基于背景分离的被动源电磁测深双模联合反演

摘要

被动源电磁测深法以其特有的优势,已经越来越多地被应用于实际工作中。然而,其反演解释技术相对落后,限制了其资料解释的水平。本文在国家高技术研究发展计划(863计划)“被动源电磁测深的多尺度自适应双模联合反演研究(2006AA06Z105)”的资助下,进行了基于背景分离的被动源电磁测深双模联合反演研究,具有重要的理论和实际意义。
　　 本文基于最小构造的思想,对被动源电磁测深法双模联合快速反演展开研究,重点研究了灵敏度矩阵的快速计算和基于多分辨小波分解理论的背景分离反演方法。论文通过理论分析、数值模拟、模型试验以及实际应用等手段,研究了如何有效地利用被动源电磁测深两种模式的数据联合反演提高反演的精度,同时在加快反演速度方面做了一定的研究工作。
　　 首先,论文研究了带模型约束的被动源电磁测深双模联合反演的目标函数,对模型参数和各种数据残差进行不同的权重的单独约束,能有效地利用各种数据相互约束反演获得光滑的地电模型；针对被动源电磁测深反演的实际情况,设计了正演与反演的双重网格方案,在保证正演精度的同时,提高了反演速度,且实际操作简单,管理方便。在此基础上,编程实现了被动源电磁测深TE与TM双模联合最小构造反演,并针对七种典型电磁模型,系统分析了视电阻率与相位差四种观测数据及其联合反演的效果,总结出具有指导意义的规律,并应用于内蒙某矿区的实际数据反演。
　　 接着,论文在进行一维大地电磁灵敏度分析的基础上,以高频大地电磁测深法为例,利用数值模拟方法,分析了二维情况下各种观测资料的灵敏度随模型电阻率、频率以及空间坐标的变化和衰减规律,得出了二维灵敏度在趋肤深度一定的情况下随空间坐标迅速衰减的结论；在此基础上,提出了利用趋肤深度限定范围进行快速灵敏度矩阵计算,并应用于被动源电磁测深双模联合反演中,进行了模型试验,结果表明,该方法大大加快了反演的速度。
　　 然后,论文利用Mallat小波多分辨分析,分离出被动源电磁测深法地表电磁响应中的背景电磁响应信息和异常电磁响应信息,并进行模型试验验证了方法的应用效果。在此基础上,提出了基于背景分离的二维被动源电磁测深反演方案,对背景电磁响应进行快速反演,并用该反演结果约束异常区域的反演,达到了背景分离反演的目的。模型试验表明,基于背景分离的被动源电磁测深双模联合反演的结果,冗余构造少,反演速度快。
　　 最后,总结了全文的主要内容和创新工作,并指出了研究工作的不足之处和今后工作的建议。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 被动源电磁测深法正、反演现状

1.1.1 被动源电磁测深正演方法综述

1.1.2 被动源电磁测深反演方法综述

1.2 存在的问题及研究思路

1.3 本文的研究内容和结构安排

第二章 被动源电磁测深双模联合反演

2.1 被动源电磁测深正演模拟

2.1.1 被动源电磁测深的有限单元法正演模拟

2.1.2 正演算例

2.2 被动源电磁测深双模联合反演策略

2.2.1 目标函数的构建

2.2.2 目标函数的约束机制

2.2.3 最小构造模型约束

2.2.4 迭代求解策略

2.3 反演网格设计

2.4 被动源电磁测深双模联合反演模型计算

2.5 本章小结

第三章 被动源电磁测深灵敏度分析及灵敏度矩阵快速计算

3.1 灵敏度矩阵求取方法

3.2 被动源电磁测深灵敏度分析

3.2.1 一维灵敏度分析

3.2.2 二维灵敏度分析

3.3 被动源电磁测深灵敏度矩阵快速计算

3.3.1 灵敏度矩阵快速计算方案

3.3.2 模型试验及分析

3.4 本章小结

第四章 基于背景分离的被动源电磁测深双模联合反演

4.1 多分辨小波分解理论

4.1.1 小波变换的定义

4.1.2 多分辨（多尺度）分析

4.2 被动源电磁测深背景分离方法

4.3 基于背景分离的被动源电磁测深双模联合反演方法

4.3.1 背景分离反演的思想

4.3.2 模型计算及结果分析

4.5 本章小结

第五章 实测数据反演与解释

5.1 测区地质情况

5.2 高频大地电磁数据一维分析

5.3 高频大地测深数据二维反演与解释

5.4 本章小结

第六章 结论与建议

6.1 本文主要研究成果

6.2 论文的主要创新点

6.3 进一步的研究方向和建议

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文和参加科研情况