• / 58
  • 下载费用:10 下载币  

重磁三维反演技术-吴文鹂39303547

关 键 词:
三维 反演 技术 吴文鹂 39303547
资源描述:
重磁三维反演技术吴 文 鹂中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所提 纲1概述2原理3软件系统简介4应用5认识概述目标体在空间分布是有限的三维体,基于二维模型的物探数据处理与解释,难以满足实际复杂的地质情况,通过资料的三维解释,再现所探寻目标体的近乎真实的几何形态和物理性质,已成为勘探地球物理研究和应用的发展方向。客观需求模型概述目标体和地表观测场有着严格的数学物理关系,即正演关系,且是可以计算实现的。这一点和其他重磁数据处理方法是不同的。延拓是基于数据空间的一种计算方法,正演是基于模型空间的计算方法,后着更为严格,目的是直接针对地下物质的分布规律。理论可行概述1多面体2楞柱体3六面体都可以解析方式完成计算。正演模型概述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。1三维形态反演中,模型通常是复杂的多面体,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。2三维物性反演中,模型通常是一系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”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的空间分布,主要以最优化方法来实现。反演方式概述1三维形态反演研究开始较早、且一直不断、与计算机结合更加紧密,目前遇到的主要困难是复杂模型体反演自动控制,以及与计算机有关的交互操作。2重磁反演的困难性在三维物性反演中表现得非常突出,主要是三维反演的多解性和大数据量时的计算“瓶颈”问题。所以,已有的研究成果基本上都难以处理大的面积性数据。主要问题概述起伏地形对重磁观测数据的形态影响很大,特别是金属矿地区勘探的变化较剧烈的重磁异常情况,基于曲化平处理是一种试图消除起伏地形影响的处理方式,由于存在的困难,近年来带地形的三维反演成为重磁关注的一个热点,围绕现在金属矿勘探的实际条件(多数起伏地形、能获得高精度大数据量的面积勘探数据),以及更高的处理解释要求(地质场源的三维分布),有效实现基于起伏地形的重磁三维形态和维物性反演,获得地质场源的三维精细成像是以后的工作重点。发展方向概述1国内物化探所,地大等2国外UBC成 果概述均匀多面体模型正反演均匀多面体模型正演 z x y o 角点 三角形面元 采用三角形多面体来逼近地质体,可以保证其计算的简易性和交互过程中的可操作性。均匀多面体模型正反演均匀多面体模型正演均匀多面体模型正反演均匀多面体模型反演均匀多面体模型正反演均匀多面体模型反演显 示 器 图 形 支 撑 软 、 硬 件 图 形 模 型 操 作 处 理 器 事 件 回 应 事 件 鼠 标 、 键 盘 等 操 作 者 辅 助 视 觉 设 备 命 令 解 释 均匀多面体模型正反演三角形多面体的数据结构采用五表结构,包括节点表、边表、三角面表、边界面表、单元体表,分别存放构成模型的节点坐标、点与点连接而成的边、组成每个空间三角面的点、由三角面围成的闭合边界、由边界组成的单元单体及由各单体组合而成的三维空间模型的关系。通过五表结构对三维模型分解成点、线、面等不同的层次,形成了按不同层次来组织和管理三维体数据的方案。均匀多面体模型正反演三角形多面体的数据结构体 2 体 1 体 3 {;~;* ;;//三维空间边数组;//三维边界面数组;//三维坐标 //形体三维旋转参数 //形体人机交互参数………………. // 三维模型属性及其它辅助数据;//释放内存 (“ =”功能;//模型可视函数…… // 对 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,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均匀多面体模型正反演人机联作反演方法实现人机联作反演技术包括模型和场值的三维可视化、三维模型的人机交互修改、三维形体的反演技术三个主要技术环节,其中三维模型的人机交互修改是十分关键的 , 可以通过它完成对复杂模型的正演模拟。在实际资料解释过程中,模型和场值是在可视条件下实时展示,通过人机交互修改模型、自动反演、重磁场辅助数据处理穿插进行,完成重、磁数据异常的三维解释,反演结果是在多种因素约束下完成的,并融合了资料处理者的推断和知识,因此,和单纯的自动反演相比,其结果更具有真实性。均匀多面体模型正反演基于截面轮廓线人机交互三维地质体建模目前,物探数据解释以二维剖面为主,而实际地质体在空间赋存为三维结构。为了深入认识地质体的构造特征,需要将二维剖面信息转化为三维信息来完成地质体的推断解释,即利用连接截面轮廓线模拟实际地质体的几何形状,从而提高数据处理、分析,以及解释工作的效率与准确性,实现由二维到三维的转化。均匀多面体模型正反演基于截面轮廓线人机交互三维地质体建模三维物性正反演正演原理把解释区域按下图方法划分成许多长方体后,重、磁正演问题可表示成 f =其中 度、磁化强度)向量。 称位置函数或数据核可以通过公式解析求出。对于水平地形,由于位场的空间对称性,数据核 以快速实现,且存储简单。三维物性正反演反演方法在重、磁三维物性反演时,模型数大于实测点数,属于欠定问题求解,考虑到这一实际情况,定义如下目标函数:φ =( T( +λ ( T(中 λ 为 三维物性正反演反演方法采用共轭梯度算法进行最优化求解。优点:避免直接来求解方程组,在一般的台式计算机可以实现。三维物性正反演带地形三维正反演方法在实际工作中,由于地表的起伏或观测技术的不同,实际数据观测点不在一个平面上,曲化平后对数据进行反演存在的误差(实测数据转换后的误差和地形起伏对反演模型单元影响的误差)较大,很难满足数据处理和解释的精细性要求,符合实际地表观测条件的起伏地形三维反演技术已成为当前研究和应用的热点问题。三维物性正反演带地形三维正反演方法曲面上观测点与模型单元的空间关系三维物性正反演曲面观测和起伏地形快速正演计算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,且随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。具体计算分两步实现:①根据模型单元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;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,计算出曲面观测点的核函数值和正演结果。特点是在模型空间来实现的。三维物性正反演曲面观测和起伏地形快速正演计算数据试验表明:1相对误差小于 计算速度提高 2倍 以上 ;2节省数据核矩阵 G 储存,间接提高反演数据处理能力 5倍。数据与模型层数 25× 25,8层 50× 50,16层 100× 100,32层直接存放数组大小 106 1× 108 109快速算法数组大小 105 106 107节省内存(倍) 9 40 170算法 /指标 测点数×模型单元数 耗时 最小值 最大值 相对误差重力普通算法 252×( 292× 8) 38s ×( 292× 8) 5+13s 法普通算法 252×( 292× 8) 73s ×( 292× 8) 9+13s 伏地形快速算法和普通算法的计算对比不同数据密度的数据核矩阵 000 400002 0 0 04 0 0 002505007501000T m )m)a 地形起伏等值线 b 东西向模型截面 c 南北向模型截面三维物性正反演a 普通算法结果 b 快速算法结果0 2000 400002 0 0 04 0 0 00 2000 400002 0 0 04 0 0 079 (m ) (m )m)m)0 2000 400002 0 0 04 0 0 00 2000 400002 0 0 04 0 0 0 m)m)W m) W m)重力磁法曲面观测和起伏地形快速正演计算0 1000 2000 3000 400001 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 0- 0 NG(m )m)放入两个高密度体 2, 间位置 x:750—1750m;y:750— 1750m;z:度取值为 间位置 x:3250— 3750m;y:2750—3250m;z:100— 600m) 力模型正演结果见图,2分别是过 过模型 2的重力反演结果截面通过模型 1的重力反演结果截面曲面观测和起伏地形反演三维物性正反演在实验区内放入两个磁性体 2, 间位置 x:750— 1750m;y:1250—2250m;z: 磁化强度取值为 100× 10m, 间位置x:2750— 3250m;y:3250—3550m;z:300— 800m) 密度取值为80× 10m, 磁化偏角 20°,磁化倾角50°,磁法模型正演结果见图, 2分别是过 过模型 2的磁法反演结果截面通过模型 1的磁法反演结果截面0 1000 2000 3000 400001 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 0- 4 5- 3 5- 2 5- 1 5N G(m )m)五”以来在重、磁三维反演技术方面开展了卓有成效的研究工作,并取得了一些研究成果, 2007年受中国地质调查局的委托,对部分研究成果进行了完善,形成重、磁三维反演解释系统软件,进行了推广,软件系统包括:位场转换处理、位场曲面延拓、异常体三维可视化交互反演、三维物性反演 4个功能,程序操作具有形象、直观和便捷的特点,并充分利用现代流行的计算机交互与可视化技术,增强了方法技术的实用性,功能包含数据和模型的输入输出、可视化、方法技术数据处理和图形、图像打印输出。软件主要针对矿区勘探工作中的重\磁数据处理,数据处理量较小。重磁三维反演软件简介重、磁三维反演解释系统推广( 2007)重磁三维反演软件简介软件界面重磁三维反演软件简介位场处理转换位场处理转换包含频率域滤波、延拓、转换、三分量、化极、方向导数、二阶导数等基本常用的数据处理方法,是重、磁三维解释系统的辅助数据处理工具,把它和等值线集成可提高数据的实时处理能力和效率。重磁三维反演软件简介位场处理转换运行后弹出如右图式样的程序界面,界面共分为三个操作区域:左边为参数交互区,右下为输入数据等值线显示区、右上为输出数据等值线显示区。操作流程包括:数据准备、功能选择与参数交互和结果输出。重磁三维反演软件简介曲面延拓利用台劳级数方法或迭代方法,将某一曲面上测得的磁场延拓到给定的曲面上,以便于对数据异常的解释,程序可以将一个曲面上测得的数据 ,采用分层的方法上、下延拓到一个曲面或平面上。在处理过程中可实时显示实测场、曲面数据和延拓结果等值线图。重磁三维反演软件简介曲面延拓运行程序弹出如图式样的程序界面,界面共分为三个操作区域:左边为参数交互区,右下为实测数据和曲面等值线显示区、右上为延拓曲面和结果数据等值线显示区。操作流程包括:数据准备、功能选择与参数交互和结果输出。重磁三维反演软件简介三维体反演重、磁三维体反演程序是把三维可视化技术、三角形多面体几何形状自动反演与人机交互正演模拟相结合,实现了重磁异常三度体可视化人机交互约束反演技术。它由重、磁正演模块,初始模型形成模块,模型迭代反演模块,滤波模块,模型操作模块,辅助信息交互模块及文件输入和输出模块。重磁三维反演软件简介三维体反演运行程序,在“文件”栏中 ,选择“输入文件”菜单,输入文件名后(文件必须是通过该程序准备或输出的文件),即可出现图的界面,界面共分为四个操作区域:场及模型数据交互区、场及模型立体显示区、模型交互区和场剖面及模型截面显示区。操作流程包括:数据准备、三维模型交互修改、反演与场分离和结果输出 。重磁三维反演软件简介三维物性反演重、磁三维物性反演以长方体单元为模型,采用共轭梯度算法进行反演迭代,在三维可视化环境下对平坦地形的重、磁数据进行三维物性分布反演计算,并实时显示计算结果 。重磁三维反演软件简介三维物性反演运行程序后可出现图界面,界面共分为四个操作区域:场参数交互区、场及模型三维显示区、模型等值面显示区,和模型水平截面、 操作流程包括:数据准备、反演和结果输出。数据处理应用内蒙布敦花航磁数据处理数据处理应用重力数据模拟数据处理应用塔河区东部航磁数据反演结果600000 605000 610000 615000 620000 625000 630000 635000 640000 6450005 8 3 0 0 0 05 8 3 5 0 0 05 8 4 0 0 0 05 8 4 5 0 0 05 8 5 0 0 0 05 8 5 5 0 0 05 8 6 0 0 0 080000 690000 700000 710000 7200005 7 8 0 0 0 05 7 9 0 0 0 05 8 0 0 0 0 05 8 1 0 0 0 05 8 2 0 0 0 05 8 3 0 0 0 05 8 4 0 0 0 05 8 5 0 0 0 0Δ T) 数据100 150 200 250 300 350 400 4501 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 050 200 250 300 350 400 4501 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 0观测数据的反演和解释带来了巨大的困难,在地下物性结构分布不均匀和未知的情况下,不可能对观测数据进行有效的校正。采用地形校正的方式进行定量反演解释存在两个方面的缺陷:首先是校正后的数据存在误差,将影响反演结果,其次通过地形校正后按照水平地形的情况对模型进行剖分,由于地形切割了部分模型单元,而这些单元只能取空气和地表浅层物性之一进行约束和赋值,在空气和地表浅层物性差异较大的情况下,模型空间在沿地形线上下存在较大的误差,这两个因素将导致反演结果的不可靠,所以带地形的三维反演精度高,更具有实际意义。认识讨论多参数交互约束反演是减少反演多解性的有效方法,非线性联合反演可能是未来联合反演研究的主要方向单一参数反演存在多解性,多参数的约束和联合可以改善反演技术的效果,在实际反演工作中主要采用物性取值和几何特征约束,以及联合迭代方式来实现多参数反演,因此可以笼统地将多参数反演分为两类“约束”和“联合”。“约束”反演可以把物性和几何参数结合起来,以人机交互正演模拟的方式来进行数据解释,这一点尤其适合尚无法实现反演迭代算法的数据处理,“约束”反演还可以为迭代反演设定符合实际情况初值,减少反演迭代的盲目性,也可以对迭代反演的结果进行修正,两者穿插使用效果最好;联合迭代反演在实际工作中难度极大,它必须解决两个关键问题:一是解决场在数学上的联合问题,其次是模型的联合问题。这两种联合关系在实际情况的二维、三维空间中是极少出现线性特征,显然线性联合反演的思路不符合多数实际情况。由于各种地球物理场所反映的是同一个目标,能够反演这些模型参数的算法主要是非线性算法,以及用计算机实现这些算法的研究。认识讨论开展物探野外三维数据采集技术,提高三维反演技术研究和应用效果进行三维反演技术的研究应该和相应的野外数据采集数据配套进行,以检验反演技术的效果,目前电法勘探很少开展面积性测量工作,主要以剖面测量为主,重、磁方法虽然有面积上的测量数据,但也存在纵、横向数据密度不等的情况,这样直接导致在迭代反演过程中模型的修改量在纵、横向权重不一致,数据密度较大的方向模型的自由度较小,反之较大,不能充分发挥三维反演的作用,因此开展面积性数据采集、纵横向数据密度保持一致,特别是增加井中数据采集,更能够促进三维反演技术的发展,提高地质应用效果。认识讨论研究开发适合高性能计算平台的三维正反演技术软件,是研究成果快速转化为生产应用的最佳途径三维反演数据量多、处理速度慢及计算机内存开销大等缺点,为了能够在计算平台上进行反演计算,还需要解决稀疏矩阵的储存问题,这样又产生了另一个问题,即反演过程要增加数据核矩阵的中间处理环节的计算量和对内存的随机访问量,牺牲了反演速度,为了能够使三维反演技术尽快应用于实际资料处理,购置高性能计算机,开展并行三维反演技术的研究,实现研究成果到生产力的转化。认识讨论三维信息的可视化与人机交互建模技术是数据三维反演解释不可缺少的辅助手段二维 在非传统地学领域得以广泛的应用,使相关行业的信息处理、认识和表达等方面迈上一个新的台阶,同时也促进计算机图形技术的发展,可以预见未来三维 壤”中孕育。物探方法是地学重要的勘探手段,通过物探三维反演技术可间接地获得地下三维信息,在数据的解释和认识过程中,以及三维成果的表达,都需要三维图示技术的支持,特别是三维交互正反演模拟技术更需要三维可视化与建模技术的辅助,两者相辅相成。谢谢各位专家!
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:重磁三维反演技术-吴文鹂39303547
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-64293.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开