海洋可控源電磁法二維有限元正演及反演.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì),石油和天然氣勘探的重點(diǎn)已由陸地向海洋轉(zhuǎn)移。三維海洋地震勘探一直是為海洋鉆探提供海底地質(zhì)構(gòu)造特征的重要手段,但石油公司面對(duì)海洋油氣鉆探的巨額風(fēng)險(xiǎn),并不滿足于僅獲知海底地質(zhì)構(gòu)造的特征,還希望在鉆探前得知構(gòu)造內(nèi)流體的性質(zhì),以便提高鉆探成功率。對(duì)巖性變化十分敏感的電阻率一直是油層解釋(如電阻率測(cè)井資料解釋)的重要標(biāo)志性參數(shù)之一。海洋可控源電磁法是勘探海底油氣資源的一種地球物理方法,通過(guò)觀測(cè)油氣儲(chǔ)層和低阻沉積圍巖之間的電阻率差異所產(chǎn)

2、生的電磁異常,從而可以確定油氣儲(chǔ)層的分布范圍。在國(guó)外,海洋可控源電磁裝備研制和方法研究已較為成熟,正反演研究成果較多,而我國(guó)海洋可控源電磁探測(cè)技術(shù)的研究相對(duì)滯后。因此,我們需要加強(qiáng)對(duì)海洋可控源電磁場(chǎng)的數(shù)值模擬和反演方法的研究工作。本論文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,深入探討了海洋可控源電磁一維和二維正反演方法和關(guān)鍵技術(shù),主要研究?jī)?nèi)容和取得的研究成果如下:
　　(1)從麥克斯韋方程組出發(fā),利用矢量位函數(shù),詳細(xì)推導(dǎo)了直角坐標(biāo)系下三個(gè)方向

3、上電偶源分別在層狀各向同性和垂直各向異性介質(zhì)中的電磁場(chǎng)解析表達(dá)式。利用水平旋轉(zhuǎn)角與傾角來(lái)分解任意取向的電偶源,求得三個(gè)方向上的電偶極距,采用漢克爾變換計(jì)算含虛宗量貝塞爾函數(shù)的無(wú)窮積分,得到三個(gè)方向電偶源產(chǎn)生的電磁場(chǎng),經(jīng)矢量疊加,即可求得任意取向電偶源的電磁場(chǎng)。采用積分法或者剖分法計(jì)算有限長(zhǎng)電偶源的電磁場(chǎng),并分析了這兩種方法的計(jì)算效率及精度。在收發(fā)距較小的情況下,不能將有限長(zhǎng)電偶源看作為電偶極子計(jì)算電磁場(chǎng)響應(yīng),而應(yīng)采用積分法來(lái)計(jì)算。用Fo

4、rtran計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫了計(jì)算任意取向有限長(zhǎng)電偶源電磁響應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序,并驗(yàn)證了算法的正確性和精度。
　　(2)以空氣-海水-巖層為背景模型,分析了電磁場(chǎng)響應(yīng)的振幅與海底巖層電阻率之間的關(guān)系,提出了一種計(jì)算等效視電阻率的方法,以海洋油氣模型為例證明了等效視電阻率方法的有效性。
　　(3)從層狀各向同性介質(zhì)的電磁場(chǎng)解析表達(dá)式出發(fā),詳細(xì)推導(dǎo)了電磁場(chǎng)對(duì)各層電導(dǎo)率的偏導(dǎo)數(shù),采用高斯牛頓方法,實(shí)現(xiàn)了海洋可控源電磁場(chǎng)一維反演。
　

5、　(4)海洋可控源電磁場(chǎng)2D正演模擬中采用自適應(yīng)有限元法分別求解關(guān)于總場(chǎng)和異常場(chǎng)的邊值問(wèn)題。異常場(chǎng)法中,通過(guò)水平層狀模型的一次場(chǎng)解析解和二次場(chǎng)有限元數(shù)值解的矢量疊加得到電磁場(chǎng)響應(yīng)。
　　對(duì)海洋可控源電磁2D正演模擬中的難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試和分析:
　　1)采用偽delta函數(shù)對(duì)源進(jìn)行離散,分析了不同離散方法的精度;
　　2)針對(duì)海洋可控源電磁場(chǎng)2D有限元模擬的線性方程組,采用不同的求解器求解,確定了最優(yōu)的求解器;<

6、br>　　3)有限元求解過(guò)程中,采用非結(jié)構(gòu)化三角單元網(wǎng)格模擬復(fù)雜地電模型,利用后驗(yàn)誤差估計(jì)方法指導(dǎo)網(wǎng)格加密細(xì)化,這樣在同樣網(wǎng)格數(shù)量下能夠得到更高精度的有限元解,該方法具有精度高、易于模擬復(fù)雜地電模型等優(yōu)點(diǎn);
　　4)由于海洋可控源電磁法正演計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng),計(jì)算時(shí)間難以接受,正演模擬的并行計(jì)算必不可少。
　　(5)在正演研究基礎(chǔ)上,開(kāi)展了海洋可控源電磁場(chǎng)2D反演方法研究。詳細(xì)分析了海洋可控源電磁場(chǎng)2D反演中的關(guān)鍵問(wèn)題,如正則化因