時頻電磁的多源多分量三維聯(lián)合反演方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種地球物理數(shù)值模擬和反演的可控源時頻電磁的多源多分量三維聯(lián)合反演方法。依據(jù)已知電阻率測井?dāng)?shù)據(jù)和地震勘探資料確定時頻電磁三維反演初始電阻率模型，計算出水平方向x、y方向的最大和最小坐標(biāo)，確定出三維反演在水平方向的反演范圍，選擇時頻電磁多源多分量三維反演的垂直方向網(wǎng)格尺寸，計算時頻電磁發(fā)射源在初始模型中的一次場，計算地下每個六面體之間的格林張量；計算每個時頻電磁場源的導(dǎo)數(shù)，采用共軛梯度的迭代算法使目標(biāo)函數(shù)最小化，迭代次后完成多場源多分量時頻電磁三維反演。本發(fā)明實測數(shù)據(jù)處理后得到了工區(qū)地下介質(zhì)的電阻率三維分布，滿足了構(gòu)造、斷層、圈閉的解釋需要。
【專利說明】時頻電磁的多源多分量三維聯(lián)合反演方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地球物理勘探的電磁法勘探數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，是一種地球物理數(shù)值模擬 和反演的可控源時頻電磁的多源多分量三維聯(lián)合反演方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 上世紀(jì)90年的建場測深法用于油氣藏探測并取得了非常好的應(yīng)用效果。在此方 法基礎(chǔ)上,結(jié)合時間域瞬變電磁測深和頻率域電磁測深的特點(diǎn),2005年采用了時頻電磁法。 這種方法具有時間域電磁法和頻率域電磁法的特點(diǎn)。
[0003] 時頻電磁法測量Ex和Hz兩個分量，具有時間域瞬變電磁和頻率域測深特點(diǎn)。近 年，隨著勘探目標(biāo)體越來越復(fù)雜、勘探的程度越來越精細(xì)，勘探由二維（2D)轉(zhuǎn)變成三維 (3D)，測線由一條測線變成網(wǎng)狀的布設(shè)的多條測線。傳統(tǒng)的處理方法以時間域和頻率域一 維（1D)反演、定性的振幅和相位參數(shù)求取為主，這些處理方法都不能進(jìn)行三維數(shù)據(jù)處理，網(wǎng) 狀布設(shè)的時頻電磁數(shù)據(jù)只有進(jìn)行了三維的反演，才能對目標(biāo)存儲、圈閉的空間展布和范圍 了解的更清楚，這對提高時頻電磁法在油氣勘探中的應(yīng)用效果非常重要，因此，研究時頻電 磁三維反演就非常有必要。
[0004] 時頻電磁法在進(jìn)行網(wǎng)狀測線布設(shè)時候，并不是所測線共用一個發(fā)射，實際上是多 個發(fā)射。因為在發(fā)射源位置固定后，測線距離發(fā)射源的最大偏移距是基本固定的，偏移距超 過最大偏移距，測線上的接收器是無法采集到發(fā)射的信號。因此網(wǎng)狀的測線必然存在多個 發(fā)射源，當(dāng)對網(wǎng)狀測線上所有的測點(diǎn)的數(shù)據(jù)做三維反演時候，實際上是一個多場源多分量 的三維電磁反演問題。
[0005] 對于時頻電磁法的多源多分量的三維反演問題而言，目前國內(nèi)外都沒有開展過相 關(guān)的研究，相關(guān)的文獻(xiàn)也沒有。時頻電磁法屬于可控源電磁法，可控源電磁法中處理技術(shù)發(fā) 展最快的就數(shù)海洋可控源電磁法，目主要用的是一維（1D)、二維（2D)和三維（3D)反演處理 技術(shù)，也涉及到多個發(fā)射源的問題，但是主要處理電分量，磁分量是用來計算大地電磁的視 電阻率。而且海洋電磁的野外觀測方式和陸地上的時頻電磁法是不相同的。
[0006] 目前時頻電磁主要用一維處理方法。隨著勘探目標(biāo)越來越復(fù)雜，用一維反演去刻 畫三維復(fù)雜目標(biāo)體是不能滿足理解釋的精度要求。一個場源，幾條測線的三維反演也存在 同樣的問題，反演結(jié)果只能是工區(qū)的一部分，不能一次反演出整個工區(qū)地下電阻率的分布。 而且我們實際觀察方式就是多個發(fā)射源，多個測線，多個分量的，所以只有采用多源、多測 線、多分量的三維反演方法，才能將整個工區(qū)地下電阻的分布一次全部反演出來。
[0007] 由于存在多個發(fā)射場源，發(fā)射場源的長度不同，所以不同發(fā)射場源的觀測數(shù)據(jù)相 差很大，在反演過程中如何使不同場源的數(shù)據(jù)起到的作用一樣就顯的非常關(guān)鍵。時頻電磁 法的三維反演中需要大量計算雅克比導(dǎo)數(shù)矩陣，如果采用傳統(tǒng)的差分法，也就是兩次正演 相差除以電阻率的變化量，這種反演算法計算速度非常慢，很難實現(xiàn)快速成像?？焖儆嬎闳?維反演的雅克比矩是時頻電磁法多源多分量三維反演的關(guān)鍵之一。如何解決這些技術(shù)問 題，在已經(jīng)發(fā)表的論文中沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)的線索。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明目的是提供一種W滿足解釋斷層、構(gòu)造、基地起伏形態(tài)、圈閉的含油氣性評 價需要的時頻電磁的多源多分量H維聯(lián)合反演方法。
[0009] 本發(fā)明通過W下步驟實現(xiàn)；依據(jù)實測時頻電磁發(fā)射頻率的分布范圍和分量類型， 選擇參加反演的數(shù)據(jù)；
[0010] 所述的參加反演中時頻電磁多源多分量的發(fā)射頻率的范圍為0. 01-100化。
[0011] 所述的參加反演中時頻電磁多源多分量的分量為與場源平行的電場分量Ex和垂 直磁場分量化。
[0012] 2)依據(jù)已知電阻率測井?dāng)?shù)據(jù)和地震勘探資料確定時頻電磁H維反演的初始1D電 阻率模型，層厚度和電阻率值；
[0013] 所述的電阻率測井?dāng)?shù)據(jù)采用深側(cè)向的電阻率數(shù)據(jù)，依據(jù)地震剖面的反射同相軸、 電測井?dāng)?shù)據(jù)的高低關(guān)系，確定1D背景模型的層厚度和層數(shù)，1D背景電阻率值大小通過電測 井?dāng)?shù)據(jù)確定，同時保證測井?dāng)?shù)據(jù)的總縱電導(dǎo)曲線和1D背景電阻率模型的總縱電導(dǎo)曲線重 合。
[0014] 3)依據(jù)地面所有測點(diǎn)的水平方向X、y方向的坐標(biāo)、計算出水平方向X、y方向的 最大和最小坐標(biāo)，確定出H維反演在水平方向的反演范圍，依據(jù)目標(biāo)體的深度再加上2000m 得到H維反演的深度；用X，y，ZH個方向的反演范圍除W各自剖分網(wǎng)格尺寸，得到H維反 演x，y，zH個方向的剖分網(wǎng)格數(shù)；
[0015] 所述H維反演的水平方向X，y的反演范圍包含所有的測點(diǎn)，網(wǎng)格尺寸是100m。
[0016] 所述H維反演的垂直方向Z的最大反演深度大于目標(biāo)體的深度2000m，垂直方向Z 方向的網(wǎng)格尺寸由逐漸增加，第一個網(wǎng)格的尺寸是50m，最后一個網(wǎng)格的尺寸是500m。
[0017] 4)選擇正確的時頻電磁多源多分量H維反演的垂直方向Z網(wǎng)格的尺寸；
[0018] 所述的選擇是依據(jù)一個網(wǎng)格中只有一個電阻率值的原理，H維反演的垂直Z方向 的任何一個網(wǎng)格不能同時位于1D背景層兩個地層中；
[0019]5)計算時頻電磁發(fā)射源在1D電阻率初始模型中的一次場；
[0020] 6)計算地下每個六面體對地面接收點(diǎn)的格林張量，計算地下每個六面體之間的格 林張量；
[0021] 7)計算每個時頻電磁場源的化echet導(dǎo)數(shù)，所述的計算時頻電磁化echet導(dǎo)數(shù)矩 陣通過解析公式計算：
[0022]
[

【權(quán)利要求】
1. 一種時頻電磁的多源多分量三維聯(lián)合反演方法，特點(diǎn)是通過以下步驟實現(xiàn)： 1) 依據(jù)實測時頻電磁發(fā)射頻率的分布范圍和分量類型，選擇參加反演的數(shù)據(jù)； 2) 依據(jù)已知電阻率測井?dāng)?shù)據(jù)和地震勘探資料確定時頻電磁三維反演的初始ID電阻率 模型，層厚度和電阻率值； 3) 依據(jù)地面所有測點(diǎn)的水平方向x、y方向的坐標(biāo)、計算出水平方向x、y方向的最大和 最小坐標(biāo)，確定出三維反演在水平方向的反演范圍，依據(jù)目標(biāo)體的深度再加上2000m得到 三維反演的深度；用X，y，z三個方向的反演范圍除以各自剖分網(wǎng)格尺寸，得到三維反演X， y，z三個方向的剖分網(wǎng)格數(shù)； 4) 選擇正確的時頻電磁多源多分量三維反演的垂直方向z網(wǎng)格的尺寸； 5) 計算時頻電磁發(fā)射源在ID電阻率初始模型中的一次場； 6) 計算地下每個六面體對地面接收點(diǎn)的格林張量，計算地下每個六面體之間的格林張 量； 7) 計算每個時頻電磁場源的Frechet導(dǎo)數(shù)； 8) 依據(jù)正則化反演原理計算目標(biāo)函數(shù)，所述的計算如下：
式中#(m) = ，是第i個時頻電磁發(fā)射源的數(shù)據(jù)的擬合誤差；％是第i個 時頻電磁發(fā)射源的權(quán)函數(shù)，S (m)是穩(wěn)定化函數(shù)；α是正則化參數(shù)W正演算子；Cli是i個時 頻電磁發(fā)射源時，時頻電磁觀測點(diǎn)的電場Ex和磁場Hz分量； 9) 采用共軛梯度的迭代算法使目標(biāo)函數(shù)最小化； 10) 重復(fù)步驟9)，當(dāng)多個場源的時頻電磁反演的目標(biāo)函數(shù)的擬合誤差達(dá)到設(shè)定的誤差 標(biāo)準(zhǔn)或者迭代次數(shù)超過了設(shè)定的最大迭代次數(shù)后，完成多場源多分量時頻電磁三維反演。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟1)所述的參加反演中時頻電磁多源多分量的發(fā) 射頻率的范圍為〇. Ol-lOOHz。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟1)所述的參加反演中時頻電磁多源多分量的分 量為與場源平行的電場分量Ex和垂直磁場分量Hz。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟2)所述的電阻率測井?dāng)?shù)據(jù)采用深側(cè)向的電阻率 數(shù)據(jù)，依據(jù)地震剖面的反射同相軸、電測井?dāng)?shù)據(jù)的高低關(guān)系，確定ID背景模型的層厚度和 層數(shù)，ID背景電阻率值大小通過電測井?dāng)?shù)據(jù)確定，同時保證測井?dāng)?shù)據(jù)的總縱電導(dǎo)曲線和ID 背景電阻率模型的總縱電導(dǎo)曲線重合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟3)所述三維反演的水平方向X，y的反演范圍 包含所有的測點(diǎn)，網(wǎng)格尺寸是l〇〇m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟3)所述三維反演的垂直方向z的最大反演深 度大于目標(biāo)體的深度2000m，垂直方向z方向的網(wǎng)格尺寸由逐漸增加，第一個網(wǎng)格的尺寸是 50m，最后一個網(wǎng)格的尺寸是500m。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟4)所述的選擇是依據(jù)一個網(wǎng)格中只有一個電阻 率值的原理，三維反演的垂直z方向的任何一個網(wǎng)格不能同時位于ID背景層兩個地層中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟7)所述的計算時頻電磁Frechet導(dǎo)數(shù)矩陣通過 以下解析公式計算：
式中，Ea是水平電場Ex，Ha是垂直磁場，σ是電阻率的導(dǎo)數(shù)，和時電場和磁場的 格林張量，Eb背景電場。rj是到測點(diǎn)的距離，r是到剖分網(wǎng)格的距離，#是與格林張量有關(guān) 的系數(shù)矩陣，g是與背景場Eb和格林張量有關(guān)的系數(shù)矩陣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟9)所述的目標(biāo)函數(shù)最小化計算時，在最小化第 一次迭代過程中正則化參數(shù)α值為0.5，α的取值范圍為0.05-5。在迭代過程中自動調(diào) 節(jié)α的大小，如擬和誤差增加，增加 α ;如果擬合誤差減小，α減小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟9)所述的迭代算法中采用如下公式計算時頻 電磁數(shù)據(jù)加權(quán)矩陣
式中：也是第i個時頻電磁發(fā)射源的初始模型的擬合誤差；是第η個時頻電磁發(fā) 射源的初始模型的擬合誤差；max是計算最大值函數(shù)；sum是求和函數(shù)。
【文檔編號】G01V3/38GK104375195SQ201310356385
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】王志剛 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司