基于地质统计学的重力梯度全张量数据三维反演方法研究

发布时间：2017-06-02 11:08

  本文关键词：基于地质统计学的重力梯度全张量数据三维反演方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：重力梯度测量能够观测重力位的二阶导数，因而，与传统的重力测量相比，重力梯度对微小密度差异引起的变化更加敏感，对浅层地质体具有更高的分辨率，能够更好的反映浅部异常的边界。并且在移动平台中（例如船和飞机），梯度仪不像重力仪那样易受共模噪声和大的加速的影响，因此重力梯度测量具有更强的抗干扰能力，梯度信号具有更高的信噪比，故重力梯度测量常应用于航空、海洋及卫星重力等领域。 随着重力梯度全张量测量技术的日趋成熟，重力梯度全张量数据的解释技术日益受到关注。物性反演以物性变化反映场源范围，具有模拟地下复杂地质体的能力和较强的适应能力，是提高和深化重磁勘探技术解决地质问题能力的重要途径，逐渐成为重磁数据定量解释的主要方式。本论文针对三维反演多解性严重、与地质信息结合困难以及计算量巨大的难点问题，提出了基于地质统计学的三维物性反演方法，对地质统计学中最主要的两个技术，即克里金技术与随机模拟技术进行了研究，并将这两种技术应用到重力梯度全张量数据三维反演中，建立了多种数据联合反演的协同克里金方程，在此基础上实现了井数据约束下的重力梯度全张量数据随机反演，为重磁数据三维反演开辟了新思路。 克里金估值技术是地质统计学最重要的工具之一，它是一种光滑的线性内插方法，广泛应用于矿产储量计算、地下水模拟以及土壤制图等领域。本文对克里金技术中实用性非常强的协同克里金方法进行了研究，建立了以地下空间密度值为主变量、重力梯度数据为次级变量的协同克里金方程对密度值进行估计，从而实现了重力梯度数据的物性反演。此外，为了降低重磁数据反演时物性值集中于地表附近的现象，向协同克里金方程中引入灵敏度矩阵来抵消核函数随深度增大而迅速衰减的特性；针对三维反演计算效率低和内存消耗巨大的难点问题，通过设置阈值的方法，将协同克里金方程中占用内存空间最大的密度协方差矩阵压缩成稀疏矩阵进行存储和参与反演计算，从而大大降低了内存消耗，提高了计算速度。模型试验表明协同克里金反演方法能够灵活地将先验信息以及地质学家对地质情况的认识，例如地质体走向、倾角、空间尺度等信息融合到反演方程中作为约束，从而大大降低了反演的多解性。此外，协同克里金反演不仅能给出反演问题的解，还能通过估计方差对给出的解进行定量评价，从而帮助解释人员得到比较可靠的解释模型。 随机模拟技术是继克里金估值技术之后，迅速发展的一个地质统计学新工具。本文在协同克里金反演模型的基础上，实现了重力梯度全张量数据的随机反演。随机反演方法能够得到来自于概率模型的各种等可能实现，这些结果都能满足已知的观测数据和蕴含在协方差矩阵中的地质认识，大量实现的差异能够反映出地质属性空间分布的不均质性和不确定性。通过模型试验对协同克里金反演模型和随机反演模型进行了比较，并分析了两种方法各自的特点和适用情况。 随着重力梯度全张量（Full Tensor Gravity Gradiometry，FTG）仪器的问世，能够获得的梯度异常信息更加丰富，由于每个梯度分量包含的信息量不尽相同，综合利用不同分量信息有助于提高地质解释的准确性，然而多个分量联合反演显然会使反演方程规模成倍增加。本文通过模型试验对比了单分量反演与多分量联合反演的结果，结果表明单分量数据含有的场源信息相对单一，多分量联合反演可弥补单分量反演时信息不足，提高反演结果的分辨率，然而并非参与反演的分量越多，反演结果越理想，适当选择不同类型的分量进行联合反演，不但可减小计算量，同时可节省内存提高计算速度。 随着可用于矿产开发的井中重力仪的研制成功，井中重力数据解释以及井数据与地面数据联合解释成为一个新的研究热点。井中重力测量可以提供地下感兴趣的地质特征内部或是与其非常接近的岩石的真实密度值，从而提高地下密度分布解释的纵向分辨率。本文研究了重力梯度全张量数据与井数据联合反演对提高反演结果分辨率和准确性方面的能力。通过模型试验对比了在井中岩石密度约束下井中重力数据反演和井中重力数据与重力梯度全张量数据联合反演的结果，结果表明重力梯度全张量数据与井中重力数据联合反演可同时提高反演结果的纵向和横向分辨率，增加反演结果的可靠性。 最后应用本文研究方法对美国Vinton地区重力梯度全张量数据进行三维密度反演，推断了研究区岩盖的空间分布，与已有地质研究成果对比，证明了方法对实际资料的反演能力。
【关键词】：重力梯度全张量（FTG） 三维反演 地址统计学 协同克里金 随机反演 联合反演 井中重力
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.14;P628.2
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 研究背景与研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-21
• 1.2.1 位场快速自动解释技术14-16
• 1.2.2 重磁三维物性反演16-21
• 1.3 存在的主要问题21
• 1.4 论文内容和研究路线21-23
• 1.4.1 研究内容21-23
• 1.4.2 研究路线23
• 1.5 论文创新点23-24
• 1.6 论文结构安排24-27
• 第2章 重力梯度张量正演理论基础27-35
• 2.1 重力及重力梯度张量正演27-30
• 2.1.1 三度体正演基本公式27-29
• 2.1.2 二度体正演基本公式29-30
• 2.2 长方体重力及重力梯度正演计算30-31
• 2.3 地下空间离散化的正演计算31-33
• 2.3.1 模型网格划分31-32
• 2.3.2 长方体离散化正演公式32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第3章 地质统计学的基本原理35-53
• 3.1 地质统计学基本概念35-41
• 3.1.1 地质统计学概念35-36
• 3.1.2 区域化变量理论36
• 3.1.3 变差函数36-39
• 3.1.4 常用变差函数的理论模型39-41
• 3.1.5 估计方差41
• 3.2 克里金方法的基本原理41-45
• 3.2.1 简单克里金42
• 3.2.2 普通克里金42-44
• 3.2.3 协同克里金44-45
• 3.3 随机模拟技术45-50
• 3.3.1 先验分布和后验分布46-47
• 3.3.2 随机模拟的特点和分类47-48
• 3.3.3 序贯模拟思路48-50
• 3.4 克里金方法与随机模拟技术的区别50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第4章 重力梯度全张量数据联合协同克里金反演方法研究53-81
• 4.1 协同克里金反演方程53-59
• 4.1.1 单分量协同克里金反演方程53-54
• 4.1.2 五分量协同克里金反演方程54-55
• 4.1.3 积分灵敏度矩阵55-56
• 4.1.4 变差函数参数估计56-59
• 4.2 协同克里金反演方法抗噪性测试59-66
• 4.2.1 无噪声干扰情况下单分量反演结果分析59-63
• 4.2.2 噪声干扰情况下单分量反演结果分析63-66
• 4.3 重力与重力梯度数据反演结果对比66-68
• 4.4 不同张量分量组合反演结果分析68-75
• 4.5 参数选择对反演结果的影响分析75-79
• 4.6 本章小结79-81
• 第5章 重力梯度全张量数据与井中重力数据联合协同克里金反演81-95
• 5.1 重力梯度全张量数据与井数据联合协同克里金反演方程81-82
• 5.1.1 井中岩石密度约束下井中重力数据协同克里金反演方程81-82
• 5.1.2 重力梯度全张量数据与井数据联合协同克里金反演方程82
• 5.2 长方体组合模型反演结果与分析82-88
• 5.2.1 重力梯度数据反演结果与分析83-85
• 5.2.2 测井穿越异常体中心情况下反演结果与分析85-86
• 5.2.3 测井位于异常体旁测情况下反演结果与分析86-88
• 5.3 倾斜脉状体组合模型反演结果与分析88-93
• 5.3.1 重力梯度数据反演结果与分析89-91
• 5.3.2 重力梯度数据与井数据联合反演91-93
• 5.4 本章小结93-95
• 第6章 重力梯度全张量数据随机反演方法研究95-115
• 6.1 随机模拟与随机反演95-96
• 6.2 误差模拟方法原理96-98
• 6.3 重力梯度全张量数据随机反演98-104
• 6.3.1 重力梯度全张量数据协同克里金反演99-100
• 6.3.2 重力梯度全张量数据随机反演100-104
• 6.4 重力梯度全张量数据与井数据联合随机反演104-112
• 6.4.1 重力梯度全张量数据与一口井数据联合随机反演结果104-107
• 6.4.2 重力梯度全张量数据与三口井数据联合随机反演结果107-110
• 6.4.3 重力梯度全张量数据与两口井数据联合随机反演结果110-112
• 6.5 本章小结112-115
• 第7章 实际资料的应用-美国文顿岩丘地区重力梯度全张量数据反演115-129
• 7.1 文顿岩丘地区地质概况115-118
• 7.2 航空重力梯度全张量数据118-119
• 7.3 重力梯度全张量数据联合协同克里金反演119-122
• 7.4 井数据与重力梯度全张量数据联合协同克里金反演122-128
• 7.5 本章小结128-129
• 第8章 结论129-133
• 参考文献133-141
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果141-143
• 致谢143

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张贵宾,申宁华,王喜臣,王华啸;位场广义线性综合反演系统的建立[J];长春地质学院学报;1993年02期

2 师学明,王家映;一维层状介质大地电磁模拟退火反演法[J];地球科学;1998年05期

3 管志宁 ,郝天珧 ,姚长利;21世纪重力与磁法勘探的展望[J];地球物理学进展;2002年02期

4 李军;郝天珧;;油气储层随机模拟方法综述[J];地球物理学进展;2006年02期

5 刘天佑,管志宁;对二维磁异常利用广义逆矩阵的选择法[J];地球物理学报;1986年04期

6 师学明,王家映,张胜业,胡祥云;多尺度逐次逼近遗传算法反演大地电磁资料[J];地球物理学报;2000年01期

7 姚长利,郝天珧,管志宁,张聿文;重磁遗传算法三维反演中高速计算及有效存储方法技术[J];地球物理学报;2003年02期

8 于鹏;王家林;吴健生;王大为;;重力与地震资料的模拟退火约束联合反演[J];地球物理学报;2007年02期

9 郭良辉;孟小红;石磊;李淑玲;;重力和重力梯度数据三维相关成像[J];地球物理学报;2009年04期

10 孟小红;刘国峰;陈召曦;郭良辉;;基于剩余异常相关成像的重磁物性反演方法[J];地球物理学报;2012年01期

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本文编号：415067