CN114764151B - 一种大地电磁分频层析反演方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地球物理反演技术领域，具体涉及一种大地电磁分频层析反演方法。所述方法包括以下步骤：根据观察点频点数据估算有效勘探深度；将频点数据进行分组；建立网格化模型；构建初始电阻率模型；分频层析反演；反演结果评估。本发明方法将大地电磁数据按照频率分组，从浅层到深层逐层反演，改善了反演的不适定性，充分挖掘了大地电磁数据，尤其是低频数据的有效信息，从而提高深层的分辨率，解决了现有大地电磁反演深层分辨率低的问题。

Description

一种大地电磁分频层析反演方法
技术领域
本发明涉及地球物理反演技术领域，具体涉及一种大地电磁分频层析反演方法。
背景技术
大地电磁勘探技术探测深度大，不受高阻高速地层屏蔽，且数据采集处理快速低廉，长期以来在油气勘探、区域地质调查等领域发挥着重要作用。大地电磁反演是利用地表观测资料，在先验信息和地质规律约束下求取地下空间的电阻率模型的过程，进而利用电阻率模型解译地下构造。大地电磁反演通常是在频率域进行，其观测数据频率范围约为10-4-104Hz，油气勘探一般在10-3-103Hz之间取30到80个频点，频率由高到低的频点数据蕴含地下由浅到深的信息，利用频率数据建立非线性方程组，反演即为求解方程组的过程。
然而该方程组是病态方程组，一是因为频点数据数量远远小与反演网格数量，方程组为欠定方程组；二是因为方程对不同频率数据的灵敏度不同。原因一导致反演存在多解性，原因二导致不同频率数据同时参与反演时，会损失掉灵敏度低的数据所蕴含的信息。中高频数据对中浅层构造敏感，不含深层构造信息；低频数据探测深度大，蕴含从浅到深全部构造信息，可见反演方程组中对应中深层的部分欠定性强，对应中浅层构造的部分的欠定性较弱，若同时使用所有频率反演，通常浅层模型反演效果较好，而深层模型对数据的灵敏度较低，且低频数据在目标函数的占比被高频数据压低，其有效信息难以被恢复出来，导致深层模型分辨率和可靠性都较低。
中国发明专利CN104375195B公开了一种时频电磁的多源多分量三维联合反演方法，该方法依据已知电阻率测井数据和地震勘探资料确定时频电磁三维反演初始电阻率模型，计算出水平方向x、y方向的最大和最小坐标，确定出三维反演在水平方向的反演范围，选择时频电磁多源多分量三维反演的垂直方向网格尺寸，计算时频电磁发射源在初始模型中的一次场，计算地下每个六面体之间的格林张量；计算每个时频电磁场源的导数，采用共轭梯度的迭代算法使目标函数最小化，迭代后完成多场源多分量时频电磁三维反演。该发明实测数据处理后得到了工区地下介质的电阻率三维分布，满足了构造、断层、圈闭的解释需要。但依旧未解决深层模型分辨率和可靠性都较低的问题。
中国专利申请CN111983689A公开了一种近源电磁震电联合GR反演方法，该方法包括以下步骤：利用近源瞬变电磁法获取目标区的电性数据；采集目标区的钻、测井数据和地震数据；所述钻、测井数据包括测井电阻率L和自然伽马测井曲线GR，所述地震数据包括地震波阻抗；对所述电性数据、地震数据和钻、测井数据进行处理以获取震电联合电阻率；运用神经网络算法非线性拟合所述测井电阻率L和自然伽马测井曲线GR以得出第一关系；根据所述第一关系，运用震电联合电阻率和地震波阻抗进行大数据联合GR反演，得到目标区高分辨率GR剖面。该方法虽然得到了目标区高分辨率的GR剖面，但是该方法步骤较为复杂。
基于以上分析，目前仍需要一种可提高深层的分辨率的大地电磁反演方法。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种大地电磁分频层析反演方法，本发明方法将大地电磁数据按照频率分组，从浅层到深层逐层反演，改善了反演的不适定性，充分挖掘了大地电磁数据，尤其是低频数据的有效信息，从而提高深层的分辨率，解决了现有大地电磁反演深层分辨率低的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种大地电磁分频层析反演方法，其包括以下步骤：根据观察点频点数据估算有效勘探深度；将频点数据进行分组；建立网格化模型；构建初始电阻率模型；分频层析反演；反演结果评估。
进一步地，按以下公式对所有观察点的所有频点数据估算有效勘探深度：
Figure BDA0002895261250000031
其中ρ为视电阻率，f为视电阻率对应的频率。
进一步地，将频点数据进行分组：首先，根据有效勘探深度和确定的反演深度，将频点数据分为反演区域内数据和反演区域外数据两组；其次，将反演区域内数据按照有效勘探深度进行分组。
进一步地，网格化模型建立过程中，将反演目标区域网格剖分，二维反演剖分网格为矩形，三维反演剖分网格为直立六面体，网格可以是均匀网格也可以是不均匀网格，在地表处可加密剖分刻画起伏地形。
进一步地，设某一分组数据的数量为m，比该组数据高频的上一组数据对应的有效勘探深度至该分组数据对应的有效勘探深度之间剖分的网格数量为n，m与n应满足m/n>0.2。
进一步地，构建初始电阻率模型的方法为：为每个网格填充同一常数电阻率，将该均匀电阻率模型直接作为初始电阻率模型；或者，
利用反演区域外数据进行反演，反演结果作为下一步骤的初始电阻率模型，在该步骤中可以添加先验信息开展约束反演。
进一步地，分频层析反演的具体步骤为：
1)第一轮层析反演：输入最高频数据组和初始电阻率模型，反演得到第一轮层析反演模型；
2)第二轮层析反演：输入相邻较低频率数据组和上一轮层析反演模型，并以在上一组数据有效勘探深度内网格电阻率为约束，反演得到新一轮层析反演模型；
3)重复步骤2)直至所有分组数据反演完成，得到最终反演模型，即电阻率模型。
进一步地，根据先前验证资料对反演结果进行评估，若反演结果符合先前验证资料，且取得满意的分辨率，则反演结束；否则重新调整频率数据分组继续进行反演。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明方法将大地电磁数据按照频率分组，从浅层到深层逐层反演，改善了反演的不适定性，充分挖掘了大地电磁数据，尤其是低频数据的有效信息，从而提高深层的分辨率，解决了现有大地电磁反演深层分辨率低的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是采用常规反演方法所得结果图；
图2是采用本发明一具体实施例所述大地电磁分频层析反演方法的反演结果图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种大地电磁分频层析反演方法，包括以下步骤：
步骤1.根据观察点频点数据估算有效勘探深度
当电磁波的大部分能量(约63％)被吸收时达到的深度成为趋肤深度，其估算公式为：
Figure BDA0002895261250000051
其中ρ为视电阻率，f为视电阻率对应的频率。而将电磁波能量衰减到50％时的深度成为有效勘探深度，其估算公式为：/>
Figure BDA0002895261250000052
对所有观察点的所有频点数据按照上述公式估算有效勘探深度。
步骤2.将频点数据进行分组：
首先，根据有效勘探深度和确定的反演深度，将频点数据分为反演区域内数据和反演区域外数据两组；其次，将反演区域内数据按照有效勘探深度进行分组，分组的基本思路为将数据分为浅、中、深三组，不同分组频点可以有重叠部分，分组深度可以通过多次实验确定最优方案。各分组数据可按照该思路进一步细分。
步骤3.建立网格化模型
将反演目标区域网格剖分，二维反演剖分网格为矩形，三维反演剖分网格为直立六面体，网格可以是均匀网格也可以是不均匀网格，在地表处可加密剖分刻画起伏地形。设某一分组数据的数量为m，比该组数据高频的上一组数据对应的有效勘探深度至该分组数据对应的有效勘探深度之间剖分的网格数量为n，当m/n>0.2即可取得较为满意的反演效果。
步骤4.构建初始电阻率模型
建立网格化模型后，需要为每个网格填充电阻率，建立初始电阻率模型。方法一，为每个网格填充同一常数电阻率，将该均匀电阻率模型直接作为初始电阻率模型；方法二，利用步骤2中的反演区域外数据进行反演，反演结果作为下一步骤的初始电阻率模型，在该步骤中可以添加先验信息开展约束反演。
步骤5.分频层析反演：
1)第一轮层析反演：输入最高频数据组和初始电阻率模型，反演得到第一轮层析反演模型；
2)第二轮层析反演：输入相邻较低频率数据组和上一轮层析反演模型，并以在上一组数据有效勘探深度内网格电阻率为约束，反演得到新一轮层析反演模型；
3)重复步骤2)直至所有分组数据反演完成，得到最终反演模型，即电阻率模型。
步骤6.反演结果评估
根据已有钻、测井、地质露头等先验资料对反演结果进行评估，若反演结果符合先验资料，且取得满意的分辨率，则反演结束；否则从步骤2开始，重新调整频率数据分组，重复步骤2至6。
选取中国西部某地的一条大地电磁测线开展实验，该测线长49公里，共57个观测点，每个观测点有38个频点数据，频率范围从0.001Hz到320Hz，反演深度为10km。图1为常规反演结果,首先对反演目标区变网格剖分，网格厚度由浅到深逐渐加大；接下来为每个网格填充均匀电阻率；然后输入全部38个频点数据进行反演。可以看出整体分辨率较低，特别是5km以下的深层构造呈团块状，与该区的地质认识不符。将38个频点按照有效勘探深度分为4组，开展分频层析反演，图2为本发明反演结果，可以看出5km以上的构造模式与常规反演结构基本一致，但分辨率明显提高，5km以下出现层状构造，清晰揭示了高阻地层中间夹有一套低阻地层，与该区地质认识相吻合，证明了本发明方法有效提高了深层反演的分辨率和可靠性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.大地电磁分频层析反演方法，其特征在于，包括以下步骤：根据观察点频点数据估算有效勘探深度；将频点数据进行分组；建立网格化模型；构建初始电阻率模型；分频层析反演；反演结果评估；
按照以下公式对所有观察点的所有频点数据估算有效勘探深度：
Figure FDA0004120890950000011
其中ρ为视电阻率，f为视电阻率对应的频率；
将频点数据进行分组：首先，根据有效勘探深度和确定的反演深度，将频点数据分为反演区域内数据和反演区域外数据两组；其次，将反演区域内数据按照有效勘探深度进行分组；分组的基本思路为将数据分为浅、中、深三组，不同分组频点可以有重叠部分，分组深度可以通过多次实验确定最优方案；
分频层析反演的具体步骤为：
1)第一轮层析反演：输入最高频数据组和初始电阻率模型，反演得到第一轮层析反演模型；
2)第二轮层析反演：输入相邻较低频率数据组和上一轮层析反演模型，并以在上一组数据有效勘探深度内网格电阻率为约束，反演得到新一轮层析反演模型；
3)重复步骤2)直至所有分组数据反演完成，得到最终反演模型，即电阻率模型。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，网格化模型建立过程中，将反演目标区域网格剖分，二维反演剖分网格为矩形，三维反演剖分网格为直立六面体，网格可以是均匀网格也可以是不均匀网格，在地表处可加密剖分刻画起伏地形。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，设某一分组数据的数量为m，比该组数据高频的上一组数据对应的有效勘探深度至该分组数据对应的有效勘探深度之间剖分的网格数量为n，m与n应满足m/n>0.2。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，构建初始电阻率模型的方法为：为每个网格填充同一常数电阻率，将该均匀电阻率模型直接作为初始电阻率模型；或者，
利用反演区域外数据进行反演，反演结果作为下一步骤的初始电阻率模型，在该步骤中可以添加先验信息开展约束反演。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据先前验证资料对反演结果进行评估，若反演结果符合先前验证资料，且取得满意的分辨率，则反演结束；否则重新调整频率数据分组继续进行反演。
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