[发明专利]一种基于电阻率等值性原理的电磁测深约束反演方法

说明书

本发明公开了一种基于电阻率等值性原理的电磁测深约束反演方法，属于地球物理勘探领域，其特征在于，包括以下步骤：a、假设一次反演的结果为m，对其正演响应求层厚的导数，得到Δm；b、将Δm作为各层S等值性收敛算法中ε对应的系数；c、利用S等值性进行低阻薄层收敛；得到收敛后的薄层电阻率和薄层厚度；d、利用H等值性进行高阻薄层厚度补偿，将低阻薄层减少的厚度的1/2加到上层高阻薄层中，求得高阻薄层的电阻率。本发明能实现在没有任何已知条件的情况下同时获取较为准确的高阻薄层和低阻薄层电阻率信息，提高反演解释精度；计算速度快，适应性强。

技术领域

本发明涉及到地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种基于电阻率等值性原理的电磁测深约束反演方法。

背景技术

大地电磁测深MT是利用天然交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。基于高频电磁波向地下穿透深度小，低频电磁波穿透深度大的原理，通过在地面一点主要观测频率范围为10-4102Hz的大地电磁脉动信号，并经数据处理和分析，求得反映该点不同深度电性分布的大地电磁测深视电阻率曲线，进而作出地质解释。

地球物理的反演多解性可以用微分方程的通解来形象解释，或者说一个解集。但真实的地电断面只有一种情况，也就是对应着微分方程的某一个特解。换言之，地球物理反演通常会出现多个甚至无数个反演解能很好的拟合观测数据。目前的地球物理反演技术既不能得到反演的通解，也不能准确地得到需要的特解，而是得到众多特解的某一个。这便是反演问题中棘手的非唯一性问题。国外Charles H.Stoyer(2010)使用像素矩阵分析了分层模型的直流电法和电磁法正演数据，其结果符合地表薄层和埋层的等值性原理，该方法有利于解释反演结果的等值性问题。国内罗延钟(1979)讨论了直流电测深G型曲线的等值性以及它在定量解释中的应用以及山秀明等曾设计过有效的迭代算法，可以由并不精确的高阻薄层的阻值出发，较准确地由电测深曲线求出高阻薄层的深度和厚度。

如何从众多的非唯一解中得到观测数据所“给予”模型的真实信息，目前有效的方法是通过约束反演方法，加入有效的先验信息，以缩小解非唯一性范围，使解更逼近待求得地球物理模型。大地电磁的薄层识别问题是典型的非唯一性问题。如果一个薄层的真实地球物理模型为观测数据，那么满足等值性的均为拟合观测数据的解。且任何能拟合观测数据的解，都是有意义的，因为它都包含了与真实地球物理模型相同的唯一信息。为了有效确定薄层，加入先验条件的约束反演固然是好办法，但无疑会增加勘探成本，降低勘探效率。而且即使加入了先验条件，条件的不完整性，不同的加权系数选择都会得到不同的最优解，这样反演问题无论如何都存在非唯一性。

篇名为“电磁测深中存在高阻薄层时一种有效的迭代反演算法”，作者为山秀明；冯振明；陈飙，发表时间为1994年08月01日的论文公开了，“电磁测深中，当遇到地层结构存在高阻薄层时，传统的积分变换或数值迭代的反演方法往往给不出正确的结果。然而，利用表面视电阻率在频率轴上的渐近收敛性，可以首先确定地下分层结构中最浅层和最深层的电阻率；在一维分层的情况下，利用高阻薄层的H等值性，将能够比较好地恢复地下分层信息。提出的随机方向和随机步长的优化方法，可以较好地避免反演过程中的局部极小问题”。

篇名为“大地电磁测深中薄层地质体分辨能力的研究与应用”，作者为蒋亚东，发表时间为2015年05月01日的论文公开了，“大地电磁测深法的分辨率是一个十分复杂且重要的问题，而作为分辨率问题之一的大地电磁法对薄层地质体的探测，一直是大地电磁测深研究的重点内容之一。对薄层地质体分辨能力的研究，可以给出很多重要的概念，明确并认清薄层地质体在不同赋存条件下的分辨能力及其响应特征，对野外施工设计和室内资料处理解释都有重大指导意义。因此，对一维介质、二维介质中薄层地质体的分辨能力进行正演模拟研究是非常必要的。在总结各专家学者取得的一系列成果基础上，对大地电磁测深中薄层地质体的分辨能力问题进行了系统研究。推导了大地电磁测深法中均匀介质和非均匀介质的视电阻率解析式，并明确给出了本文研究对象——薄层地质体，基于大地电磁测深的明确概念及其在一维、二维介质中的可分辨标准”。