重磁反演约束条件及三维物性反演技术策略
重磁资料数据处理某些方法.
常的影响被削弱了年, ‘ 我们用上述方法编制了 , 币机算法语言程
序 , 并作了模型试验 , , 后来又处理了实际资料闭有一定效果。原始数据中存在有局部异常成分也是造成虚假异常的原因之一数据点随机分布叠加异常的划分趋势分析方法去处理规则格网数据吼 , 所以可以用不规则测网。‘’ 至今仍是一个没有很好解决的问题、 , 还有许多工作要做二异常的反演 , 异常的反演一多模型最优化选择法、即根据观测异常求地质体的位置。大小、产状和物性参数数据处理和解释工作中的一个不可缺少的环节欲反演的目标大体上有三种—是重磁资料求地质体用规则几何形体近似 , 的几何参数和物求一定范围物。性参数性的空间分布的实质在于 , 。求一定范围的物性分界面 , 反映某一地质层位的起伏目前采用的反演方法可分为两类直接法 , 。根据观测整理的异常直接曲线拟合一选择法选择法 , 计算地质体的某些参数多用于解释简单的异常一次完成。将实测异常曲线与一系列已知形状模型体产生的理论异常曲线进行比较当实测曲线与某一理论曲线符合为实际地质体的近似结果。在给定的误差范围内选择法需迭代完成。。时 , 就
将该理论曲线所对应的模型体作这里先介绍多模型最优化选择法在一个矿区、的应用情况 , 然后讨论此法的应用条件 , 年 , 武汉地质学院磁法组应用长方体组合模型采用了十五个模型 , 改进的马奎特法。〕冀东对。‘ 一区的地磁异常进行了反演川得到了各模型体的参数的理论曲线。图表示反演得到的模型体的平面位置和由它算出理论曲线与实测曲线有些模型体的参数也。一拟合得较好 , , 滋儡节静之火浓姆丫一之文侧气二么爹又一夕‘ 之毛‘ ‘’ 币—、、比较接近附近钻孔中的见矿情况月又卜女例如间见到体 , 孔位于第块之间 , 块和第米剩图一汤火在井深入米赤铁矿和 , 米磁性矿米磁块和第按计算结果是该处应有又如在第一、 , 性矿体块之间的孔 , 按反演推米磁性矿米到米米磁铁算在体 , 米左右应有实际钻探结果在当然此外 , 之间见到了矿区。。米赤铁矿和也有些结果与实际情况我们应用上述方法处理。异常长方体组合棋型反演结果单位下相差较大。。 , 广东、黑龙江以及安徽罗河矿区的一些资
重磁和大地电磁数据三维联合反演
重磁和大地电磁数据三维联合反演
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CATALOGUE 目录
•
重磁和大地电磁数据采集与处理
•
三维模型构建
•
重磁和大地电磁数据联合反演
•重磁和大地电磁数据联合反演结果分析•重磁和大地电磁数据联合反演的应用前景
重磁和大地电磁数据采集与处理
磁力计选择
测线布置
数据采集
重磁数据采集
在野外实地进行大地电磁数据采集,记录各测点的视电阻率和相位差。
大地电磁数据采集
数据采集
电极布设
数据预处理
数据整理
数据滤波
数据转换
三维模型构建
岩石密度模型01
岩石磁性模型02
岩石电性模型03
地磁场源模型
地壳电阻率模型
地幔电阻率模型
地球电阻率模型建立
重磁和大地电磁数据联合反演
遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法,适用于解决非线性、高维度、多峰值等复杂优化问题。在重磁和大地电磁数据联合反
演中,遗传算法可用于优化反
演模型的参数,提高反演结果
的准确性和稳定性。
遗传算法具有自适应、并行性
和全局搜索能力等特点,可以
处理大规模数据集,并找到最
优解。
010203基于遗传算法的反演
基于模拟退火算法的反演01
02
03
在重磁和大地电磁数据联合反演中,粒子群优化算法可用于优化反演模型的参数,提高反演结果
的精度和稳定性。粒子群优化算法具有并行性、简单易实现和全局搜索能力等特点,适用于处理大规模、高维度的优
化问题。
粒子群优化算法是一种基于群体智能的优化算法,通过模拟鸟群、鱼群等生物群体的行为来寻找最
优解。基于粒子群优化算法的反演
重磁和大地电磁数据联合反演结果分析
通过反演结果可以推断出不同地质构造的形成时间和演
化过程。反演结果还可以帮助研究地壳的构造运动和动力学过程。
重磁数据的重加权正则化共轭梯度法约束反演
关键词:重磁数据;深度加权函数;正则化;共轭梯度法;约束反演;PRP 公式 中 图 分 类 号 :P631.2 文 献 标 志 码 :A 犇犗犐:10.3969/j.issn.10011749.2021.02.13
0 前言
重磁勘探作为地球物理勘探中的一种常用方 法,它是根据地下目 标 体 与 围 岩 的 密 度 或 磁 性 差 异 引起的重磁场的空 间 变 化,解 决 某 些 地 质 问 题 的 一 种勘探方法。重磁反演是重磁勘探解释工作中的重 要内容,但由于重磁 位 场 的 “趋 肤 效 应”和 体 积 效 应 明显,其间接观测手 段 也 决 定 了 重 磁 反 演 问 题 多 是 不适定问题,导致了 重 磁 反 演 存 在 现 实 困 难 和 技 术 瓶颈。
收 稿 日 期 :20200427 基 金 项 目 : 国 家 重 点 研 发 计 划 (2017YFC0601504) 第 一 作 者 : 吴 昊 天 (1999- ),男 ,本 科 ,主 要 研 究 方 向 为 重 磁 的 反 演 研 究 ,Email:wuhaotian_cdut@foxmail.com。 通 信 作 者 : 李 军 (1977- ),男 ,博 士 ,副 教 授 ,主 要 从 事 重 磁 勘 探 教 学 与 科 研 工 作 ,Email:lijun3@cdut.edu.cn。
吴昊天a,李 军a,b,王鹏a,b,李 霞a
金属矿勘探中重磁3D物性反演技术应用研究
( 2 ) 白石泉 的铜镍 矿区实践证实 , 采用重磁3 D反演能够 比较好 地获得空间地 下不 同深度及磁性差异矿体其的分布形态 , 可以为进 而研 究隐伏矿 分布提供 信息。
参 考 文献 :
[ 1 ] 李荣光. 大比例尺高精度磁测在 金钴矿 生产中的应用 . 地 质与勘
( 1 ) 确定 目标函数是地球物理反演的重要 因素之一 , 这直接关系 到地质模型的确立及反演可信程度 , 合理 的加权参数与 目标 函数是 反演关键所在 。 3 D 计算时 , 不但要考虑采样 密度、 地质体规模 , 还要 注意地下部分网格体 的尺度 , 既要考虑采样点密度及 目标地质体大 小等约束条件 , 同时也要考 虑网格剖分单元数量对于正反演计算的
探, 2 0 0 6 . 4 2 ( 3 ) : 7 6 — 8 O .
[ 3 ] 严加永. 长江 中下游成矿带深部背景地球物理综合研 究[ D ] . 北京: 中国科学院地质与地球 物理研 究所, 2 0 1 O . 9 9 -1 0 6 . [ 3 ] 刘天佑. 任意形状地质体数值积分 法重磁场三维可视化反演[ J ] . 地 质 与 勘 探, 2 0 0 6 . 4 2 ( 5 ) : 7 9 — 8 3 . [ 4 ] 付勇. 多元线性 回归和逐步 回归分析在 白石泉C u—N 1 硫化物矿床 研 究中的应用[ J ] . 地学前沿, 2 0 1 2. 1 6 ( 1 ) : 3 7 3—3 8 0 . [ 5 ] 高辉, 张鹏. 金川铜镍 矿床 控矿 因素分析与找矿[ J ] . 地 质与勘探,
重磁数据的重加权正则化共轭梯度法约束反演
第43卷第2期物探化探计算技术Vol.43No.2 2021年3月COMPUTING TECHNIQUES FOR GEOPHYSIC A L AND GEOCHEMIC A L EXPLORATION Mar.2021
文章编号:1001-1749(2021)02-0232-10
重磁数据的重加权正则化共轭梯度法约束反演
吴昊天a,李军叫王埜鹏叫李霞*
(成都理工大学 a.地球物理学院,
b.教育部地球探测与信息技术重点实验室,成都610059)
摘要:重磁异常的物性线性反演多是欠定问题求解,求解不仅具有明显的不稳定性,还会导致
其垂向分辨率大大降低,反演的“趋肤效应”明显。针对重力数据反演中的这一问题,引入重加权
正则化共轭梯度法的约束反演,即在目标函数中加入正则化方程加以约束,以深度加权函数对核
矩阵进行补偿,在反演过程中实现了正则化因子的自适应选择。引入了PRP公式,改善了反演
的计算效率和计算精度。引用一个相对复杂的Y型岩脉的重磁加噪数据,对比分析了FR公式
和PRP公式下的重力反演和磁异常反演的结果,并对马角坝3号地质剖面磁异常数据进行了磁
反演,论证了算法的有效性和可靠性。
关键词:重磁数据;深度加权函数;正则化;共轭梯度法;约束反演;PRP公式
中图分类号:P631.2文献标志码:A DOI:10.3969力.issn.1001-1749.2021.02.13
0前言
重磁勘探作为地球物理勘探中的一种常用方法,它是根据地下目标体与围岩的密度或磁性差异引起的重磁场的空间变化,解决某些地质问题的一种勘探方法。重磁反演是重磁勘探解释工作中的重要内容,但由于重磁位场的“趋肤效应”和体积效应明显,其间接观测手段也决定了重磁反演问题多是不适定问题,导致了重磁反演存在现实困难和技术瓶颈。
重磁资料处理及解释新技术方法
延拓至3500m
5000
5000
从3500m至 地形
y(m)
0 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 55000
y(m)
0 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 55000
x(m) (g)
x(m) (h)
3.重磁场三维物性反演
重力场三维反演是个难度极大的课题,这 是因为,1)重力场是体积效应,每个观测点 的场是地下异常源的综合反应,很难从地面观 测的场分解出地下各个异常源的信息;2)等 值原理的影响:不同大小,但质量相同的两个 球体或空心球,质心深度相同,其地面的重力 异常完全相同。因而从理论上讲,任何方法都 不能唯一地反演出地下密度的分布。正因为如 此,至今还没有为大家所认可的较好的重力异 常三维反演方法。
5050000 650000 660000 670000 680000 690000 700000 710000 720000
见油气钻孔
见油气钻孔
徐家围子磁异常
徐家围子切割半径2km的局部磁异常
2.位场曲化平的插值迭代法
航磁资料处理遇到的问题:曲化平;向下 延拓 现有的曲化平和向下延拓主要方法:等效 源法和傅立叶变换法。存在问题:延拓深度 <3-5点距;计算速度慢 我们开发的插值迭代法向下延拓的距离可 以达到20倍点距,计算深度:对1024*1024 数 据点的资料,平面向下延拓<60秒,曲面延拓 <600秒
我国重磁勘查方法技术及仪器的发展与展望
我国重磁勘查方法技术及仪器的发展与展望
雷振英傅学信米宏泽
(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所)
一、重磁勘查方法技术主要发展
重力勘查方法是地球物理勘查方法中一种传统、常规方法,至今也有六十多年发展史。可分为两个阶段,20世纪80年代以前,为第一代重力勘查,其特征是,观测精度低(毫伽级10-5m/s2),勘查对象单一(寻找铬铁矿、超基性岩体),工作比例尺大、工区小,工作量少。这一阶段常作为普查工作阶段中辅助方法投入施工。第二代重力勘查是从20世纪80年代以后随着先进科技的高度发展,其整体勘查方法的技术含量增加,观测精度高,由毫伽级(×10-5m/s2)到微伽级(×10-8m/s2);采用GPS三维定位技术后可进行特殊景观区(如沙漠戈壁等)的观测工作。仪器具有读数、记录、改正等项自动化功能,成为区域地质调查、矿产资源勘查、水工环勘查工作中一种成熟的全新方法技术[1][2]。
磁力勘查方法也是地球物理勘查方法中一种传统、常规方法,历史悠久。在我国也有六十多年发展史。20世纪80年代以前,数据采集精度低(n×10nT~n ×nT),80年代以后,其观测精度提高几个数量级,达到了0.1nT,分辨率可达0.01nT或更高(如质子式磁力仪)。磁力勘查不同于重力勘查方法的是:应用最早、用途最广、效率最高、成本最低、理论最成熟,在地球物理勘查方法中磁力勘查是最具有基础性地质调查功能[1、2]。
作为常用普查方法的磁力勘查是矿产资源调查重要手段之一,尤其在研究隐伏地质构造和金属矿矿产勘查方面有着不可替代的作用。近些年,随着当代科技快速发展,磁法高精度仪器设备及三维数据处理技术等有了长足的进步,勘探能力和效果有了明显提高,尤其是GIS、GPS技术的应用,航磁全梯度磁力测量和三分量磁力测量,卫星测量,航磁和地磁异场弱信息提取等具有创新技术特征的研究与成果有了实质性进展,这对今后寻找深部矿产的勘查将会起到重要推动作
重磁反演约束条件及三维物性反演技术策略
到 确 定 的答 案 还 得 依 赖 于 病 态 问题 的求 解 理 论 。在
பைடு நூலகம்
间 的 对 应 关 系 ; 如 重 力 异 常 的 梯 级 带 往 往 与 地 质 又
构 造 单 元 的 边 界 对 应 , 此 往 往 采 取 一 些 措 施 突 出 为
立 足 于 单 元 识 别 、 造 划 分 是 不 够 的 。 构 造 单 元 的 构
事 ” 降 低 ( 数据 的 ) 求 , 指 望 其 回 答 出 所 有 问 , 对 要 不
题 ; 一 条 途 径 就 是 补 充 、 加 所 需 的足 够 信 息 。 另 增 重 磁 反 演 和 其 他 地 球 物 理 反 演 一 样 , 早 就 被 很 看 成 是 一 个 病 态 问题 , 中 B c u 其 u k s和 Gi e t 对 l r【 b 此 曾 作 了深 入 的研 究 , 因此 , 该 将 地 球 物 理 反 演 问 应 题 转 化 成 一 个 非 病 态数 学 问 题 进 行 求 解 。前 面 已经 指 出 , 有 引 入 附 加 ( 验 ) 息 , 能 使 其 转 化 成 非 只 先 信 才 病 态 的 稳 定 问题 , 加 信 息 应该 是 可 靠 的 ; 者 仅 仅 附 或 根 据 数 据 本 身 有 限 的 信 息 回答 有 限 的相 关 问 题 。前 人 已 对 此 作 过 较 多 的 研 究 , 些 发 表 的 论 文 l 就 一 3 是 根 据 数 据 中 的 信 息 ( 取 后 一 种 方 法 ) 定 某 种 物 采 确
航空瞬变电磁勘探数据的三维反演问题
通过增加正则化项,约束模型参数,避免过拟合现象,提高模型泛 化能力。
自适应学习速率
根据训练过程中的误差变化,动态调整学习速率,加速模型收敛。
Biblioteka Baidu
优化策略与步骤
模型选择
选择适合问题的反演模型,如 三维有限元模型、三维有限差 分模型等。
模型训练
利用训练数据集进行模型训练 ,通过不断迭代更新模型参数 。
三维反演是实现A-TEM数据高精度解释的关键步骤,对于提 高矿产资源勘查的准确性和效率具有重要意义。
研究现状与问题
01
02
03
04
目前,针对A-TEM数据的三 维反演研究已取得一定成果,
但仍存在以下问题
缺乏对复杂地形和导电地质体 的精确建模。
反演结果受初始模型影响较大 ,易陷入局部最优解。
反演过程中未充分利用先验信 息和多频数据。
数据预处理
对原始数据进行清洗、滤波和 预处理,提高数据质量。
参数设置
根据问题特点,设置合适的正 则化参数、学习速率等超参数 。
模型评估
使用测试数据集对训练好的模 型进行评估,计算误差、精度 等指标。
优化效果评估
误差分析
01
通过计算反演结果与实际结果的误差,评估算法的准确性和可
靠性。
精度比较
02
将不同算法的反演结果进行精度比较,评估改进算法的性能优
三维大地电磁正演及反演方法研究现状
三维大地电磁正演及反演方法研究现状
摘要:近年来,随着计算机技术和三维电磁模拟技术的发展。基于积分方程法(IEM)、有限差分法(FDM)和有限单元法(FEM)的三大方法的三维大地电磁正演模拟
技术得到了极大的发展。基于最优化理论的三维大地电磁反演研究也得到了快速
发展。
关键词:电磁正演模拟;数值模拟技术;大地电磁反演
1 三维大地电磁正演方法研究现状
积分方程法(IEM)、有限差分法(FDM)和有限单元法(FEM)是数值模拟技术中的三大方法。
近年来,基于上述方法的三维大地电磁正演模拟技术得到了极大的发展。
在积分方程法中,麦克斯韦方程组被转换为 Fredholm 积分方程,并以此实现对电磁场散
射方程的离散,从而得到与待求电场有关的复线性方程组。该线性方程组的系数矩阵为致密
的复数矩阵。在简单模型的模拟计算中,该方法仅对异常区进行离散,由此得到规模较小的
致密系数矩阵,这有利于线性方程组的快速求解。基于积分方程法在内存消耗、计算速度等
方面的优势,该方法在电磁模拟的研究中受到了研究人员的重视。然而必须指出的是,在复
杂地球物理模型中,必须考虑全区域离散化,此时基于积分方程法得到的系数矩阵表现为大
规模的致密矩阵,不利于方程组求解。因此,考虑到对复杂模型模拟计算的适应性问题,认
为基于积分方程法的三维 MT 正演技术在反演中的应用具有一定的局限性。
有限差分法发展最为成熟数值计算方法之一,该方法基于差分原理,以节点的差商近似
为相应的偏导数,从而得到节点上关于物理场的相关线性方程组。在电磁场模拟计算中,该
线性方程组的系数矩阵为大型稀疏复数矩阵,基于合适的存储和求解方案,可以较快速的对
重磁三维反演技术(2010118)
述
正演模型
概
1多面体 2楞柱体 3六面体
述
都可以解析方式完成计 算,来对地下物质进行 模拟。 模拟。
反演方式
概
重磁反演可分为形态特征的反演和物性 变化特征的反演两种形式。 变化特征的反演两种形式。 1三维形态反演中,模型通常是复杂 三维形态反演中, 的多面体, 的多面体,它的形态变化可以模拟复杂的 地质体,以人机交互方式实现。 地质体,以人机交互方式实现。 2三维物性反演中,模型通常是一系 三维物性反演中, 列简单形态的组合单元, 列简单形态的组合单元,如很多小长方体 组合单元,类似于“魔方” 组合单元,类似于“魔方”的三维网格结 构,通过反演确定这些小单元各自的物性 密度、磁性), ),其变化反映了地质场源 (密度、磁性),其变化反映了地质场源 的空间分布,主要以最优化方法来实现。 的空间分布,主要以最优化方法来实现。
H2
剖分第 n 层
H2
(a)
(b)
(c)
曲面上观测点与模型单元的空间关系
曲面观测和起伏地形快速正演计算
三 维 物 性 正 反 演
重磁场的正演公式是非线性函数, 重磁场的正演公式是非线性函数,离计 算点较远的模型体对场值的贡献很小, 算点较远的模型体对场值的贡献很小,且随 着距离的增大衰减很快,这为研究快速、 着距离的增大衰减很快,这为研究快速、相 对精确的正演技术提供了依据。 对精确的正演技术提供了依据。 具体计算分两步实现:①根据模型单元 具体计算分两步实现: 垂向剖分步长确定主、辅标尺的刻度, 垂向剖分步长确定主、辅标尺的刻度,计算 出主、辅标尺,并存入数组; 出主、辅标尺,并存入数组;②根据计算点 和模型单元被地形切割的情况利用分段线形 插值公式, 插值公式,计算出曲面观测点的核函数值和 正演结果。 正演结果。 特点是在模型空间来实现的。 特点是在模型空间来实现的。
重磁三维反演技术-吴文鹂
吴文鹂
中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所
提
1概述 2原理
纲
3软件系统简介 4应用 5认识
客观需求
概
述
目标体在空间分布是有限的三 维体, 维体,基于二维模型的物探数据处 理与解释, 理与解释,难以满足实际复杂的地 质情况,通过资料的三维解释, 质情况,通过资料的三维解释,再 现所探寻目标体的近乎真实的几何 形态和物理性质,已成为勘探地球 形态和物理性质, 物理研究和应用的发展方向. 物理研究和应用的发展方向.
体1
体2
均 匀 多 面 体 模 型 正 反 演
人机交互修改模型方法
从上面五表数据结构可以 得知, 得知,改变边界点的空间位置 和单元的连接关系可以改变模 型.
均 匀 多 面 体 模 型 正 反 演
人机交互修改模型方法
整体变形
局部变形
均 匀 多 面 体 模 型 正 反 演
人机交互修改模型方法
3 3 4 p2 p2 p
述
正演模型
概
1多面体 2楞柱体 3六面体
述
都可以解析方式完 成计算. 成计算.
反演方式
概
重磁反演可分为形态特征的反演和物性 变化特征的反演两种形式. 变化特征的反演两种形式. 1三维形态反演中,模型通常是复杂 三维形态反演中, 的多面体, 的多面体,它的形态变化可以模拟复杂的 地质体,以人机交互方式实现. 地质体,以人机交互方式实现. 2三维物性反演中,模型通常是一系 三维物性反演中, 列简单形态的组合单元, 列简单形态的组合单元,如很多小长方体 组合单元,类似于"魔方" 组合单元,类似于"魔方"的三维网格结 构,通过反演确定这些小单元各自的物性 密度,磁性), ),其变化反映了地质场源 (密度,磁性),其变化反映了地质场源 的空间分布,主要以最优化方法来实现. 的空间分布,主要以最优化方法来实现.
重磁遗传算法三维反演中动态数组优化方法
GEOCHEMI CAL
源自文库EXPL ORATI ON
文章 编号 :10  ̄ 14 {0 2 0 —0 4 —0 0 1 79 20 )3 20 6
重 磁 遗 传 算 法 三 维 反 演 中动 态 数 组 优 化 方 法
姚长利 , 郑元满
( 国地质 大 学 ,北京 10 8 ) 中 0 0 3 摘 要 :将 地 下场 源 划 分成 很 多规 则 小单 元 , 且反 演这 些 单元 的 物性 变化是 重 磁 反 演 , 别 是 并 特 三 维反 演 的重要 方 向。在 应 用 遗传 算 法进 行 该类 反 演 过 程 中 , 隐含 着数 据 量 大时 高维 动 态数 据
Ab t a t T ii e r g lry t e s u c go fu d rr u d i t n e t g lr s ld e e n s a d i v r t e sr c : o d vd e u al h o r e r in o n e go n n o ma y r ca u a oi lme t e n n n et h p y ia r p ris o he e ee n s c re ty a ma n dr cin o e p y ia x lrto h sc lp e te ft s lme t i u r nl i ie to fg o h sc e p oa in, e p cal n 3- a e. o s l s e il i D c s y T s p p rp e e t fe tv t o o s let e h d e r b e a s d b y a c alc tn fh g ・ r rp it hi a r n a e cie meh d t ov h i d n p o lmsc u e y d n mi lo aig o ih・ de o n 。 e s sn o e e e Ge ei g rtm s u e o e iv r in s r wh n t n tc Alo i h h i s d f rt n eso s. h
重磁异常剖面反演实现
形态 、 密度 、 磁化强度的多个任意多边形组合而成 。
关 键 词 重磁异常 剖面反演 多边形截 面 有限延伸棱柱体
1 引 言
在物探 资料 的处理 解释 工作 中 ,除 了需要 根据 地
空间上任意一点引起 的磁异常 △T 表达式为:
△1 H OS 。C u C 1 OSD o七 n C S s n U + £ sn 1 O 1 i i 。
质图、 物性资料 、 重磁资料对异常源做出定性判断外 , 还需要运用各种定量反演技术求取异常源的几何参数 和物性参数 ,笔者采用截面为任意多边形的有限延伸 棱柱体为模型 , 利用 Q e ge这一跨平 台图形工具 t s nr D i 包 ,在 Wid w 和 Ln x no s iu 系统 上实 现 了重 磁 剖面 25 .D
cas oe2 p biG o gn/ 型体类 l dlD: ul Pl o/模 sM c y
{
p bi: u lc
3 功能设置
程序主要功能包括曲线显示和模型显示修改计算 功能两部分 , 如图 2 。
M dlD ; 默认 构造 函数 oe2 0/ / M dlD cnt dlD& teMoe)/ 贝构 造 oe (osMoe 2 2 ohr d1; 拷 / 函数
三维重磁数据反演及可视化
……… ……… ……… ………
74.7749 ……… 91.2583
测点高程,个数为行*列,存放顺序先东西、后南北 以上数据内容和三维重磁异常形体反演数据格式完全 相同
正演场值,个数为行*列,单位为mGal或nT,存放顺 序同上
模型切片
模型切片
三维重磁异常形体反演切片数据格式
数据内容 1.570796 0.000000 200.000 0.0000 4800.0 2 -7.397974 596.524658 -7.307242 -26.775219 726.524658 -26.775219 2982.623291 数据格式说明 剖面方位角(单位:弧度) 剖面的起始点X,Y坐标 剖面点距 第一个测点的横坐标、实测值、高程和正演值 第N个测点的横坐标、实测值、高程和正演值 剖切模型个数
插入节点操作
插入节点指在边或面上增加节点或顶点,并对原相关三角面 进行自动剖分。插入节点操作包括在“一条边”(或一个面) 上插入节点。 操作方法是鼠标必须指向形体,在要插入节点的边周围或面 上点击下鼠标右键,屏幕弹出菜单,进行:选择“一条 边”(或一个面)-“插入节点”操作,即可在指定位置插入 三维节点。
增加模型
删除模型
模型形体表面三维漫游
先用鼠标左键在模型交互区内点击,切换到模型交互区; 同时按住键盘上的“Shift”键和键盘上的“↑、↓、←、→” 即 “上、下、左、右”键,模型能沿着这几个方向转动; 场及模型立体显示区和模型交互区可以让用户方便地观察 到模型的形状。
基于物理约束的地球物理反演
基于物理约束的地球物理反演
地球物理反演是一种利用地球物理观测数据研究地球结构和性质的方法。基于
物理约束的地球物理反演是指在反演过程中,根据物理规律和约束条件,寻求最符合观测数据的地球模型。本文将从地震波速度反演和电磁法反演两个方面介绍基于物理约束的地球物理反演方法及其应用。
首先,地震波速度反演是地球物理反演的重要方法之一。地震波速度反演可通
过分析地震波传播路径和到达时间来确定地下介质的波速分布。在反演过程中,需要根据地震波传播的弹性波理论和能量守恒定律建立反演模型。通过迭代计算和优化算法,可以逐步改进地球模型,使其与观测数据更加吻合。
在地震波速度反演方法中,常用的一种方法是层析成像法。该方法基于射线理论,通过解反问题逆向追踪地震波路径,再将得到的信息重建成地下波速分布图像。反演结果可以显示不同深度下地下介质的波速信息,从而提供了解地壳结构和构造演化的重要线索。
另外,基于电磁法的地球物理反演也是一种常用的方法。电磁法反演是通过观
测地下电磁场的变化来推断地下岩石和流体的分布。地下介质的导电性、磁导率等性质对电磁场的传播和响应有明显的影响。因此,通过测量地下电磁场的数据,可以反演出地下介质的电导率或磁导率分布。
在电磁法反演中,常用的一种方法是正演模拟和反演方法的结合。正演模拟通
过数值计算模拟地下电磁场的传播过程。反演方法则利用观测数据对模型参数进行反演。通过不断调整模型参数,使正演计算结果与观测数据相符合,从而得到地下电导率或磁导率分布的估计结果。
基于物理约束的地球物理反演在实际应用中具有广泛的意义。例如,地震波速
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重磁反演约束条件及三维物性反演技术策略
姚长利1,郝天珧2,管志宁1
(1.中国地质大学,北京 100083; 2.中国科学院地质与地球物理所,北京 100101)
摘要:重磁资料反演与其他地球物理反演一样也存在严重的多解性,要想得到好的结果,必须附加约束条件,而且尽可能是各种约束的组合。三维反演中多解性更加严重,同时与约束的结合又更加艰难。非线性的广义随机算法使反演求解过程稳定,约束条件容易结合,但计算速度和维数困难同样制约其发挥作用,采取针对性措施后,使三维反演进入实用化阶段。
关键词:重磁反演;约束条件;三维反演
中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2002)04-0253-05
重磁资料的地质解释是建立在重磁数据的处理转换和反演解释上的。其中处理转换的目的是消除干扰,转换成更能反映研究对象特征的异常类型,也就是有针对性地突出目标异常。例如,磁异常的化极转换就是为了消除地磁场斜磁化的影响,从而使转换异常比原始观测异常更能突出磁性体与磁场之间的对应关系;又如重力异常的梯级带往往与地质构造单元的边界对应,为此往往采取一些措施突出这些异常特征,如水平导数模换算等。但是,重磁异常的解释需要进一步向定量化深入,向深部深入,只立足于单元识别、构造划分是不够的。构造单元的深部特征如何?规模怎样?要回答这些地质上需要回答的问题,从重磁角度来说必须依靠数据的反演计算。反演是地球物理资料解释中的重点同时也是难点,过去长期的研究表明,只有合理地结合约束条件,才能使反演结果切合实际,这里我们对重磁反演方法技术中的约束条件进行分析,以使我们更好地把握重磁位场的特点,然后对三维反演提出针对性的技术策略。
1 重磁反演中的约束
在地球物理勘探中根据实际观测数据回答产生这些数据的原因,即什么样的地质构造会产生这些物理观测数据,就是所谓的反演问题。从数学上讲,要准确回答问题,数据必须包含足够的信息,根据有
限信息回答很复杂问题就可能成为一个病态问题。由于数据中信息不足,造成病态问题通常会得出多个答案,这些答案都符合数据本身的要求,在地球物理反演中,这就是我们常说的多解性。显然,多数情况下我们并不希望出现很多种不定的答案,而要得到确定的答案还得依赖于病态问题的求解理论。在数学上早就指出,病态问题的求解第一步就是将其转换成非病态问题,即数据里含有得到唯一答案的足够信息。针对实际有限信息的数据,只能“就事论事”,降低(对数据的)要求,不指望其回答出所有问题;另一条途径就是补充、增加所需的足够信息。
重磁反演和其他地球物理反演一样,很早就被看成是一个病态问题,其中Buckus 和G ilbert [1,2]对此曾作了深入的研究,因此,应该将地球物理反演问题转化成一个非病态数学问题进行求解。前面已经指出,只有引入附加(先验)信息,才能使其转化成非病态的稳定问题,附加信息应该是可靠的;或者仅仅根据数据本身有限的信息回答有限的相关问题。前人已对此作过较多的研究,一些发表的论文[3~6]就是根据数据中的信息(采取后一种方法)确定某种物理参数的值(如地质体的顶深和厚度)。再例如,传统的经验切线法就是得到场源的某种深度的一个参数。但应用更多的,也是现在反演的一个重点,就是第一种方法———增加先验约束条件,目的是确定场源的更多参数。需要说明的是,这2种方法都能将
收稿日期:2002-03-10
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G2000046701)、国家自然科学基金项目(49504059,40074026)
第26卷第4期物 探 与 化 探
Vol.26,No.4 2002年8月
GEOPHYSICAL &GEOCHEMICAL EXPLORA TION
Aug.,2002
病态问题转化成非病态,且具有互补性,有时两者可以有某种程度的综合。下面我们根据先验约束的类型对该类反演技术的特点及发展进行分析总结。
和其他地球物理反演一样,重磁反演首先也是要确定选择什么样的反演解释模型类型。重磁反演模型可归纳为两类:物性模型和形态模型。物性模型是将地下空间与观测异常对应的地质场源区域离散化成离散单元,通过反演方法确定各离散单元的物性,由物性的分布确定场源的实际分布情况;而形态模型则是在给定物性的基础上,确定多边形(二维)或多面体(三维)角点的坐标,通过多边形(或多面体)来模拟场源的几何形态。反演的早期以场源形态反演为主,随着计算技术的发展,物性反演已是“后来居上”。因为物性反演条件更宽松,更容易操作,模拟的地质模型范围更广。
对这2种反演方法在计算中都可以附加约束条件,约束条件的作用越来越受到重视。多年来,众多地球物理学者研究了各种具体的反演约束方法,但这些约束基本上都可归纳为这5种类型:参数先验数值范围约束;参数绝对值约束;参数相对变化约束;反演异常源构造倾向性分布约束;以及异常源的致密度约束。在实际应用中,反演约束可以采用其中的一类,或多类的结合。物性模型和形态模型反演中都可以附加这些约束,下面以物性反演为例说明各约束的作用。
前面我们已提到,在没有约束的情况下,重磁反演一般都是病态的。病态问题的反演是不稳定的,在物性反演中,表现为反演的物性结果分布相当凌乱,高频成分、虚假成分多,根据反演的结果往往无法确定场源的形态,地质意义不明确。约束的作用实际上是避免出现一些明显不合理的结果。
首先介绍参数先验数值范围约束。先验参数范围约束就是根据地质工作确定的岩石类型,或推断估计的地质体范围的上下边界和延伸方面的信息,将其转化成约束,依此控制反演过程。例如根据重力异常反演场源的密度分布,可以事先给定密度的变化范围,即最大和最小密度值。这类约束反演的结果会比没有约束的反演结果要好,但在使用中还需注意,仅依靠这类约束,往往还得不到理想的反演结果,必须结合其他约束。
参数绝对值约束则是使某些参数的值在反演过程中,尽可能接近给定值,同时观测异常与反演异常保持吻合。这类约束包括峰值回归反演方法[7]以及广义反演方法[8]。显而易见,这类约束反演的缺点是要求场源信息太多,在实际应用中,这种约束往往较难给出。另外,就反演本身而言,这类反演倾向于得到数值尽可能小的物性分布,所以有场源“趋肤现象”,即场源都倾向于分布在地表附近,因而数值会接近零值。不难理解,这是因为重磁异常与场源到观测点的距离成反比,场源分布在地表附近自然会要求数值较小。
与绝对值约束不同,参数相对值约束是指被反演的众多参数中空间相邻参数之间的紧密联系、数值上尽可能地接近。由于这种约束倾向于产生物性光滑过渡的场源,所以这种约束又称为光滑约束。Medeiros等[9]在反演中加入的紧邻参数估值相似就是属于这样的约束,最近,Li和Oldenburg[10]引入的参数空间导数最小约束,实际上是该类约束的一种深化。在一些文献中,这类约束通常说成可以产生最小构造解,且往往暗指总能勾划出真实场源的大概轮廓,Silva[11]指出,尽管这可能在电法及电磁法中是真的,但在重磁位场反演中却难以达到理想效果。另外,为了避免反演结果中重磁场源集中在地表附近,Li和Oldenburg[10,12]以及Pilkington[13]在实际资料的解释中,在相对值约束中还结合了物性深度加权措施。
异常源构造倾向性约束也可称为最小惯量矩约束。地质体的惯量矩是指它相对于某个几何元素如轴线的转动惯量,对一个质点来说,质点到几何元素之间的距离越大,其惯量矩也越大。使用这样的约束条件会使反演结果异常源质量(或其他物理参数)集中到这些几何元素附近[14]。这种约束和参数数值范围约束共同使用才能得到地质上有意义的反演结果。这种约束反演应用在地质研究较深入、有一定的构造推断模式时会比较有效,它能给出具体的定量推断,以供决策。
另外一种约束称为致密度约束,属于一种几何简单性约束,是指使反演的场源尽可能简单,且场源内没有空洞。在目前的文献中,这种约束条件具有不同的实现方式。致密度约束反演,如果再加上物性均匀,具有非常好的求解性能,往往会得到稳定的唯一解,场源形态会比较简单,近似等轴状。如果提供场源倾向轴约束,加上场源的大致轮廓,可以得到更复杂的模型[14,15]。对矿体和侵入岩的重磁反演可以引入这些约束,一般它们都是致密分布的,另外围岩如果各向同性它们的形态就可能是等柱状的。
上面对反演中的具体约束进行了分类总结,使我们对反演与约束的关系有了明确的认识。从目的
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