本文關(guān)鍵詞：基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的重力梯度全張量數(shù)據(jù)三維反演方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：重力梯度測量能夠觀測重力位的二階導(dǎo)數(shù)，因而，與傳統(tǒng)的重力測量相比，重力梯度對微小密度差異引起的變化更加敏感，對淺層地質(zhì)體具有更高的分辨率，能夠更好的反映淺部異常的邊界。并且在移動平臺中（例如船和飛機(jī)），梯度儀不像重力儀那樣易受共模噪聲和大的加速的影響，因此重力梯度測量具有更強(qiáng)的抗干擾能力，梯度信號具有更高的信噪比，故重力梯度測量常應(yīng)用于航空、海洋及衛(wèi)星重力等領(lǐng)域。 隨著重力梯度全張量測量技術(shù)的日趨成熟，重力梯度全張量數(shù)據(jù)的解釋技術(shù)日益受到關(guān)注。物性反演以物性變化反映場源范圍，具有模擬地下復(fù)雜地質(zhì)體的能力和較強(qiáng)的適應(yīng)能力，是提高和深化重磁勘探技術(shù)解決地質(zhì)問題能力的重要途徑，逐漸成為重磁數(shù)據(jù)定量解釋的主要方式。本論文針對三維反演多解性嚴(yán)重、與地質(zhì)信息結(jié)合困難以及計算量巨大的難點問題，提出了基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的三維物性反演方法，對地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中最主要的兩個技術(shù)，即克里金技術(shù)與隨機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行了研究，并將這兩種技術(shù)應(yīng)用到重力梯度全張量數(shù)據(jù)三維反演中，建立了多種數(shù)據(jù)聯(lián)合反演的協(xié)同克里金方程，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了井?dāng)?shù)據(jù)約束下的重力梯度全張量數(shù)據(jù)隨機(jī)反演，為重磁數(shù)據(jù)三維反演開辟了新思路。 克里金估值技術(shù)是地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)最重要的工具之一，它是一種光滑的線性內(nèi)插方法，廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)儲量計算、地下水模擬以及土壤制圖等領(lǐng)域。本文對克里金技術(shù)中實用性非常強(qiáng)的協(xié)同克里金方法進(jìn)行了研究，建立了以地下空間密度值為主變量、重力梯度數(shù)據(jù)為次級變量的協(xié)同克里金方程對密度值進(jìn)行估計，從而實現(xiàn)了重力梯度數(shù)據(jù)的物性反演。此外，為了降低重磁數(shù)據(jù)反演時物性值集中于地表附近的現(xiàn)象，向協(xié)同克里金方程中引入靈敏度矩陣來抵消核函數(shù)隨深度增大而迅速衰減的特性；針對三維反演計算效率低和內(nèi)存消耗巨大的難點問題，通過設(shè)置閾值的方法，將協(xié)同克里金方程中占用內(nèi)存空間最大的密度協(xié)方差矩陣壓縮成稀疏矩陣進(jìn)行存儲和參與反演計算，從而大大降低了內(nèi)存消耗，提高了計算速度。模型試驗表明協(xié)同克里金反演方法能夠靈活地將先驗信息以及地質(zhì)學(xué)家對地質(zhì)情況的認(rèn)識，例如地質(zhì)體走向、傾角、空間尺度等信息融合到反演方程中作為約束，從而大大降低了反演的多解性。此外，協(xié)同克里金反演不僅能給出反演問題的解，還能通過估計方差對給出的解進(jìn)行定量評價，從而幫助解釋人員得到比較可靠的解釋模型。 隨機(jī)模擬技術(shù)是繼克里金估值技術(shù)之后，迅速發(fā)展的一個地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)新工具。本文在協(xié)同克里金反演模型的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了重力梯度全張量數(shù)據(jù)的隨機(jī)反演。隨機(jī)反演方法能夠得到來自于概率模型的各種等可能實現(xiàn)，這些結(jié)果都能滿足已知的觀測數(shù)據(jù)和蘊含在協(xié)方差矩陣中的地質(zhì)認(rèn)識，大量實現(xiàn)的差異能夠反映出地質(zhì)屬性空間分布的不均質(zhì)性和不確定性。通過模型試驗對協(xié)同克里金反演模型和隨機(jī)反演模型進(jìn)行了比較，并分析了兩種方法各自的特點和適用情況。 隨著重力梯度全張量（Full Tensor Gravity Gradiometry，F(xiàn)TG）儀器的問世，能夠獲得的梯度異常信息更加豐富，由于每個梯度分量包含的信息量不盡相同，綜合利用不同分量信息有助于提高地質(zhì)解釋的準(zhǔn)確性，然而多個分量聯(lián)合反演顯然會使反演方程規(guī)模成倍增加。本文通過模型試驗對比了單分量反演與多分量聯(lián)合反演的結(jié)果，結(jié)果表明單分量數(shù)據(jù)含有的場源信息相對單一，多分量聯(lián)合反演可彌補(bǔ)單分量反演時信息不足，提高反演結(jié)果的分辨率，然而并非參與反演的分量越多，反演結(jié)果越理想，適當(dāng)選擇不同類型的分量進(jìn)行聯(lián)合反演，不但可減小計算量，同時可節(jié)省內(nèi)存提高計算速度。 隨著可用于礦產(chǎn)開發(fā)的井中重力儀的研制成功，井中重力數(shù)據(jù)解釋以及井?dāng)?shù)據(jù)與地面數(shù)據(jù)聯(lián)合解釋成為一個新的研究熱點。井中重力測量可以提供地下感興趣的地質(zhì)特征內(nèi)部或是與其非常接近的巖石的真實密度值，從而提高地下密度分布解釋的縱向分辨率。本文研究了重力梯度全張量數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)合反演對提高反演結(jié)果分辨率和準(zhǔn)確性方面的能力。通過模型試驗對比了在井中巖石密度約束下井中重力數(shù)據(jù)反演和井中重力數(shù)據(jù)與重力梯度全張量數(shù)據(jù)聯(lián)合反演的結(jié)果，結(jié)果表明重力梯度全張量數(shù)據(jù)與井中重力數(shù)據(jù)聯(lián)合反演可同時提高反演結(jié)果的縱向和橫向分辨率，增加反演結(jié)果的可靠性。 最后應(yīng)用本文研究方法對美國Vinton地區(qū)重力梯度全張量數(shù)據(jù)進(jìn)行三維密度反演，推斷了研究區(qū)巖蓋的空間分布，與已有地質(zhì)研究成果對比，證明了方法對實際資料的反演能力。
【關(guān)鍵詞】：重力梯度全張量（FTG） 三維反演 地址統(tǒng)計學(xué) 協(xié)同克里金 隨機(jī)反演 聯(lián)合反演 井中重力
【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】：2015
【分類號】：P631.14;P628.2
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 研究背景與研究意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 位場快速自動解釋技術(shù)14-16
• 1.2.2 重磁三維物性反演16-21
• 1.3 存在的主要問題21
• 1.4 論文內(nèi)容和研究路線21-23
• 1.4.1 研究內(nèi)容21-23
• 1.4.2 研究路線23
• 1.5 論文創(chuàng)新點23-24
• 1.6 論文結(jié)構(gòu)安排24-27
• 第2章 重力梯度張量正演理論基礎(chǔ)27-35
• 2.1 重力及重力梯度張量正演27-30
• 2.1.1 三度體正演基本公式27-29
• 2.1.2 二度體正演基本公式29-30
• 2.2 長方體重力及重力梯度正演計算30-31
• 2.3 地下空間離散化的正演計算31-33
• 2.3.1 模型網(wǎng)格劃分31-32
• 2.3.2 長方體離散化正演公式32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第3章 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的基本原理35-53
• 3.1 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)基本概念35-41
• 3.1.1 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)概念35-36
• 3.1.2 區(qū)域化變量理論36
• 3.1.3 變差函數(shù)36-39
• 3.1.4 常用變差函數(shù)的理論模型39-41
• 3.1.5 估計方差41
• 3.2 克里金方法的基本原理41-45
• 3.2.1 簡單克里金42
• 3.2.2 普通克里金42-44
• 3.2.3 協(xié)同克里金44-45
• 3.3 隨機(jī)模擬技術(shù)45-50
• 3.3.1 先驗分布和后驗分布46-47
• 3.3.2 隨機(jī)模擬的特點和分類47-48
• 3.3.3 序貫?zāi)M思路48-50
• 3.4 克里金方法與隨機(jī)模擬技術(shù)的區(qū)別50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 第4章 重力梯度全張量數(shù)據(jù)聯(lián)合協(xié)同克里金反演方法研究53-81
• 4.1 協(xié)同克里金反演方程53-59
• 4.1.1 單分量協(xié)同克里金反演方程53-54
• 4.1.2 五分量協(xié)同克里金反演方程54-55
• 4.1.3 積分靈敏度矩陣55-56
• 4.1.4 變差函數(shù)參數(shù)估計56-59
• 4.2 協(xié)同克里金反演方法抗噪性測試59-66
• 4.2.1 無噪聲干擾情況下單分量反演結(jié)果分析59-63
• 4.2.2 噪聲干擾情況下單分量反演結(jié)果分析63-66
• 4.3 重力與重力梯度數(shù)據(jù)反演結(jié)果對比66-68
• 4.4 不同張量分量組合反演結(jié)果分析68-75
• 4.5 參數(shù)選擇對反演結(jié)果的影響分析75-79
• 4.6 本章小結(jié)79-81
• 第5章 重力梯度全張量數(shù)據(jù)與井中重力數(shù)據(jù)聯(lián)合協(xié)同克里金反演81-95
• 5.1 重力梯度全張量數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)合協(xié)同克里金反演方程81-82
• 5.1.1 井中巖石密度約束下井中重力數(shù)據(jù)協(xié)同克里金反演方程81-82
• 5.1.2 重力梯度全張量數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)合協(xié)同克里金反演方程82
• 5.2 長方體組合模型反演結(jié)果與分析82-88
• 5.2.1 重力梯度數(shù)據(jù)反演結(jié)果與分析83-85
• 5.2.2 測井穿越異常體中心情況下反演結(jié)果與分析85-86
• 5.2.3 測井位于異常體旁測情況下反演結(jié)果與分析86-88
• 5.3 傾斜脈狀體組合模型反演結(jié)果與分析88-93
• 5.3.1 重力梯度數(shù)據(jù)反演結(jié)果與分析89-91
• 5.3.2 重力梯度數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)合反演91-93
• 5.4 本章小結(jié)93-95
• 第6章 重力梯度全張量數(shù)據(jù)隨機(jī)反演方法研究95-115
• 6.1 隨機(jī)模擬與隨機(jī)反演95-96
• 6.2 誤差模擬方法原理96-98
• 6.3 重力梯度全張量數(shù)據(jù)隨機(jī)反演98-104
• 6.3.1 重力梯度全張量數(shù)據(jù)協(xié)同克里金反演99-100
• 6.3.2 重力梯度全張量數(shù)據(jù)隨機(jī)反演100-104
• 6.4 重力梯度全張量數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)合隨機(jī)反演104-112
• 6.4.1 重力梯度全張量數(shù)據(jù)與一口井?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)合隨機(jī)反演結(jié)果104-107
• 6.4.2 重力梯度全張量數(shù)據(jù)與三口井?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)合隨機(jī)反演結(jié)果107-110
• 6.4.3 重力梯度全張量數(shù)據(jù)與兩口井?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)合隨機(jī)反演結(jié)果110-112
• 6.5 本章小結(jié)112-115
• 第7章 實際資料的應(yīng)用-美國文頓巖丘地區(qū)重力梯度全張量數(shù)據(jù)反演115-129
• 7.1 文頓巖丘地區(qū)地質(zhì)概況115-118
• 7.2 航空重力梯度全張量數(shù)據(jù)118-119
• 7.3 重力梯度全張量數(shù)據(jù)聯(lián)合協(xié)同克里金反演119-122
• 7.4 井?dāng)?shù)據(jù)與重力梯度全張量數(shù)據(jù)聯(lián)合協(xié)同克里金反演122-128
• 7.5 本章小結(jié)128-129
• 第8章 結(jié)論129-133
• 參考文獻(xiàn)133-141
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果141-143
• 致謝143

【參考文獻(xiàn)】

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10 孟小紅;劉國峰;陳召曦;郭良輝;;基于剩余異常相關(guān)成像的重磁物性反演方法[J];地球物理學(xué)報;2012年01期

  本文關(guān)鍵詞：基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的重力梯度全張量數(shù)據(jù)三維反演方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：415067