Tesseral-地球物理教程文件
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四、tesseral应用
12
1、 概述
人们根据已有的各种地质地震资料的基础上，对一个地区的构造及岩性做 出各种猜测，即形成一个模型，然后根据地震波在介质中传播的理论，仿照各 种数据采集方式，计算出数字模拟剖面，再与实际资料对比。对于其中的相似 性和差异性，然后修改模型，再模拟再对比，直至获得满意的地质解释。
适的计算方法关键任务。
6
2.2 反演问题
地球物理的反问题有广义和狭义两种提法： 广义地球物理反演：是指根据观测数据不管用什么样的方法和计算手段，能对 地下的地质情况做出定量或半定量的估算都可称为解反问题。如合成声波测井 曲线的计算、神经网络的地层横向预测、油气储层的多参数分析、矿体埋深与 大小的估算等。 狭义地球物理反演：是指各种物理方程和各种偏微分方程有关的地球物理反问 题的求解方法和计算问题。 狭义地球物理反演又可分为两类：一类是根据现在的物理状态去确定物理过 程的过去和现在的状态。二类是从微分方程的解的某种泛函来求方程的系数或 右端项。
• 由实验测定的、正演得出的、统计规律来推测地质构造、动
地质解释 力和演化特征，或得出有关矿产生产、储存和聚集。
8
2.3 地球物理数据的可视化
随着软硬件技术的不断进步，计算地球物理 开始走向可视化、立体化的道路。国内外各 种处理解释的可视化软件涌现出来：
GeoIPAS重磁数据：
9
GeoIPAS数据（三维可视化）：
射线追踪也是常用的一种正演模拟方法，其基础是几何光学。
13
2、常用数值模拟计算方法
常用数值 计算方法
有限差分法 有限元法
计算速度快 边界刻化好
微分方程法，适于模 拟复杂的地质情况
积分方程法
涉及较复杂的数学推导，仅需在异常区求 出未知场，经济，易于处理三维模拟问题
快速离散傅里叶变换法 F域计算
• 计算地球物理学的各个分支都蓬勃发展，出现了多种计算方法 80年代之后 • 综合了各种算法的软件系统也日益增多。
3
2. 计算地球物理学的研究内容
地球物理 学问题
基础
正演 问题
指在地球物理资料解释理论中，由地质体 的赋存状态（形状、产状、空间位置）和 物性参数（密度、磁性、电性、弹性、速 度等）计算该地质体引起的场异常或效应 的过程。
号。
5
正演问题的一般步骤
解计算地球物理的数值模拟的过程一般如下：
1、根据要研究的 对象和问题建立 地质模型或地质
结构模型。
2、根据要使用的 物理手段和地质 模型建立相应的
数学模型源自文库
3、选择进行计算 的方法，并根据 计算方法编制计
算机程序
4、验证结果的正 确性可以根据理 论分析和几种算 法相互验证判断。
反演 问题
目的
据地球物理场的实际观测值（有时也用理 论计算值）定量或定性解释推断地球内部
结构（地质体形态和岩层物性）。
4
2.1 正演问题
物理模拟
相似原理
正演
数学模拟 法
解析方法
概念：将描述各种地球物理场的方 程或表达式及初、边值条件通过数 值方法求出它们的数值解。
数值模拟法
正演主要方法
将设计的地质模型用 各种材料做成物理模 型，然后对模型施加 相应的物理源，如震 源、电源、磁源等， 并通过接受系统获得 相应的相应的响应信
计算地球物理
一、绪论 三、地震波场的数值模拟
四、tesseral应用
1
一、绪论
计算地球物理学：是地球物理、数学和计算机 科学三者相结合而产生的一门边缘学科。
它是以计算机硬件和软件所提供的工作环 境，结合应用数学、计算数学和信息科学的方 法解决地球物理学中的无法或难以由解析解方 式解决的各种理论问题和实际问题的一门应用 学科。
建立的地质模型要能够反应主 要的地质构造和岩石、矿物特 征即可，勿将模型做的过于复 杂，这可能无法建立相应的数 学模型，使结果复杂化、难以 辨认地质特征与物理场特征的 联系。同时也加大了计算量。
计算方法的选择对求解地球物 理问题至关重要，有的方法只 适应简单的地质数学模型，但 它的效率高；有的数值方法适 用于复杂地质数学模型，也适 应简单的，但效率低、费用高。 因此要综合各种因素来选择合
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反演问题的一般步骤
数据获得
• 反映地球内部物理过程的数据有数据采集系统获得
• 是地球物理研究最重要的环节，精度和信息量的提高，会对反 演的精细程度有很大帮助
数据处理
• 原始数据有不同程度的干扰，需要提高信噪比，提取某些特殊 的信息
• 数据量大需要数据管理和显示技术
• 此过程的结果一般是描述性和物理状态变化的数据，为解释做 基础
地震数据处理中经常研究一些新的处理方法来不断改善速度分析及成像等 问题，这种方法有许多求不断的出现，如何对它们进行检验、评价和对比就成 为一个重要的问题了，这时正演数字模拟就是首要的选择。
数值模拟又分为波动方程的解析解和数值解（包括近似解）。对于简单的 模型可以采用解析方法，但是实际上数值模拟都采用有限元法、有限差分法和 虚谱法等。
60年代
• Backus，G.和Gilbert，F.在地球物理反演计算方面有过显著的贡献。 • Robinson，A.和Tritel,B.在应用地球物理领域，特别是在反射地震学的数值处理方面有开拓性的贡献。
70年代
• 大型计算机、超级计算机的应用极大促进计算地球物理的发展。
• 以闵嗣鹤教授为首的一批数学家、地球物理专家为中国计算地球物理的开展做出了不可摩米贡献，这些专家编写了我国地球物理界 第一步系统著作---《地震勘探数字技术》
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3. 计算地球物理学的特点
1、不适定问题在计算地球物理学中经常遇到，且是不可避免的，特别是在解反问题方面。 2、要求计算地球物理的求解精度要有适度性，否则会适得其反。对于正反问题都应当予以慎重考虑。 3、在计算地球物理学中结合实际的创新性是它的发展基础。
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计算地球物理
一、绪论 三、地震波场的数值模拟
地球物 理学
计算地球
数学
物理学
该学科已经渗透到地球物理学的各个分支，
而且从事计算地球物理的工作者已经占据地球
物理的多数，但是地球物理学的理论研究和实
计算机 科学
测与试验仍然是不可取代的。
2
1. 计算地球物理的兴起与发展
• 已经广泛进行地球物理计算，但未形成一门学科分支。 20世纪50年代 • 计算机的问世，引进地球物理中，资料的采样数值化，计算效率大大提高。
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1、 概述
人们根据已有的各种地质地震资料的基础上，对一个地区的构造及岩性做 出各种猜测，即形成一个模型，然后根据地震波在介质中传播的理论，仿照各 种数据采集方式，计算出数字模拟剖面，再与实际资料对比。对于其中的相似 性和差异性，然后修改模型，再模拟再对比，直至获得满意的地质解释。
适的计算方法关键任务。
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2.2 反演问题
地球物理的反问题有广义和狭义两种提法： 广义地球物理反演：是指根据观测数据不管用什么样的方法和计算手段，能对 地下的地质情况做出定量或半定量的估算都可称为解反问题。如合成声波测井 曲线的计算、神经网络的地层横向预测、油气储层的多参数分析、矿体埋深与 大小的估算等。 狭义地球物理反演：是指各种物理方程和各种偏微分方程有关的地球物理反问 题的求解方法和计算问题。 狭义地球物理反演又可分为两类：一类是根据现在的物理状态去确定物理过 程的过去和现在的状态。二类是从微分方程的解的某种泛函来求方程的系数或 右端项。
• 由实验测定的、正演得出的、统计规律来推测地质构造、动
地质解释 力和演化特征，或得出有关矿产生产、储存和聚集。
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2.3 地球物理数据的可视化
随着软硬件技术的不断进步，计算地球物理 开始走向可视化、立体化的道路。国内外各 种处理解释的可视化软件涌现出来：
GeoIPAS重磁数据：
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GeoIPAS数据（三维可视化）：
射线追踪也是常用的一种正演模拟方法，其基础是几何光学。
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2、常用数值模拟计算方法
常用数值 计算方法
有限差分法 有限元法
计算速度快 边界刻化好
微分方程法，适于模 拟复杂的地质情况
积分方程法
涉及较复杂的数学推导，仅需在异常区求 出未知场，经济，易于处理三维模拟问题
快速离散傅里叶变换法 F域计算
• 计算地球物理学的各个分支都蓬勃发展，出现了多种计算方法 80年代之后 • 综合了各种算法的软件系统也日益增多。
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2. 计算地球物理学的研究内容
地球物理 学问题
基础
正演 问题
指在地球物理资料解释理论中，由地质体 的赋存状态（形状、产状、空间位置）和 物性参数（密度、磁性、电性、弹性、速 度等）计算该地质体引起的场异常或效应 的过程。
号。
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正演问题的一般步骤
解计算地球物理的数值模拟的过程一般如下：
1、根据要研究的 对象和问题建立 地质模型或地质
结构模型。
2、根据要使用的 物理手段和地质 模型建立相应的
数学模型源自文库
3、选择进行计算 的方法，并根据 计算方法编制计
算机程序
4、验证结果的正 确性可以根据理 论分析和几种算 法相互验证判断。
反演 问题
目的
据地球物理场的实际观测值（有时也用理 论计算值）定量或定性解释推断地球内部
结构（地质体形态和岩层物性）。
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2.1 正演问题
物理模拟
相似原理
正演
数学模拟 法
解析方法
概念：将描述各种地球物理场的方 程或表达式及初、边值条件通过数 值方法求出它们的数值解。
数值模拟法
正演主要方法
将设计的地质模型用 各种材料做成物理模 型，然后对模型施加 相应的物理源，如震 源、电源、磁源等， 并通过接受系统获得 相应的相应的响应信
计算地球物理
一、绪论 三、地震波场的数值模拟
四、tesseral应用
1
一、绪论
计算地球物理学：是地球物理、数学和计算机 科学三者相结合而产生的一门边缘学科。
它是以计算机硬件和软件所提供的工作环 境，结合应用数学、计算数学和信息科学的方 法解决地球物理学中的无法或难以由解析解方 式解决的各种理论问题和实际问题的一门应用 学科。
建立的地质模型要能够反应主 要的地质构造和岩石、矿物特 征即可，勿将模型做的过于复 杂，这可能无法建立相应的数 学模型，使结果复杂化、难以 辨认地质特征与物理场特征的 联系。同时也加大了计算量。
计算方法的选择对求解地球物 理问题至关重要，有的方法只 适应简单的地质数学模型，但 它的效率高；有的数值方法适 用于复杂地质数学模型，也适 应简单的，但效率低、费用高。 因此要综合各种因素来选择合
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反演问题的一般步骤
数据获得
• 反映地球内部物理过程的数据有数据采集系统获得
• 是地球物理研究最重要的环节，精度和信息量的提高，会对反 演的精细程度有很大帮助
数据处理
• 原始数据有不同程度的干扰，需要提高信噪比，提取某些特殊 的信息
• 数据量大需要数据管理和显示技术
• 此过程的结果一般是描述性和物理状态变化的数据，为解释做 基础
地震数据处理中经常研究一些新的处理方法来不断改善速度分析及成像等 问题，这种方法有许多求不断的出现，如何对它们进行检验、评价和对比就成 为一个重要的问题了，这时正演数字模拟就是首要的选择。
数值模拟又分为波动方程的解析解和数值解（包括近似解）。对于简单的 模型可以采用解析方法，但是实际上数值模拟都采用有限元法、有限差分法和 虚谱法等。
60年代
• Backus，G.和Gilbert，F.在地球物理反演计算方面有过显著的贡献。 • Robinson，A.和Tritel,B.在应用地球物理领域，特别是在反射地震学的数值处理方面有开拓性的贡献。
70年代
• 大型计算机、超级计算机的应用极大促进计算地球物理的发展。
• 以闵嗣鹤教授为首的一批数学家、地球物理专家为中国计算地球物理的开展做出了不可摩米贡献，这些专家编写了我国地球物理界 第一步系统著作---《地震勘探数字技术》
10
3. 计算地球物理学的特点
1、不适定问题在计算地球物理学中经常遇到，且是不可避免的，特别是在解反问题方面。 2、要求计算地球物理的求解精度要有适度性，否则会适得其反。对于正反问题都应当予以慎重考虑。 3、在计算地球物理学中结合实际的创新性是它的发展基础。
11
计算地球物理
一、绪论 三、地震波场的数值模拟
地球物 理学
计算地球
数学
物理学
该学科已经渗透到地球物理学的各个分支，
而且从事计算地球物理的工作者已经占据地球
物理的多数，但是地球物理学的理论研究和实
计算机 科学
测与试验仍然是不可取代的。
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1. 计算地球物理的兴起与发展
• 已经广泛进行地球物理计算，但未形成一门学科分支。 20世纪50年代 • 计算机的问世，引进地球物理中，资料的采样数值化，计算效率大大提高。