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電磁勘探偏移成像方法 版權信息
- ISBN：9787030746511
- 條形碼：9787030746511 ; 978-7-03-074651-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
電磁勘探偏移成像方法 內容簡介
本書闡述電磁勘探偏移成像技術在時域和頻域電磁數據中的應用。首先，介紹電磁偏移基本理論和研究歷程；然后論述其用于處理時域和頻域電磁數據的基礎性理論，包括電磁偏移數理基礎、電磁偏移場算法與程序實現、電磁場域變換等內容；*后，論述電磁勘探偏移成像技術對時域和頻域電磁數據的處理效果和應用價值。
電磁勘探偏移成像方法 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 應用地球物理學勘探 方法及發展歷程 2
1.1.1 重力勘探 2
1.1.2 磁法勘探 3
1.1.3 地震勘探 3
1.1.4 電法勘探 4
1.1.5 放射性勘探 5
1.1.6 地熱測量 6
1.2 電磁勘探 法 7
1.2.1 大地電磁法 7
1.2.2 可控源聲頻大地電磁法 9
1.2.3 瞬變場電磁法 10
1.3 電法資料解釋法 11
1.3.1 基于模型擬合的近似反演法 11
1.3.2 快速反演法 15
1.3.3 全局尋優反演法 16
1.3.4 電磁偏移成像法 18
參考文獻 20
第2章 時域電磁偏移 25
2.1 時域電磁偏移基本理論 26
2.2 電磁偏移技術特點 28
2.3 上下行波場分離 29
2.3.1 上下行波場基本方程 29
2.3.2 Stratton-Chu型積分變換法在場分離中的應用 30
2.4 電磁偏移場算法 32
2.4.1 電磁偏移場積分變換法 33
2.4.2 近場電磁偏移場數值計算 35
2.5 偏移核函數 36
2.5.1 一般特征 36
2.5.2 影響因素 38
2.6 電磁偏移場計算流程 39
2.7 時域電磁偏移場計算流程 40
參考文獻 40
第3章 頻域電磁偏移 43
3.1 基本理論 44
3.1.1 偏移變換譜 44
3.1.2 卷積核函數 45
3.2 譜分析 47
3.2.1 解析譜與數值譜比較 47
3.2.2 濾波參數選擇 49
3.3 成像條件 50
3.4 實現流程 51
參考文獻 51
第4章 電磁場域變換 53
4.1 數字信號處理原理及應用領域 54
4.1.1 原理 54
4.1.2 應用領域 54
4.2 傅里葉級數與變換 54
4.2.1 傅里葉級數 55
4.2.2 傅里葉變換 55
4.3 拉普拉斯變換 56
4.4 Z變換 56
4.5 電磁場信號的時頻轉換 57
4.6 傅里葉變換處理數據與電磁模擬數據對比 58
參考文獻 60
第5章 電磁反演與迭代偏移 61
5.1 反演與偏移關系 62
5.2 電磁反演 62
5.3 迭代偏移 65
參考文獻 66
第6章 并行化實現 67
6.1 并行計算平臺 68
6.2 并行計算模型 68
6.3 并行計算應用 68
6.4 基于OpenMP的共享內存并行計算 69
6.4.1 OpenMP編譯指示語句 69
6.4.2 OpenMP庫函數 70
6.4.3 OpenMP程序設計基本方法 70
6.5 MATLAB并行化 70
6.5.1 MATLAB并行系統 71
6.5.2 MATLAB并行計算 71
6.5.3 Parfor并行結構 72
6.5.4 實例分析 77
6.6 電磁偏移處理程序并行化 78
6.6.1 程序并行化步驟 78
6.6.2 程序分析 78
6.6.3 執行時間分析 80
6.6.4 并行化處理 81
6.6.5 MATLAB并行集群環境創建與使用 81
參考文獻 82
第7章 數值模擬試驗 83
7.1 簡單二維地電模型偏移成像 84
7.2 簡單三維地電模型偏移成像 86
7.3 復雜三維地電模型偏移成像 99
7.3.1 階梯模型 99
7.3.2 拱形模型 100
7.4 偏移效果分析 102
參考文獻 104
第8章 實測數據偏移成像 105
8.1 挪威海域實測數據偏移成像 106
8.2 重慶測區實測數據偏移成像 107
8.2.1 測區地質特征 107
8.2.2 測區地層特征 108
8.2.3 測區地球物理特征 111
8.2.4 大地電磁偏移成像數值試驗 115
8.2.5 實測數據先驗資料 116
8.2.6 測區實測數據偏移成像與反演 116
8.2.7 L4測線的連續反演與地質解釋 123
參考文獻 126
第1章 緒論 1
1.1 應用地球物理學勘探 方法及發展歷程 2
1.1.1 重力勘探 2
1.1.2 磁法勘探 3
1.1.3 地震勘探 3
1.1.4 電法勘探 4
1.1.5 放射性勘探 5
1.1.6 地熱測量 6
1.2 電磁勘探 法 7
1.2.1 大地電磁法 7
1.2.2 可控源聲頻大地電磁法 9
1.2.3 瞬變場電磁法 10
1.3 電法資料解釋法 11
1.3.1 基于模型擬合的近似反演法 11
1.3.2 快速反演法 15
1.3.3 全局尋優反演法 16
1.3.4 電磁偏移成像法 18
參考文獻 20
第2章 時域電磁偏移 25
2.1 時域電磁偏移基本理論 26
2.2 電磁偏移技術特點 28
2.3 上下行波場分離 29
2.3.1 上下行波場基本方程 29
2.3.2 Stratton-Chu型積分變換法在場分離中的應用 30
2.4 電磁偏移場算法 32
2.4.1 電磁偏移場積分變換法 33
2.4.2 近場電磁偏移場數值計算 35
2.5 偏移核函數 36
2.5.1 一般特征 36
2.5.2 影響因素 38
2.6 電磁偏移場計算流程 39
2.7 時域電磁偏移場計算流程 40
參考文獻 40
第3章 頻域電磁偏移 43
3.1 基本理論 44
3.1.1 偏移變換譜 44
3.1.2 卷積核函數 45
3.2 譜分析 47
3.2.1 解析譜與數值譜比較 47
3.2.2 濾波參數選擇 49
3.3 成像條件 50
3.4 實現流程 51
參考文獻 51
第4章 電磁場域變換 53
4.1 數字信號處理原理及應用領域 54
4.1.1 原理 54
4.1.2 應用領域 54
4.2 傅里葉級數與變換 54
4.2.1 傅里葉級數 55
4.2.2 傅里葉變換 55
4.3 拉普拉斯變換 56
4.4 Z變換 56
4.5 電磁場信號的時頻轉換 57
4.6 傅里葉變換處理數據與電磁模擬數據對比 58
參考文獻 60
第5章 電磁反演與迭代偏移 61
5.1 反演與偏移關系 62
5.2 電磁反演 62
5.3 迭代偏移 65
參考文獻 66
第6章 并行化實現 67
6.1 并行計算平臺 68
6.2 并行計算模型 68
6.3 并行計算應用 68
6.4 基于OpenMP的共享內存并行計算 69
6.4.1 OpenMP編譯指示語句 69
6.4.2 OpenMP庫函數 70
6.4.3 OpenMP程序設計基本方法 70
6.5 MATLAB并行化 70
6.5.1 MATLAB并行系統 71
6.5.2 MATLAB并行計算 71
6.5.3 Parfor并行結構 72
6.5.4 實例分析 77
6.6 電磁偏移處理程序并行化 78
6.6.1 程序并行化步驟 78
6.6.2 程序分析 78
6.6.3 執行時間分析 80
6.6.4 并行化處理 81
6.6.5 MATLAB并行集群環境創建與使用 81
參考文獻 82
第7章 數值模擬試驗 83
7.1 簡單二維地電模型偏移成像 84
7.2 簡單三維地電模型偏移成像 86
7.3 復雜三維地電模型偏移成像 99
7.3.1 階梯模型 99
7.3.2 拱形模型 100
7.4 偏移效果分析 102
參考文獻 104
第8章 實測數據偏移成像 105
8.1 挪威海域實測數據偏移成像 106
8.2 重慶測區實測數據偏移成像 107
8.2.1 測區地質特征 107
8.2.2 測區地層特征 108
8.2.3 測區地球物理特征 111
8.2.4 大地電磁偏移成像數值試驗 115
8.2.5 實測數據先驗資料 116
8.2.6 測區實測數據偏移成像與反演 116
8.2.7 L4測線的連續反演與地質解釋 123
參考文獻 126
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電磁勘探偏移成像方法 節選
第1章緒論 本章主要介紹應用地球物理學勘探方法及發展歷程。重點介紹電磁勘探法中各個分支方法的基本原理、資料解釋及常用的反演方法，以及電法資料解釋法的基本原理。 1.1 應用地球物理學勘探方法及發展歷程 地球物理學是應用物理學原理、方法及儀器研究和認識地球及其近地空間的一門應用性學科（劉光鼎，2017）。其研究范圍包括地球的地殼、地幔、地核和大氣層。地球物理學的分支眾多，包括固體地球物理學、地震學、地磁學、氣象學、應用地球物理學（也稱勘探地球物理學，簡稱物探）等。 應用地球物理學是以巖石、礦石間物理性質（如導電性、導磁性、密度、地震波傳播速度、放射性等）的差異為物質基礎進行研究的學科。根據巖石等地質體的物理性質差異引起的地球物理場的變化來觀測和研究地下的結構，從而實現環境監測、城市地下空間探測、尋找地下水及礦產分布、探明地質構造等。應用地球物理學勘探方法主要有如下6種。 1.1.1 重力勘探 重力勘探是以地殼中不同巖石間的密度差異為基礎，通過觀測與研究天然重力場的變化規律以查明地質構造和尋找礦產的一種應用地球物理學方法。從觀測重力值中去掉與研究對象無關的各種因素，可以獲得單純由礦產或構造等密度不均勻體產生的重力異常，通過對重力異常的解釋就有可能達到勘探礦產的目的。 重力勘探*早起源于20 世紀初以尋找儲油構造為目的的扭秤測量。20 世紀30 年代，得益于精密、快速、輕便的地面重力儀的出現，扭秤測量被逐步取代，同時，重力勘探的應用領域也得到了大范圍的拓展。20 世紀60 年代，海洋也成為重力勘探應用的場所，配合同時期發展的人造衛星資料的分析與研究，重力勘探在研究地下深部構造、區域地質構造、板塊構造等領域發揮了重要的作用。20 世紀70 年代，制造技術不斷提高，**臺觀測精度達到微伽級的陸地重力儀誕生。高精度重力儀的出現，推動了微重力測量學的發展，被廣泛地應用于水文、工程、環境等領域，為地下洞穴、破碎帶、地熱田的勘查與監測、地下坑道巖爆的監控與預報等提供了可能。井中重力測量是通過微伽級陸地重力儀改裝后實現的，井中微伽級陸地重力儀主要用于地層密度的測定、老油井的重新開發、采油動態監控和探區巖層裂隙發育的調查。20 世紀50年代起，美國和蘇聯已經開始了航空重力測量相關儀器系統和工作方法的研究，全球定位系統與信號數字濾波系統的開發是航空重力測量開始應用的重要條件。自20 世紀70 年代起，航空重力測量逐步走向實際應用。重力勘探方法主要用于探查含油氣遠景區的地質構造、鹽丘、圈定煤田盆地及深部構造和區域地質構造（張勝業和潘玉玲，2004）。 1.1.2 磁法勘探 組成地殼的巖石磁性不同，可以產生各不相同的磁場，使地球磁場在局部地區發生變化，形成磁異常。地球本身具有磁性，可以視為一個大磁體，在進行磁法勘探時，應對磁力的預測值進行校正，求出只與巖石礦物磁性有關的磁力異常。一般鐵礦物中磁性礦物含量越高，磁性越強。磁法勘探就是以不同巖石間的磁性差異為基礎，通過研究和分析天然磁場及人工磁場的變化規律以探查地質構造和尋找礦產的一種物探方法。 磁法勘探是地球物理勘探中*古老的方法，我國也是世界上*早發現并應用磁現象的國家。早在2000 多年前，古人就知道利用天然磁石的吸鐵性和指極性。我國發明的指南針傳入歐洲后，促使人類對地磁現象展開研究。1640 年，瑞典人開始使用羅盤尋找磁鐵礦，開辟了利用磁場異常找礦的新途徑。1840 年，高斯（Gauss ）對地磁場進行了詳細的數學分析，奠定了地磁場論分析的基礎。1870 年，瑞典學者泰朗（Thalen）和鐵貝爾（Tiberg ）制成了萬用磁力儀，成為地球物理學開始發展的重要標志。1915 年，施密特（Schmidt ）制成了刃口式垂直磁秤，使得磁法勘探的應用領域從尋找磁鐵礦擴大到圈定磁性巖體、地質構造及鹽丘的探測。1936 年蘇聯學者羅加喬夫成功試制了感應式航空磁力儀，大大提高了磁測速度和磁測范圍，使磁法勘探工作進入了一個新的階段。20 世紀50～60 年代，蘇聯、美國又相繼把質子式旋進磁力儀裝在船上，開展了海洋磁測。在海洋磁測和古地磁學研究的支持下，大陸漂移學說得以復活，海底擴張學說和板塊學說得到了發展。 隨著現代科學技術的發展，磁力儀從機械式磁力儀發展到質子旋進磁力儀、光泵磁力儀和超導磁力儀，探測的精度越來越高，可應用的場景越來越廣。磁法勘探可以在人造衛星中進行遙感測量，也可以在空中、海洋、井中、地面進行不同分量、不同參量的磁測。 借助于電子計算機的廣泛應用與新的數學方法和解釋理論，大區域的數據處理和精細反演成為可能，磁法勘探這一傳統的勘探方法又重新煥發了活力（張勝業和潘玉玲，2004）。 目前，磁法勘探主要用于各種比例尺的地質填圖、研究區域地質構造、尋找磁鐵礦、勘查含油氣構造及煤田構造、尋找含磁性礦物的各種金屬與非金屬礦床等。磁法勘探與重力勘探有許多共同之處，都是利用位場，資料的解釋方法也基本相同，這兩種方法在評價遠景地區時有很大價值（Dobrin，1953）。 1.1.3 地震勘探 地震勘探是指通過觀測和分析由人工地震產生的地震波在地下的傳播規律，推斷地下巖層的性質和形態的應用地球物理學方法。地震勘探始于19 世紀中葉。1845 年，馬利特（Mallet ）曾用人工激發的地震波來測量彈性波在地殼中的傳播速度，這是地震勘探方法的萌芽。在**次世界大戰期間，交戰雙方都曾利用重炮后坐力產生的地震波來確定對方的炮位。反射波法地震勘探（簡稱反射波法）*早起源于1913 年前后費森登（Fessenden）的研究，但當時的技術未能達到可以實際應用的水平。1921 年，卡徹（Karcher ）將反射波法地震勘探投入實際應用，在美國俄克拉何馬州首次記錄到人工地震產生的清晰反射波。1930 年，通過反射波法地震勘探工作，在該地區發現了三個油田。此后，反射波法地震勘探進入了工業應用階段。折射波法地震勘探（簡稱折射波法）始于20 世紀早期德國學者名特羅普（Mintrop）的研究。20 世紀20 年代，在墨西哥灣沿岸地區，利用折射波法發現了許多鹽丘構造。20 世紀30 年代末，蘇聯的甘布爾采夫（Gamburtsev）等采用了反射波法地震勘探技術，對折射波法地震勘探進行了相應的改進。早期的折射波法地震勘探只能記錄*先到達的折射波，改進后的折射波法地震勘探還可以記錄后到的各個折射波，并可更細致地研究波形特征。20 世紀50～60 年代，反射波法地震勘探的光點照相記錄被模擬磁帶記錄取代，從而可選用不同因素進行多次回放，提高了記錄質量。20 世紀70 年代，模擬磁帶記錄被數字磁帶記錄取代，形成了以高速數字計算機為基礎的數字記錄技術、多次覆蓋技術、地震數據處理技術相互結合的完整技術系統，大大提高了記錄精度和解決地質問題的能力。也是從這一時期開始，根據地震時間剖面振幅異常來判定油氣藏的“亮點”技術，以及根據地震反射波振幅與偏移距關系預測油氣藏的振幅隨偏移距變化（amplitude versus offset，AVO ）技術開始得到應用。 地震勘探是地球物理勘探中*重要、解決油氣勘探問題*有效的一種方法。它是鉆探前勘測石油與天然氣資源的重要手段，效果尤為明顯（顧功敘，1990）。在煤田和工程地質勘查、區域地質研究、地殼研究和尋找地下水等方面也得到廣泛應用。 1.1.4 電法勘探 電法勘探是以不同巖石間的電性差異為基礎，通過觀測和研究天然電磁場及人工電磁場的空間和時間分布規律進行地質勘查及找礦的一種應用地球物理學方法。在電法勘探中，目前利用的巖、石的電學性質主要為導電性、導磁性、激發極化性、自然極化性、壓電性和震電性等（李金銘，2005）。當地下地質構造或巖層與礦體之間的典型分布沿水平或垂直方向發生變化時，電場、電磁場空間分布也將發生相應的變化。通過對變化進行定性分析與定量解釋，便可以推斷出地下的地質構造或礦體的分布情況，完成地質勘探目標。 由于應用對象和自然條件不同，電法勘探常常采用不同的變種或分支方法。按照產生異常場的原因分類，可將所有電法勘探分為兩大類，即傳導類電法和感應類電法。傳導類電法以各種直流電方法為主，如電阻率法、充電法、自然電場法和激發極化法等；感應類電法又可分為電磁剖面法和電磁測深法。按照場源性質分類，可將電法勘探分為主動源法和被動源法。主動源法指電（磁）場是人工建立的，可以人為控制場源的強度，包括電阻率測深法、激發極化法和電磁感應法等；被動源法則不能控制其場源，利用的是天然電（磁）場，包括自然電位法、大地電磁法等。電法勘探可在航空、陸地、海洋和地下等各種空間進行，因此有時也按照觀測空間或工作場地不同而將電法勘探分為航空電法勘探、地面電法勘探、海洋電法勘探和地下電法勘探等。 電法勘探始于19 世紀。天然場源方面：1835 年英國學者？怂梗‵ox）首先利用自然電場法發現了一個硫化礦床；20 世紀初大地電磁法（magnetotelluric method，MT）應用于礦產資源勘探；20 世紀50 年代，蘇聯學者吉洪諾夫（Tikhonov ）和法國學者卡尼亞（Caniard）根據地球的交變電磁場和麥克斯韋方程組，提出了一種可以探測地球深部電性結構的大地電磁法。人工場源方面：19 世紀末有學者提出了直流電阻率法，通過改變不同的極距可以達到剖面測量或測深的目的。1920 年法國學者斯倫貝謝（Schlumberger ）發現了激電效應，后經各國學者的深入研究于20 世紀50 年代形成了激發極化法。使用交變電磁場的電磁剖面法始于1917 年，并于1925 年首次獲得找礦效果。20 世紀30 年代，有學者提出將瞬變電磁信號用于地質勘探的構想。1937 年蘇聯學者克拉耶夫（Kraev ）提出了瞬變電磁測深法，在20 世紀50 年代建立了瞬變電磁測深法解釋理論與野外施工的技術方法，并在20 世紀60 年代成功發現了奧倫堡地軸上的大油田。大地電磁法場源存在隨機性，且信號微弱時會導致觀測困難，針對這一缺陷，1971 年斯特蘭韋斯（Strangway ）和戈德斯坦（Goldstein）提出了一種改進方法——可控源聲頻大地電磁法，采用人工控制的場源，從而有效地解決了這一問題。20 世紀70 年代末期，有學者開始考慮使用陣列進行電阻率法探測，英國學者所設計的電測深偏置系統實際上就是高密度電法的*初模式。80 年代中期，日本計測株式會社曾借助電極轉換板實現了野外高密度電阻率法的數據采集。1904 年德國學者侯斯美爾（Hulsmeyer ）首次將電磁波信號用于地下金屬體的探測，由于地下介質情況的多樣性和電磁波的強衰減性，這一方法發展緩慢。直到20 世紀50 年代后期，探地雷達技術才慢慢被重新重視，得以發展和廣泛應用。蘇聯學者于20 世紀70～80 年代提出了壓電法和震電法，這兩種方法分別利用巖石的壓電性和震電性。這兩種方法目前仍在發展，在未來有望用于礦產資源勘查、剩余油氣勘查及地質災害預報。 電法勘探利用物性參數較多、應用范圍較廣、成本較低、工作效率較高。電法勘探可以應用于探查區域與深部地質構造、尋找油氣田和煤田、勘探金屬與非金屬礦床及解決水文地質與工程地質中的一些問題。 1.1.5 放射性勘探 放射性勘探，是以自然界中某些具有天然核輻射特性的元素為基礎，應用核探測技術觀測及研究核輻射場分布規律來實現地質勘查目標的一種應用地球物理學方法。1895 年倫琴（R.ntgen）發現了X 射線。1896 年法國物理學家貝克勒爾（Becquerel）發現了放射性現象。1898 年居里（Curie ）夫婦發現了釙和鐳。1899 年盧瑟福（Rutherford）發現了放射性元素釷與放射性輻射中的α射線和β射線，并通過磁場區分出α射線、β射線和γ射線。1900 年拉姆賽（Ramsay ）和格雷（Gray ）正式命名了氡元素。1931
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