位场相关成像方法研究
|
摘要
本文给出了各种地球物理位场的相关成像和联合相关成像理论。研究了重力、磁法和自然电位自适应联合相关成像方法。根据密度、磁性和电性之间的相关关系(即正相关、负相关和不相关等),建立了联合相关成像的方式。利用测量到的地球物理场与相应的扫描场函数进行归一化的互相关运算,求取地下异常场源的特征及其分布。
对相关成像方法进行了改进,利用改进后的相关成像方法对各种单体模型和复杂组合模型做了实验研究,对成像的分辨能力给出系统分析和评价。论文对扫描函数的改进提出了三种方法,并应用于模型试验中,成像效果明显提高。将高阶求导扫描函数应用于异常体垂直边界的定位,成像效果十分明显,分辨率有很大的提高;将深度加权扫描函数应用于囊状体,解决对异常体下部边界收敛问题;将自适应多次迭代应用于稀疏矩阵模型进行位场相关成像,效果改善明显,图像的分辨率明显提高,并且该改进方法具有良好的稳定性和收敛性。提出广义相关成像的概念,推广了相关成像方法的适用范围。在此基础上,以重力场为例进行地球物理模型的建模和地球物理数据的正反演,以及对比分析。
模型试验中,在技术上对程序算法的实现,公式离散化,活动窗口的选取和尺度等问题进行了探索性的实现和改进。将解析表达式的三度体重力异常场公式转化为可直接用于计算机编程运的有限求和公式,便于计算机编程实现各种场的模拟。讨论了有效深度、滑动窗口、扩边插值尺度的具体问题,提出实际解决方案,并在后期模型试验的时候加以运用,取得了良好的实验效果。对二度体模型和组合三维模型进行了正演,并对正演数据做了改进扫描函数后的相关成像试验,较之早期的点扫描函数成像效果明显提高。本文最后对两套实测数据进行了位场相关成像处理,取得了良好的效果,并结合商业软件进行了效果比对。
This paper focuses on the derivation of various characteristics of the geophysical field theory as well as the integrated probability tomography. Research on the Integrated probability tomography of the gravity, magnetic and self-potential fields. probability tomography is essentially the normalized cross-correlation of the geophysical field and the back-projection kernel function.
Improved imaging methods and done a large number of tests with various of models, and Resolving power of the imaging system analysis and evaluation is given. proposed to improve the scanning function with three methods, and gained a high quality image in the tests with the models. Higher derivative scanning function can be used in locationing the Vertical boundary of abnormal body. Depth-weighted scan function adapt the layered model, and has the effect of solving convergence issues the abnormal body. Self-adapt scanning function is good at the geophysics field which generate with the sparse matrix source, and this method has good stability and convergence. Spread the Generalized probability tomography for further. On this basis, as an example to the gravity field for geophysical modeling and geophysical data inversion, as well as comparative analysis.
Model tests carried out to explore and improve the realization of algorithm procedure, discretization formula, selection and scale of the sliding window. Change the analytical expression formula of the anomaly field sourced with three-body into limited summation formula which computer programming can be delivered directly. Discussed and solving the effective depth, sliding window, while expanding scale interpolation problems. With a result in the model test.Proved the resolving power in the tomography of the field which generated with two-dimensional models and the combination of three-dimentional models. At the last, compared the image which processed two real data with the generalized probability tomography with what used the commercial software COSCAD.
对相关成像方法进行了改进,利用改进后的相关成像方法对各种单体模型和复杂组合模型做了实验研究,对成像的分辨能力给出系统分析和评价。论文对扫描函数的改进提出了三种方法,并应用于模型试验中,成像效果明显提高。将高阶求导扫描函数应用于异常体垂直边界的定位,成像效果十分明显,分辨率有很大的提高;将深度加权扫描函数应用于囊状体,解决对异常体下部边界收敛问题;将自适应多次迭代应用于稀疏矩阵模型进行位场相关成像,效果改善明显,图像的分辨率明显提高,并且该改进方法具有良好的稳定性和收敛性。提出广义相关成像的概念,推广了相关成像方法的适用范围。在此基础上,以重力场为例进行地球物理模型的建模和地球物理数据的正反演,以及对比分析。
模型试验中,在技术上对程序算法的实现,公式离散化,活动窗口的选取和尺度等问题进行了探索性的实现和改进。将解析表达式的三度体重力异常场公式转化为可直接用于计算机编程运的有限求和公式,便于计算机编程实现各种场的模拟。讨论了有效深度、滑动窗口、扩边插值尺度的具体问题,提出实际解决方案,并在后期模型试验的时候加以运用,取得了良好的实验效果。对二度体模型和组合三维模型进行了正演,并对正演数据做了改进扫描函数后的相关成像试验,较之早期的点扫描函数成像效果明显提高。本文最后对两套实测数据进行了位场相关成像处理,取得了良好的效果,并结合商业软件进行了效果比对。
This paper focuses on the derivation of various characteristics of the geophysical field theory as well as the integrated probability tomography. Research on the Integrated probability tomography of the gravity, magnetic and self-potential fields. probability tomography is essentially the normalized cross-correlation of the geophysical field and the back-projection kernel function.
Improved imaging methods and done a large number of tests with various of models, and Resolving power of the imaging system analysis and evaluation is given. proposed to improve the scanning function with three methods, and gained a high quality image in the tests with the models. Higher derivative scanning function can be used in locationing the Vertical boundary of abnormal body. Depth-weighted scan function adapt the layered model, and has the effect of solving convergence issues the abnormal body. Self-adapt scanning function is good at the geophysics field which generate with the sparse matrix source, and this method has good stability and convergence. Spread the Generalized probability tomography for further. On this basis, as an example to the gravity field for geophysical modeling and geophysical data inversion, as well as comparative analysis.
Model tests carried out to explore and improve the realization of algorithm procedure, discretization formula, selection and scale of the sliding window. Change the analytical expression formula of the anomaly field sourced with three-body into limited summation formula which computer programming can be delivered directly. Discussed and solving the effective depth, sliding window, while expanding scale interpolation problems. With a result in the model test.Proved the resolving power in the tomography of the field which generated with two-dimensional models and the combination of three-dimentional models. At the last, compared the image which processed two real data with the generalized probability tomography with what used the commercial software COSCAD.
引文
[1] Patella D. Intruduction to ground surface self-potential tomography. Geophysical Prospecting,45,653-681,1997a.
[2] Patella D. self-potential global tomography including topographic effects. Geophysical Prospecting, 45,843-863, 1997b.
[3] Mauriello P., Monna D. and Patella D., 3D geoelectric tomography and archaeological applications, Geophysical Prospecting, 46, 543-570, 1998.
[4] Mauriello P.and Patella D., Resistivity anomaly imaging by probability tomography , Geophysical Prospecting, 47, 411-429, 1999a.
[5] Mauriello P.and Patella D., Principles of probability tomography for natural-source electromagnetic induction fields, Geophysics, 64, 1403-1417, 1999b.
[6] Patella D.and Mauriello P., The geophysical contribution to the safeguard of historical sites in active volcanic areas. The Vesuvius case-history, Journal of Applied Geophysics 41, 241–258, 1999.
[7] Mauriello P. and Patella D., Localization of maximum-depth gravity anomaly sources by a distribution of equivalent point masses, GEOPHYSICS, VOL. 66, NO. 5, 1431–1437,2001.
[8] Mauriello P. and Patella D., Gravity probability tomography; a new tool for buried mass distribution imaging, Geophysical Prospecting 49(1):1-12,2001.
[9] Iuliano T., Mauriello P.and Patella D., Looking inside Mount Vesuvius by potential fields integrated probability tomographies, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 113,363-378,2002.
[10]许令周,关继腾,房文静,自然电场的相关成像方法评价,物探与化探,Vol. 27 ,No. 5,395-398,2003。
[11]许令周,关继腾,房文静,高次导数的相关成像原理,青岛大学学报,Vol. 16, No. 4,32-36,2003
[12]许令周,关继腾,房文静,相关成像方法对地下球体定位的应用研究,煤田地质与勘探,Vol. 32 No. 2,54-56,2004。
[13]许令周,相关成像方法在自然电位测井中的应用,测井技术,Vol. 29 No. 1,23-26, 2005。
[14]许令周,关继腾,,房文静,减小相关成像分辨宽度的一种方法,物探化探计算技术,Vol. 27, No. 2,138-140,2005。
[15]许令周,夏卫芳,自然电位勘探中直立脉状矿体的概率成像,物探与化探,2007年8月,第31卷第期,344-350。
[16]许令周,重力场中概率成像方法对脉状矿体的识别,内蒙古师范大学学报,2007年7月,36卷第四期,463-465。
[17]许令周,概率成像方法对台阶模型的成像,西南民族大学学报(自然科学版),2007年4月,第33卷第2期,364-367。
[18]毛立峰,王绪本,高永才,大地电磁相关成像及其改进方法的成像效果评价,石油物探,Vol.23,No.6,612-616,2004。
[19]毛立峰,王绪本,高永才,大地电磁相关成像的效果评价.地球物理学报,Vol.48,No. 2,429～433,2005。
[20]毛立峰,大地电磁概率成像方法研究,成都理工大学学位论文,2004年5月。
[21]王绪本,高永才,基于则化向下延拓的重磁概率成像方法研究,重磁数据处理解释应用研讨会论文集,杭州,浙江大学出版社,2008:49-54。
[22]王绪本,毛立峰,高永才,电磁导数场相关成像方法研究,成都理工大学学报(自然科学版),Vol.31, No.6,679-684,2004。
[23]阮帅,王绪本,高永才等,位场正则化下延在自然电位概率成像中的应用.物探化探计算技术,2006,28(4):332-336。
[24]杨文采,地球物理反演的遗传算法,石油物探,1995年,34(1):116-122。
[25] A.Vesnaver等著,王晓燕李敏杰龙利平译,用3D自适应层析成像法作速度标定与深度成像,石油物探译丛第一期,2001年2月。
[26] Li Y and oldenburg D W,3D inversion of gravity data,Geophysics,1998,63:109~119.
[27]郭良辉,孟小红,石磊,李淑玲,重力和重力梯度数据三维相关成像,地球物理学报,Vol.52,No.4 1098-1106, 2009。
[28]郭志宏,管志宁,熊胜青,长方体ΔT场及其梯度场无解析奇点理论表达式,地球物理学报,2004,47 (6):1131-1138。
[29]罗孝宽郭绍雍主编,应用地球物理教程——重力磁法,地质出版社,1990年8月
[30]姚长利,郝天珧,管志宁等,重磁遗传算法三维反演中高速计算及有效存储方法技术,地球物理学报,2003,46(2)252-258。
[31]徐世浙,曹洛华,姚敬金重力异常三维反演———视密度成像方法技术的应用物探与化探,2007,31,(1):25-28。
[32]刘小军,王家林,杨光亮,吴健生,三维电阻率概率成像法研究,大地测量与地球动力学,2006年8月,第26卷第3期,93-96。
[33]姚长利,郑元满,张聿文,重磁异常三维物性反演随机子域法方法技术,地球物理学报,2007,50(5):1576-1583。
[34]玄松柏,申重阳,孙少安,地下密度变化三维反演的遗传算法研究,大地测量与地球动力学,2008年2月,第28卷第1期,36-40。
[35]冯锐,李智明,李志武,周燕云,电阻率层析成像技术,中国地震,2004年3月,第20卷第1期,13-30。
[36]李光品,徐果明,高尔根,徐扬,中国东部地壳、上地幔横波品质因子的三维层析成像,地震学报,第22卷第1期,2000年1月,73-81。
[37]李淑玲,孟小红,范正国,危机矿山重磁资料精细处理与解释:以湖北省大冶铁矿为例,地球科学--中国地质大学学报,2007年7月,第32卷第4期,559-563。
[2] Patella D. self-potential global tomography including topographic effects. Geophysical Prospecting, 45,843-863, 1997b.
[3] Mauriello P., Monna D. and Patella D., 3D geoelectric tomography and archaeological applications, Geophysical Prospecting, 46, 543-570, 1998.
[4] Mauriello P.and Patella D., Resistivity anomaly imaging by probability tomography , Geophysical Prospecting, 47, 411-429, 1999a.
[5] Mauriello P.and Patella D., Principles of probability tomography for natural-source electromagnetic induction fields, Geophysics, 64, 1403-1417, 1999b.
[6] Patella D.and Mauriello P., The geophysical contribution to the safeguard of historical sites in active volcanic areas. The Vesuvius case-history, Journal of Applied Geophysics 41, 241–258, 1999.
[7] Mauriello P. and Patella D., Localization of maximum-depth gravity anomaly sources by a distribution of equivalent point masses, GEOPHYSICS, VOL. 66, NO. 5, 1431–1437,2001.
[8] Mauriello P. and Patella D., Gravity probability tomography; a new tool for buried mass distribution imaging, Geophysical Prospecting 49(1):1-12,2001.
[9] Iuliano T., Mauriello P.and Patella D., Looking inside Mount Vesuvius by potential fields integrated probability tomographies, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 113,363-378,2002.
[10]许令周,关继腾,房文静,自然电场的相关成像方法评价,物探与化探,Vol. 27 ,No. 5,395-398,2003。
[11]许令周,关继腾,房文静,高次导数的相关成像原理,青岛大学学报,Vol. 16, No. 4,32-36,2003
[12]许令周,关继腾,房文静,相关成像方法对地下球体定位的应用研究,煤田地质与勘探,Vol. 32 No. 2,54-56,2004。
[13]许令周,相关成像方法在自然电位测井中的应用,测井技术,Vol. 29 No. 1,23-26, 2005。
[14]许令周,关继腾,,房文静,减小相关成像分辨宽度的一种方法,物探化探计算技术,Vol. 27, No. 2,138-140,2005。
[15]许令周,夏卫芳,自然电位勘探中直立脉状矿体的概率成像,物探与化探,2007年8月,第31卷第期,344-350。
[16]许令周,重力场中概率成像方法对脉状矿体的识别,内蒙古师范大学学报,2007年7月,36卷第四期,463-465。
[17]许令周,概率成像方法对台阶模型的成像,西南民族大学学报(自然科学版),2007年4月,第33卷第2期,364-367。
[18]毛立峰,王绪本,高永才,大地电磁相关成像及其改进方法的成像效果评价,石油物探,Vol.23,No.6,612-616,2004。
[19]毛立峰,王绪本,高永才,大地电磁相关成像的效果评价.地球物理学报,Vol.48,No. 2,429～433,2005。
[20]毛立峰,大地电磁概率成像方法研究,成都理工大学学位论文,2004年5月。
[21]王绪本,高永才,基于则化向下延拓的重磁概率成像方法研究,重磁数据处理解释应用研讨会论文集,杭州,浙江大学出版社,2008:49-54。
[22]王绪本,毛立峰,高永才,电磁导数场相关成像方法研究,成都理工大学学报(自然科学版),Vol.31, No.6,679-684,2004。
[23]阮帅,王绪本,高永才等,位场正则化下延在自然电位概率成像中的应用.物探化探计算技术,2006,28(4):332-336。
[24]杨文采,地球物理反演的遗传算法,石油物探,1995年,34(1):116-122。
[25] A.Vesnaver等著,王晓燕李敏杰龙利平译,用3D自适应层析成像法作速度标定与深度成像,石油物探译丛第一期,2001年2月。
[26] Li Y and oldenburg D W,3D inversion of gravity data,Geophysics,1998,63:109~119.
[27]郭良辉,孟小红,石磊,李淑玲,重力和重力梯度数据三维相关成像,地球物理学报,Vol.52,No.4 1098-1106, 2009。
[28]郭志宏,管志宁,熊胜青,长方体ΔT场及其梯度场无解析奇点理论表达式,地球物理学报,2004,47 (6):1131-1138。
[29]罗孝宽郭绍雍主编,应用地球物理教程——重力磁法,地质出版社,1990年8月
[30]姚长利,郝天珧,管志宁等,重磁遗传算法三维反演中高速计算及有效存储方法技术,地球物理学报,2003,46(2)252-258。
[31]徐世浙,曹洛华,姚敬金重力异常三维反演———视密度成像方法技术的应用物探与化探,2007,31,(1):25-28。
[32]刘小军,王家林,杨光亮,吴健生,三维电阻率概率成像法研究,大地测量与地球动力学,2006年8月,第26卷第3期,93-96。
[33]姚长利,郑元满,张聿文,重磁异常三维物性反演随机子域法方法技术,地球物理学报,2007,50(5):1576-1583。
[34]玄松柏,申重阳,孙少安,地下密度变化三维反演的遗传算法研究,大地测量与地球动力学,2008年2月,第28卷第1期,36-40。
[35]冯锐,李智明,李志武,周燕云,电阻率层析成像技术,中国地震,2004年3月,第20卷第1期,13-30。
[36]李光品,徐果明,高尔根,徐扬,中国东部地壳、上地幔横波品质因子的三维层析成像,地震学报,第22卷第1期,2000年1月,73-81。
[37]李淑玲,孟小红,范正国,危机矿山重磁资料精细处理与解释:以湖北省大冶铁矿为例,地球科学--中国地质大学学报,2007年7月,第32卷第4期,559-563。