本文關(guān)鍵詞： 海洋可控源電磁法 三維正反演 任意各向異性 L-BFGS方法 伴隨方法　出處：《吉林大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：海洋可控源電磁法(Marine Controlled-source Electromagnetic,簡稱MCSEM)作為鉆前儲(chǔ)層預(yù)測的主要手段之一,憑借其高效率、低成本以及較高的異常辨識度等優(yōu)勢正在被廣泛應(yīng)用于海洋油氣勘探之中。隨著海洋可控源電磁法在實(shí)際生產(chǎn)中的快速發(fā)展與需求,三維海洋可控源電磁法正反演理論已經(jīng)成為當(dāng)今電磁法勘探領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前關(guān)于海洋可控源電磁法三維正演的研究大多是基于海底為各向同性或TI(Transversal Isotropy)介質(zhì)的情況,而國內(nèi)外海洋可控源電磁法三維反演技術(shù)尚未成熟,反演的效率和精度均有待提高。針對以上問題,本論文進(jìn)行任意各向異性海洋可控源電磁法三維正演模擬研究,并分析各向異性對海洋可控源電磁響應(yīng)的影響機(jī)制;同時(shí),利用有限內(nèi)存的BFGS方法實(shí)現(xiàn)了三維海洋可控源電磁法反演,并研究了多種因素對海洋可控源電磁法三維反演的影響,期望以此為提高海洋電磁資料的解釋水平提供技術(shù)支撐。本文利用交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分法結(jié)合兩種空間體積加權(quán)方法實(shí)現(xiàn)了任意各向異性介質(zhì)中海洋可控源電磁法三維正演模擬。在正演計(jì)算過程中,將電場拆分為背景場和二次場,背景場根據(jù)全空間層狀介質(zhì)偶極源格林函數(shù)進(jìn)行計(jì)算,二次場利用有限差分技術(shù)求解。本文從頻率域麥克斯韋方程組出發(fā)推導(dǎo)出二次電場的亥姆霍茲方程,然后利用交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分技術(shù)對其進(jìn)行離散,最后得到系數(shù)為大型復(fù)稀疏對稱矩陣的線性方程組。在處理電流密度與不同方向電場的耦合問題時(shí),電流密度與各向異性電導(dǎo)率張量元素同向時(shí)采用直接體積加權(quán)的方式進(jìn)行近似,而與各向異性電導(dǎo)率張量非對角線元素相關(guān)的部分利用空間電流密度加權(quán)平均的方式進(jìn)行近似。為降低線性方程組的條件數(shù),本文采用D-ILU分解預(yù)處理技術(shù)對大型復(fù)稀疏對稱矩陣進(jìn)行預(yù)處理,同時(shí)引入了散度校正技術(shù)來提高求解精度和解的收斂速度。本文算法計(jì)算的結(jié)果與一維半解析結(jié)果相比,最大相對誤差不超過1.7%,說明本文計(jì)算方法具有較高的計(jì)算精度。本文對幾種典型三維海洋各向異性地電模型進(jìn)行正演模擬,由Ex響應(yīng)的振幅(MVO)和相位(PVO)曲線、電場三個(gè)分量的平面分布以及水平和垂直切面電場和電流密度分布特征的分析可得出以下結(jié)論:隨著海底介質(zhì)各向異性x方向參考電導(dǎo)率的變化,電場及電流的分布均能體現(xiàn)海底各向異性的特征。高阻異常體中的電流流動(dòng)形態(tài)發(fā)生較大的變化,電場的振幅在含有高阻異常體一側(cè)的幅值較高,有利于高阻異常體的識別;當(dāng)海底各項(xiàng)異性介質(zhì)中含有高阻異常體時(shí),電場的振幅和相位曲線變化明顯,表明高阻儲(chǔ)層的電磁響應(yīng)受海底各向異性的影響較大;對于淺海情況,隨著各向異性介質(zhì)參考電導(dǎo)率的變化,高阻異常體中導(dǎo)波的能量強(qiáng)度和方向呈現(xiàn)一定的規(guī)律,對空氣波有疊加和抵消的作用;當(dāng)海底為TI介質(zhì)時(shí),異常體中的導(dǎo)波最強(qiáng),相對異常最大;通過對淺海情況的分析可知各向異性介質(zhì)中淺海與深海兩種情況下的海洋電磁響應(yīng)特征有較大區(qū)別,因此不宜將深海海洋電磁數(shù)據(jù)的處理、反演和解釋經(jīng)驗(yàn)直接應(yīng)用于淺海情況�；谟邢迌�(nèi)存的BFGS最優(yōu)化算法,本文實(shí)現(xiàn)了三維海洋可控源電磁法反演。相比于傳統(tǒng)反演方法,L-BFGS通過伴隨的方法直接計(jì)算靈敏度矩陣和向量乘積,避免顯式計(jì)算靈敏度矩陣對計(jì)算資源的要求。反演中每次迭代只需要進(jìn)行一次正演和一次伴隨正演來計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的梯度,因此內(nèi)存占用相對較小。本文系統(tǒng)地研究了L-BFGS最優(yōu)化算法的基本原理及迭代方法,并闡述了步長線性搜索的控制條件及基于Wolfe條件的步長選取算法。為了提高反演的速度與精度,本文利用一維層狀半空間計(jì)算出的靈敏度信息對Hessian矩陣進(jìn)行了近似。通過對多種反演模型,不同測量方式以及不同網(wǎng)格剖分等情況的反演測試,本文探討了海洋可控源電磁法三維反演的影響因素,并對合理選取三維反演參數(shù)給出了指導(dǎo)性建議。本文的研究內(nèi)容均是目前海洋可控源電磁法的研究熱點(diǎn),所取得的研究成果對提高海洋電磁資料的解釋水平具有重要意義。鑒于我國海洋可控源電磁勘探技術(shù)發(fā)展起步較晚,本文的內(nèi)容可為海洋電磁勘探技術(shù)在我國的發(fā)展提供技術(shù)支撐。
[Abstract]:In this paper , three - dimensional forward modeling of ocean controllable source electromagnetic method has been carried out in this paper . In order to improve the speed and precision of inversion , this paper studies the basic principle and iterative method of the electromagnetic method of ocean controllable source . In order to improve the speed and precision of inversion , this paper studies the influence factors of the 3D inversion of ocean controllable source electromagnetic method . In order to improve the speed and precision of inversion , this paper studies the principle and iteration method of the electromagnetic method of ocean controllable source . In order to improve the speed and precision of inversion , this paper studies the principle and iteration method of the electromagnetic method of ocean controllable source .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P631.325

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