频率域海洋可控源电磁数据三维非线性共轭梯度反演

发布时间：2020-05-12 06:01

【摘要】：海洋可控源电磁法(海洋CSEM)是一种利用电阻率差异来分辨海底构造储层中含油和水的重要方法,近年来已逐渐成为海上石油勘探中的一种重要手段。随着经济快速地发展,人们将对能源的需求目光越来越多投向海洋,而海洋CSEM作为对海上地震资料的重要补充,在后期的资料解释中扮演着重要的角色。目前国内对海洋CSEM的研究还不太成熟,不管是方法技术还是仪器研制方面都与国外研究存在一定的差距。针对以上问题,本文从三维正反演方法技术两方面进行研究,利用有限体积法分析三维正演响应规律,同时采用非线性共轭梯度法实现了海洋CSEM三维反演,本文的研究旨在为今后对海洋电磁实际资料的处理与解释奠定基础。本文从麦克斯韦方程出发,推导了海洋CSEM三维控制方程,并利用基于交错网格的有限体积法对方程进行离散,将离散后的方程组合后形成了一个大型线性方程组,并采用Krylov子空间方法中的拟最小残差法求解线性方程组。为了解决海洋CSEM中场源点处的奇异性问题,将总场分解为一次场和二次场,并引入一个全空间或层状的参考模型,消除场源点处奇异的电流源项。在求解方程过程中加入散度校正,提高计算速度。正演实验结果表明,电场响应随着频率的增加而减小,但是归一化的电场响应刚好相反。发射源的位置和储层尺寸同样也会影响着电场响应特征,收发距增大电场响应减小,储层厚度和长度的增大电场响应也增强。从归一化曲线上看,电场和磁场的振幅归一化曲线基本都能指示储层边界位置,电场效果较磁场更好些。另一方面,本文详细地推导了灵敏度矩阵的计算过程,讨论了水平电偶极子源的灵敏度分布的特征,分析了在均匀半空间和含高阻异常体时灵敏度的分布情况。本文的灵敏度是基于非线性共轭梯度算法,计算目标函数的一阶导数,只需要两次正演就可以得到灵敏度矩阵的一行。同时,本文采用非线性共轭梯度算法,实现了海洋CSEM三维反演。阐述了线搜索中不同条件选择,模型参数转换以及迭代条件等与反演过程相关因素。通过对几种典型理论模型的反演,分析了不同频率、不同测量方式的反演结果。采用多频率多测线的方式得到的反演结果与真实模型吻合较好,证明了该方法在海洋CSEM勘探中的有效性。
【图文】：

图 1.1 海洋 CSEM 勘探原理示意图（上图）和电场强度随收发距变化情况（下（据 Johansen 2005）当收发距的水平距离是储层埋深的 2 5 倍时，采用适当频率的海洋 CS以探测到储层（Kong, 2002）。因此利用海洋 CSEM 技术探测储层成功与因素之一就是勘探排列的设计。水平电偶极源既产生传导效应（图 1.2应效应（图 1.3）（Constable, 2010），因此某一特定高阻储层构造的响应效应和感应效应的相互作用。水平电偶极源产生的场本质上是三维的，，的相对大小取决于收发距的空间几何关系，这种关系可以用场源 接收站即电偶极轴与场源 接收站连线的夹角来表示。方位角 90o时（横向接应效应为主，这种情况下测量到的响应可以用借用大地电磁电磁中趋肤念来解释。方位角0o时（纵向接收）传导效应占主导地位（MacGregor and）。

图 1.2 海洋 CSEM 电流传导效应以及电场振幅和相位变化情况（据 Constable 2010，有修改）图 1.3 海洋 CSEM 电流传导效应以及电场振幅和相位变化情况（据 Constable 2010，有修改）
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P631.325

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