耦合思想,对多物性引导耦合的重磁联合反演做了研究。此方法引入隶属度和物性类别概念,在反演物性参量的同时对其进行分类,引导模型参量逐步迭代向已知物性类别靠近,从而削弱反演多解性。模型试验表明,该约束可获得具有尖锐边界的反演模型,其聚焦特性远远优于物性范围约束,物性异常识别能力比单一约束更强。多物性引导耦合的物性交汇散点分布于聚类中心附近,印证其强烈的聚焦特性,再次说明该联合反演的优势所在。五、对长江中下游某矿区实测重磁数据联合反演进行了实例探讨,进一步验证了本文所述算法的有效性和实用价值。
【关键词】：重磁资料 约束反演 交叉梯度耦合 多物性引导耦合 剩磁影响
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.1;P631.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 选题背景和研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 重磁约束反演研究现状13-15
• 1.2.2 重磁联合反演研究现状15-17
• 1.2.3 剩磁影响下磁法数据处理研究现状17-18
• 1.3 本文主要研究内容18-19
• 1.4 主要成果与创新点19-21
• 第二章 重磁反演及其约束方法21-45
• 2.1 正演理论21-26
• 2.1.1 重力异常正演21-22
• 2.1.2 磁异常正演22-26
• 2.2 重磁约束反演理论26-38
• 2.2.1 考虑先验信息的广义最小二乘算法26-30
• 2.2.2 协方差矩阵的构建30-31
• 2.2.3 深度加权和距离加权31-32
• 2.2.4 物性范围约束32-37
• 2.2.5 反演算法流程37-38
• 2.3 理论模型算例分析38-44
• 2.3.1 示例一：重力数据的二维约束反演38-42
• 2.3.2 示例二：磁测数据的三维约束反演42-44
• 2.4 本章小结44-45
• 第三章 基于结构耦合的重磁联合反演45-81
• 3.1 结构耦合原理和交叉梯度算子45-48
• 3.2 结构耦合联合反演算法48-55
• 3.2.1 反演基本框架48-50
• 3.2.2 交叉梯度偏导数矩阵求解50-52
• 3.2.3 引入结构耦合因子52-53
• 3.2.4 引入深度加权和物性范围约束53-54
• 3.2.5 局部交叉梯度联合反演54-55
• 3.3 模型算例分析55-80
• 3.3.1 算例一：交叉梯度联合反演基本效果55-61
• 3.3.2 算例二：引入深度加权的联合反演效果61-66
• 3.3.3 算例三：引入严格物性范围约束的联合反演效果66-69
• 3.3.4 算例四：结构耦合因子对联合反演的影响69-72
• 3.3.5 算例五：不同异常特征物性模型的联合反演效果72-75
• 3.3.6 算例六：不整合模型的联合反演效果75-77
• 3.3.7 算例七：局部交叉梯度联合反演效果77-80
• 3.4 本章小结80-81
• 第四章 剩磁条件下的重磁联合反演81-92
• 4.1 忽略剩余磁化强度对重磁联合反演的影响81-85
• 4.2 归一化磁源强度及其反演85-89
• 4.3 重力与归一化磁源强度的结构耦合联合反演89-91
• 4.4 本章小结91-92
• 第五章 基于多物性引导耦合的重磁联合反演92-113
• 5.1 模糊C均值聚类和物性引导约束92-97
• 5.2 重磁物性引导约束反演方法97-100
• 5.2.1 硬约束方法97-99
• 5.2.2 软约束方法99-100
• 5.3 重磁多物性引导耦合联合反演方法100-102
• 5.4 模型算例分析102-111
• 5.4.1 示例一：物性引导约束示例102-105
• 5.4.2 示例二：多物性引导耦合示例105-111
• 5.5 本章小结111-113
• 第六章 重磁联合反演实例探讨113-123
• 6.1 地质地球物理概况113-116
• 6.1.1 区域地质简介113-114
• 6.1.2 区域岩（矿）石物性特征114-116
• 6.2 重磁数据反演效果分析116-122
• 6.3 本章小结122-123
• 第七章 结论与建议123-126
• 7.1 结论123-124
• 7.2 下一步工作124-126
• 致谢126-127
• 参考文献127-142
• 个人简介及在读期间发表学术论文14

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