位场异常三维视物性快速反演

论文摘要

岩石的密度、磁性与岩石类型、区域构造有着密切联系,研究岩石的密度和磁性分布对位场异常的解释、研究大地构造分区及矿产资源调查具有重要的意义。如何根据位场异常计算地球内部岩石的密度、磁化率或磁化强度分布,称之为位场异常的物性反演。但由于位场的叠加和等效性等原因,物性反演问题一直是国内外研究的热点和难点问题。目前位场物性反演的方法大致可分为最优化选择法和非线性反演方法两大类,具体的算法有广义最小二乘法（Gauss法）、最速下降法、阻尼最小二乘法（Marguardt法）、奇异值分解法、脊回法、人工神经网络法BP算法、遗传算法、模拟退火算法和基于Radon变换、多尺度边缘的算法等。这些算法的基本思路是,将地下场源区域一次性划分成若干形态已知、密度或磁性未知的小棱柱体单元,首先给定密度或磁性等物性参量一个初始值,然后通过各种反演算法和各种约束条件求得参量的改变值,最终求得合理的物性参量,使得模型的理论正演异常与实测异常之差的L1或L2范数等最小。目前已有的这些算法,在理论上是合理、可行的,但在实际应用中却存在一些问题。其中,最优化选择法的主要问题,一是需要建立大型的线性代数方程组,计算时间很长;二是方程组病态严重,解的稳定性很差。非线性反演方法的主要问题是,反演数据量较大时,存在超常规的计算量、存储量及收敛速度慢的问题。总体来说,由于目前计算机的内存和速度的限制,在对位场资料的物性反演,尤其是大面积资料的三维物性反演时,已有的反演方法都很难奏效。针对现有的问题,本文在系统研究了位场分离方法、位场向下延拓方法和频率域层源位场异常快速反演方法的基础上,提出了一种基于位场分离与延拓的三维物性快速反演方法。方法的基本思路为,首先运用位场分离的插值切割法对平面上的场进行不同深度层源的分离,得到各深度层源在地面引起的异常;然后应用大深度的位场迭代法向下延拓技术将各深度层源的地面异常延拓到各深度层的顶部;最后,根据各深度层顶部的异常利用基于棱柱体组合的频率域反演方法反演出各个深度层源的密度或磁性。新反演方法不需要对场源进行一次性剖分和解线性代数方程组,避开了制约三维反演实用化的超大内存需求、解稳定性差和收敛慢引起的特别冗长的计算时间的瓶颈问题。通过新方法对新疆色尔特能地区、普光气田和东海及邻区重力异常的视密度反演和对霍邱铁矿磁异常的视磁性反演,表明该方法具有精度高、稳定性强和速度快的优点,适用于大面积位场资料的三维物性反演,具有一定的理论和实际意义。运用Fortran语言、c语言和C++Builder编译环境,结合动态链接库技术和多线程技术对新方法编制了Windows系统下的可视化软件,方便了方法的应用和推广。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究目的和意义
• 1.2 位场物性反演方法的国内外研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 三维视物性快速反演方法及相关的方法理论
• 2.1 三维视物性快速反演方法的基本思路
• 2.2 位场异常的分离方法
• 2.2.1 位场异常分离方法的研究现状
• 2.2.2 位场异常分离的插值切割法
• 2.2.3 位场异常分离的层切割技术及模型试验
• 2.3 位场异常的向下延拓
• 2.3.1 位场异常向下延拓方法的研究现状
• 2.3.2 位场异常的迭代法向下延拓
• 2.4 层源位场异常的正反演
• 2.4.1 层源位场异常的正演
• 2.4.2 层源位场异常的反演
• 2.5 三维视物性快速反演方法的实现及模型实例
• 第三章 三维视物性快速反演方法的实际应用
• 3.1 新疆色尔特能地区的三维视物性反演
• 3.1.1 色尔特能工区的地质简况
• 3.1.2 色尔特能工区重力异常及三维视密度反演
• 3.1.3 色尔特能工区磁力异常及三维视磁化率反演
• 3.2 普光气田的三维视密度反演
• 3.2.1 普光气田的地质简况
• 3.2.2 普光气田的岩石密度
• 3.2.3.普光气田的重力异常的理论估算
• 3.2.4.普光气田的布格重力异常
• 3.2.5 普光气田重力异常的视密度反演结果
• 3.2.6 根据视密度反演推断的气田的远景区
• 3.3 霍邱矿区的三维视磁化率反演
• 3.3.1 霍邱铁矿及矿区简况
• 3.3.2 矿区磁力异常及处理
• 3.3.3 矿区三维视磁化率反演
• 3.4 东海及邻区的三维视密度反演
• 3.4.1 研究区布格重力异常特征以及前人相关研究
• 3.4.2 研究区视密度反演解释
• 3.4.3 结论
• 第四章 三维视物性快速反演方法的可视化软件实现
• 4.1 软件的实现方法和过程
• 4.1.1 Fortran语言程序模块的实现
• 4.1.2 C++ Builder6.0环境下软件界面的实现
• 4.1.3 混合语言编程中的调用动态链接库DLL技术
• 4.1.4 软件的多线程技术设计
• 4.1.5 Surfer自动化语言及其调用
• 4.2 软件的功能介绍
• 4.2.1 软件的数据格式
• 4.2.2 资料预处理模块
• 4.2.3 △T化磁极模块
• 4.2.4 位场延拓模块
• 4.2.5 位场切割模块
• 4.2.6 视密度成像模块
• 4.2.7 视磁性成像模块
• 4.2.8 绘图模块
• 第五章 结束语
• 5.1 论文的主要研究成果
• 5.2 后续工作的建议
• 参考文献
• 作者简历
• 教育经历
• 发表的论文
• 参加的科研项目