电阻率成像技术的二维三维正反演研究

论文摘要

电阻率成像技术是重要的地球物理勘探手段,在水文、工程、环境、考古、矿产资源和油气勘探等领域的浅部到深部探测具有广泛的应用。对于地表电阻率成像技术的研究和应用,前人已做了大量的工作,而井-地电阻率成像技术的研究和应用目前尚显不足。本文系统总结了前人关于电阻率成像技术的概念、研究历史及研究成果,在此基础上,以有限差分、有限元正演数值模拟和阻尼最小二乘法反演为方法手段,通过对大量理论模型的二维、三维地表与二维井-地和跨孔以及三维井-地电阻率数值模拟正反演研究,系统总结了从地表二维、三维到井-地二维、三维的响应视电阻率特征,取得了多个规律性认识,并给出了若干个重要结论。通过地表二维有限差分正演数值模拟,系统研究了不同装置在纵向水平产状组合模型和横向直立产状组合模型上的视电阻率响应特征,重点分析对比了常用装置的纵向和横向分辨率,研究结果有助于在实际应用中针对特定的地质任务选择恰当的装置或其组合,达到对地下电阻率最佳重构的目的。通过建立多个理论模型,采用三维有限差分算法对实际中常见的高低阻并存的三维电阻率模型的偶极异常特征进行了研究,分析了高低阻并存情况下三维电阻率异常的分布规律。井-地电阻率成像技术的研究是本论文的主要研究内容,由于井-地电阻率成像技术将供电电极放入井下,对于有一定深度的目标体,其分辩能力远优于地面装置形式,但井-地方式的视电阻率响应与电极设置,异常体的埋深和性质以及异常体和钻孔的相对位置均有关系,视电阻率响应具有固有的复杂性,给资料的正确处理与解释带来很大困难。本文通过高、低阻水平板状体和背斜翼部油藏理论模型的二维井-地与跨孔方式以及高、低阻水平板状体三维井-地方式的有限元数值模拟和反演,对其响应视电阻率特征进行了详细研究,并给出重要结论,对实际资料的正确处理与解释具有重要的指导意义,在油气和矿产资源勘探中具有实用价值。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 电阻率成像（RT）技术的基本概念
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 电阻率成像技术的历史
• 1.2.2 电阻率成像正、反演技术的研究进展
• 1.2.3 电阻率成像技术的发展趋势
• 1.3 课题研究的目的与意义
• 1.4 存在的问题
• 1.5 主要研究内容
• 1.6 主要创新性研究成果
• 1.7 论文章节结构
• 第2章 电阻率法的基本理论
• 2.1 电阻率法的基本原理
• 2.2 视电阻率的基本概念
• 2.3 二维问题的视电阻率
• 2.4 常用的地表装置及井－地装置类型
• 2.4.1 常用的地表装置类型
• 2.4.2 井－地装置类型
• 第3章 电阻率成像技术的正演理论
• 3.1 有限差分法
• 3.1.1 正交五点有限差分格式
• 3.1.2 点源场三维有限差分格式
• 3.1.3 边值问题
• 3.2 有限元方法
• 3.2.1 点源二维电场有限元方法
• 3.2.2 点源三维电场有限元方法
• 3.2.3 起伏地形问题
• 第4章 电阻率成像技术的反演理论
• 4.1 ZOHDY反演方法
• 4.2 二维电阻率反演中改进的ZOHDY-BARKER方法
• 4.3 平滑约束最小二乘法和QUASI-NEWTON法
• 4.3.1 平滑约束最小二乘法（GAUSS-NEWTON法）
• 4.3.2 视电阻率对模型电阻率的偏导数矩阵
• 4.3.3 QUASI-NEWTON法
• 4.3.4 块反演法（BLOCKY INVERSION METHOD）
• 4.3.5 平滑约束反演和块反演方法的比较
• 第5章 不同装置的分辨力及异常响应特征研究
• 5.1 不同装置的分辨力特点和异常响应特征
• 5.1.1 不同装置在纵向水平产状组合模型上的分辨率和异常响应特征
• 5.1.2 不同装置在横向直立产状组合模型上的分辨率和异常响应特征
• 5.1.3 小结
• 5.2 地表三维电阻率成像
• 5.2.1 三维电阻率勘探常用的排列类型
• 5.2.2 三维模型的正演数值模拟和反演
• 第6章 井－地装置电阻率成像技术模型异常响应研究
• 6.1 井-地二维电阻率正演数值模拟及反演
• 6.1.1 均匀半空间线电源电位分布的有限元数值模拟
• 6.1.2 井-地装置的模型计算和反演
• 6.1.3 跨孔装置的模型计算与反演
• 6.2 井-地装置三维电阻率正演数值模拟及反演
• 第7章 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录