本文選題：聯(lián)合反演　切入點(diǎn)：海洋可控源電磁反演　出處：《中國(guó)海洋大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：聯(lián)合反演方法從不同的地球物理資料出發(fā)研究同一地質(zhì)現(xiàn)象,降低了單一地球物理資料反演方法局限性和反演問(wèn)題多解性的影響,并使反演結(jié)果更真實(shí)可靠。地震勘探方法分辨率高,能精細(xì)刻畫(huà)地層和地下構(gòu)造特征,卻難以識(shí)別流體界面,如油和水的分界面。海洋可控源電磁法(CSEM)縱向分辨率相對(duì)較低,但是該方法對(duì)油氣藏電性差異敏感,可有效識(shí)別高阻油氣藏。結(jié)合這兩種地球物理方法的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)海洋電磁和地震資料聯(lián)合反演,可進(jìn)一步提高油氣藏的識(shí)別能力。在前人研究基礎(chǔ)上,本文從海洋CSEM數(shù)值模擬方法和地震聲波方程正演及波形反演方法著手,并以此為基礎(chǔ)對(duì)海洋CSEM與地震聯(lián)合反演技術(shù)進(jìn)行研究,主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：(1)層狀各向同性介質(zhì)電磁場(chǎng)解析表達(dá)式的推導(dǎo)基于Schelkunoff位函數(shù)理論,推導(dǎo)了電偶源激勵(lì)下層狀各向同性介質(zhì)電磁場(chǎng)在波數(shù)域和空間域的擬解析表達(dá)式；根據(jù)電磁場(chǎng)疊加原理,采用高斯積分法求解有限長(zhǎng)度源下電磁場(chǎng)；使用方位角和傾角將任意方向有限長(zhǎng)度源分解為三個(gè)坐標(biāo)軸方向等效源并求出其對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng),根據(jù)電磁場(chǎng)疊加原理,可求得任意方向有限長(zhǎng)度源激勵(lì)下的電磁場(chǎng)。(2)海洋CSEM一維反演在電偶源激勵(lì)下層狀各向同性介質(zhì)中電磁場(chǎng)擬解析表達(dá)式基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了電磁場(chǎng)對(duì)地層電阻率的偏導(dǎo)數(shù),并實(shí)現(xiàn)海洋CSEM一維高斯-牛頓反演和BFGS(Broyden, Fletcher, Goldfarb, and Shanno)反演。進(jìn)一步推導(dǎo)了電磁場(chǎng)對(duì)發(fā)射源導(dǎo)航參數(shù)(方位角,傾角,水平位置)的偏導(dǎo)數(shù)；對(duì)雅可比矩陣進(jìn)行SVD分解,通過(guò)特征參數(shù)分析(Eigenparameter Analysis)方法發(fā)現(xiàn),發(fā)射源導(dǎo)航參數(shù)與地下電阻率參數(shù)在反演過(guò)程中是可以解耦的；在此基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了海洋CSEM發(fā)射源導(dǎo)航參數(shù)和地下電阻率同步聯(lián)合反演。(3)交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分海洋CSEM二維和三維正演基于交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分理論,對(duì)雙旋度電場(chǎng)方程進(jìn)行離散并采用delta函數(shù)對(duì)源進(jìn)行離散,使用總場(chǎng)方法實(shí)現(xiàn)海洋CSEM三維正演；在三維正演基礎(chǔ)上,對(duì)走向方向做傅立葉變換,得到二維情況下雙旋度電場(chǎng)方程的有限差分離散形式,使用總場(chǎng)方法實(shí)現(xiàn)海洋CSEM二維正演。(4)聲波方程一維和二維有限差分正演和全波形反演采用PML (Perfectly Matched Layer)邊界條件,實(shí)現(xiàn)聲波方程一維和二維有限差分正演,在正演基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)地震一維和二維全波形反演。反演方法采用修正的高斯-牛頓法,對(duì)海森矩陣做對(duì)角化處理,在保持高斯-牛頓法快速收斂的同時(shí),克服其在極值點(diǎn)附近不穩(wěn)定現(xiàn)象,使得模型擾動(dòng)量變化趨于穩(wěn)定：采用頻率加權(quán)處理,壓制占主導(dǎo)地位的高頻信息,以避免反演陷入局部極小。(5)海洋CSEM與地震資料聯(lián)合反演使用構(gòu)造耦合泛函實(shí)現(xiàn)了海洋CSEM與地震資料一維和二維聯(lián)合反演,其中海洋CSEM與地震一維聯(lián)合反演使用JTV (Joint Total Variation)耦合泛函,而二維聯(lián)合反演使用JTV耦合函數(shù)和交叉梯度(Cross-gradient)耦合泛函。海洋CSEM反演采用高斯-牛頓法,反演收斂快,成像精度高;地震反演為基于聲波方程的全波形反演,反演方法為修正的高斯-牛頓方法,反演穩(wěn)定并保持較快收斂速度。理論模型測(cè)試結(jié)果表明,電磁和地震資料聯(lián)合反演可極大提高電磁方法成像能力,有效圈出油氣藏邊界;同時(shí),根據(jù)油氣藏電性差異,區(qū)分其物性特征。
[Abstract]:Study on the same geological phenomenon from the point of view of different geophysical data inversion, reduces the inversion method of single geophysical data and the limitations of the inverse problems of multiple solutions of the impact, and make the inversion results more reliable. High resolution seismic exploration method, can fine description of strata and underground structures, it is difficult to identify the fluid interface. Such as oil and water interface. The marine controlled source electromagnetic method (CSEM) vertical resolution is relatively low, but the method of oil and gas electric difference sensitive, can effectively identify high resistivity reservoir. The combination of these two kinds of geophysical method advantage, marine electromagnetic inversion and seismic data can be further improved oil and gas reservoir recognition. On the basis of previous studies, this paper from the marine CSEM numerical simulation method and seismic wave equation forward and waveform inversion method, and on the basis of CSEM in the ocean and land Research on seismic inversion technology, the main research contents and results are as follows: (1) the derivation of layered isotropic electromagnetic field analytical expression of Schelkunoff function is derived based on the theory of electric dipole excitation in layered isotropic electromagnetic field in the quasi analytical expressions of the wavenumber domain and spatial domain; electromagnetic field according to the superposition principle, using Gauss integral method finite length source electromagnetic field; using azimuth and inclination angle to any direction of finite length source is decomposed into three axes equivalent source and calculate the corresponding electromagnetic field, electromagnetic field according to the superposition principle, the electromagnetic field can be obtained in any direction finite length source excitation. (2) CSEM in the marine electric dipole excitation of quasi one-dimensional inversion the electromagnetic field in layered isotropic medium is derived based on the analytical expression, the partial derivative of electromagnetic field on the resistivity of the formation, and the realization of a marine CSEM Victoria Gauss Newton inversion and BFGS (Broyden, Fletcher, Goldfarb, and, Shanno) inversion. Further deduced the electromagnetic field on the emission source of navigation parameters (azimuth, inclination, horizontal position) of the partial derivative of the Jacobi matrix; SVD decomposition, the characteristic parameter analysis (Eigenparameter Analysis) found that the emission source and the navigation parameters the resistivity parameters can be decoupled in the inversion process; on this basis, the CSEM emission source marine navigation parameters and underground resistivity. (3) synchronous joint inversion of staggered grid finite difference ocean CSEM 2D and 3D forward staggered grid finite difference based on the theory of double curl equation was discrete and the electric field the delta function was used to discrete the source, using the field method of marine CSEM 3D modeling; in 3D forward on the basis of the direction of Fu Liye transform, obtain the two-dimensional case of double The finite difference equation of the discrete curl field form, using field method to realize marine CSEM 2D forward. (4) the acoustic wave equation and two-dimensional finite difference modeling and full waveform inversion using PML (Perfectly Matched Layer) implementation of boundary conditions, the acoustic wave equation and two-dimensional finite difference forward, forward basis on the realization of seismic and two-dimensional full waveform inversion. The inversion method using the modified Gauss Newton method for diagonalization of the Hessian matrix, while maintaining the Gauss Newton method with fast convergence at the same time, to overcome the unstable phenomenon near the extreme points, which makes the model perturbation tends to be stable by using a frequency weighted processing, pressing high frequency information of the dominant, in order to avoid the inversion of a local minimum. (5) the joint inversion of marine CSEM and seismic data using structural coupling functional to achieve the ocean CSEM and the one-dimensional and two-dimensional joint anti seismic data Play, one marine CSEM and one-dimensional seismic joint inversion using JTV (Joint Total Variation) and functional coupling, two-dimensional joint inversion using JTV coupling function and cross functional gradient (Cross-gradient) coupling. Marine CSEM inversion using Gauss Newton method, inversion of quick convergence and high precision imaging; seismic inversion and full waveform inversion of acoustic wave equation based on the inversion method for the modified Gauss Newton method, inversion stability and faster convergence rate. The test results show that the theoretical model, the joint inversion of electromagnetic and seismic data can greatly improve the ability of electromagnetic imaging method, the effective boundary circle of oil and gas reservoir; at the same time, according to the difference between the oil and gas reservoirs, according to its physical characteristics.

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：P631.325;P631.46

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本文編號(hào)：1654108