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[硕士论文] 吴浩
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:随着地球物理勘探研究工作的不断发展,人们对于高精度反演技术的要求也越来越高。全波形反演展现了其诱人的应用前景和实际应用价值。全波形反演理论体系虽然近乎于完美,但在数学的角度上,它是一个高度“病态的”非线性问题,使得全波形反演的误差泛函存在许多局部极值点,严重影响全波形反演的收敛结果,导致了全波形反演对初始模型的高度依赖。
  本研究采用基于声波方程的高阶交错网格有限差分法作为正演模拟手段。针对全波形反演高度依赖初始模型的问题,本文中通过希尔伯特变换提取地震信号的包络来获取低频信息,选用了一种新的基于全局相关目标函数的包络反演方法来获取模型的大尺度结构,推导了该目标函数下的梯度求解公式,并将其与常规的基于最小二乘目标函数的包络反演方法进行对比。实验证明该方法对于复杂构造的敏感性以及计算效率高于常规的包络反演。分别测试了最小二乘包络反演联合最小二乘全波形反演和全局相关包络反演联合全局相关全波形反演两种方法。经过实验模拟测试,证明了全局相关包络反演联合全局相关全波形反演方法的有效性,同时在模型局部地方获得优于最小二乘包络反演联合最小二乘全波形反演方法的结果。
[硕士论文] 王中圣
固体地球物理学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:波动方程叠前深度偏移成像技术是高精度高分辨率地震勘探技术的重要组成部分,主要解决具有复杂地质结构及强横向速度变化的地质体精确成像问题。相对于其他偏移方法(叠前时间偏移、叠后时间或深度偏移等),波动方程叠前深度偏移通过直接求解波动方程的数值解来进行波场延拓,在深度域叠加成像得到地下介质的深度剖面,对于构造复杂、横向速度变化剧烈的地下结构有着很好的适应性,通常能够得到较为精细的地下成像。
  本研究梳理了波动方程偏移技术的发展历史及现状,介绍了偏移成像技术基本原理(偏移原理、成像原理和成像条件)。在频率波数域波场延拓(相移延拓)的基础上,利用波场分裂思想导出了裂步傅里叶算子、傅里叶有限差分算子以及广义屏算子,并在炮域实现了各算子叠前深度偏移成像。在编程实现偏移算法的过程中,分析处理了边界、数值频散、算法稳定性等关键问题,通过多种模型测试(水平模型、曲面模型、透镜体模型、Marmousi模型),验证了波动方程叠前深度偏移理论的正确性和可行性,总结了裂步傅里叶算法、傅里叶有限差分算法以及广义屏算法在理论模型偏移成像中的优缺点以及影响偏移效果的关键因素,为偏移质量控制提供了一定的参考。
[硕士论文] 孔啸
固体地球物理学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:随着地震勘探程度的不断提高和勘探领域的不断延伸,勘探目标愈加复杂,在野外数据采集过程中,由于野外地形条件和仪器设备上限制,导致地震数据的不规则、不完整的情况愈发严重,影响后期的资料处理和解释。传统的重建方法对采样率要求较高,也不能根据野外实际条件灵活采样,野外采集成本较高。本文基于压缩感知理论,将稀疏采集的地震数据进行数据重建,在减少了数据的采集量,节约成本的前提下,获得了理想的重建效果。
  本研究根据压缩感知理论,低于传统奈奎斯特采样率的不完整数据也能够得到良好的重建效果,基于该理论框架,本文主要研究了不同的稀疏采集方式的数据重建的效果和不同的稀疏表示基和不同重建方法的地震数据重建效果。在稀疏采集方式上,对比了随机下采样和Jitter下采样对重建效果的影响。在傅里叶变换和曲波变换方面,先后研究了基于傅里叶变换的SPGL1方法数据重建和基于曲波变换的SPGL1方法数据重建,对比了重建数据效果,基于曲波变换重建方法的重建数据质量更高。在重建方法上,对比了基于曲波变换的SPGL1重建方法和基于曲波变换的POCS重建方法的重建效果,SPGL1重建方法和成熟的重建方法相比重建效果不够好,该方法有待提高精度,具有较大的发展空间。在上述的重建数据中,选取基于POCS方法的重建数据,用来做全波形反演,和原始的数据的全波形结果相比较,重建数据的全波形反演结果比较理想,只是在深部速度拟合存在些许误差。
[硕士论文] 朱盼
固体地球物理学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:简单地表条件下的地震勘探已不能满足人们日益增长的需求,因此需要向具有复杂地表条件的地区或更深的区域进行,同时为了进一步开发我国西部地区油气藏,那么研究地震波在起伏地表地质模型中的传播规律就显得尤为重要。然而,在起伏地表地区利用地震勘探工作进行油气藏的开发和利用会面临各种各样复杂难以处理的问题,例如:地震数据采集困难、采集到的地震数据质量差不能用于研究、散射干扰严重、成像效果不好甚至不成像等。因此,本文在前人研究的LTI的基础上,研究地震波在起伏地表地下介质中的传播情况。
  本研究对完全矩形网格剖分的LTI方法进行了改进,提出用矩形网和不规则四边形网相结合的方法离散速度模型,即采用不规则四边形网剖分起伏地表和起伏界面附近的速度模型,而速度模型的其他部分则采用矩形网剖分,分别对矩形网和不规则四边形网采用适用于矩形网和适用于不规则四边形网的局部旅行时计算公式。通过全矩形网格剖分模型LTI法和混合网格剖分模型LTI法对同一均匀速度模型进行模型试算及误差分析,其结果表明,提出的网格剖分方法计算效率和计算精度更高;通过使用混合网格LTI法追踪Marmousi模型中地震波的传播情况,由获得的地震波的射线路径说明此方法正确可靠。将分区多步思想应用于起伏地表多类波传播路径的LTI射线追踪中,用此方法计算多波的旅行时同时追踪其射线路径。通过模拟起伏地表层状模型中的多次反射波和多次透射反射转换波并进行误差分析,验证了分区多步LTI法在追踪多类地震波时具有误差收敛、数值稳定等特点;同时模拟了人为划定剧烈起伏地表的Marmousi模型中的一次反射波和多次反射波,从获得的多次波的射线路径和波前扩展过程图可以看出起伏地表分区多步LTI法具有准确可靠的特点。
[硕士论文] 董兆堂
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:目前,虽然常规多道面波分析技术(Multi-channel Analysis of Surface Waves,MASW)得到了广泛的应用,但由于其频散曲线正演基于水平层层状介质假设,故多道面波分析技术均仅适用于水平层层状模型及横向S波速度缓变的地球模型。因此,当地下存在横向速度剧烈变化时,MASW技术可能会将横向上速度的变化错误地识别为垂向上速度的变化,从而降低了该方法的横向分辨能力。为了克服MASW技术的这一不足,避免在反演过程中用基于水平层层状均匀介质的频散方程来计算待修正模型的理论频散曲线,本文提出在时间域通过面波(瑞利波)波形反演获取浅地表S波速度结构。
  本研究从应力-速度波动方程出发,通过有限差分法实现了瑞利波的正演数值模拟,并验证了其准确性。在反演中,采用了归一化的L2目标函数,为了得到一个可靠的初始模型,首先对观测数据利用已有的常规多道面波分析技术,通过频散曲线反演得到地下结构的初步二维速度分布;其次,以常规多道面波分析技术得到的初步成像结果为初始模型。为防止反演陷入局部极小值,本文采用时间域多尺度反演方法。时间域多尺度反演就是把观测数据和地震子波分解成不同频带的观测数据和子波成分,然后由低频带到高频带逐带反演,并把低频带反演结果作为高频带反演的初始模型,保证了反演过程的稳定性。通过对浅地表横向复杂介质(空洞、倾斜断层等)理论模型的试算,验证了瑞利波波形反演能够得到高分辨率的S波速度结构。并详细讨论了粘弹性介质中品质因子Q对瑞利波波形反演的影响,结果发现选取一个合适的品质因子Q对瑞利波波形反演的精度至关重要。最后通过一个地下人工隧道实验进行面波数据实际采集,利用瑞利波波形反演实现了隧道速度重建,结果表明成像精度高,可以达到定量解释的目的,显示了瑞利波波形反演在浅层结构成像上的应用潜力。
[硕士论文] 赵威
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:随着隧道建设的重心向地形地质条件恶劣的西部山区和岩溶地域转移,涌现出大量深长隧道工程,迫切需要一种能准确预测隧道灾害水体的方法。核磁共振作为一种可直接找水的地球物理方法,目前已经在地面找水方面取得了较多成果。为进一步探讨该方法在隧道灾害水超前预报中的应用,且同时实现含水异常的定位与含水异常赋存状态的定性分析,本文建立了基于隧道磁共振全弛豫信号的三维正反演方法。传统的核磁共振核函数多是基于均匀半空间或层状电介质进行计算的,忽略了地下电阻率分布对激发磁场的影响。本文在充分考虑电阻率不均匀体的情况下,采用有限元方法模拟了隧道掌子面前方三维核函数分布。从磁场满足的双旋度方程出发,将双旋度方程的求解转换为泛函驻点的求解;源的加载采用伪?源以避免奇异性,泛函中强加散度条件以消除“弱解”的影响;运用两组旋转矩阵计算激发场垂直于地磁场方向的分量,在核函数中加入指数衰减项模拟隧道磁共振自由感应衰减(FID)信号。为探究围岩、地磁场、线圈和含水体参数对核磁共振FID信号特征的影响,本文探讨了围岩电阻率、地磁场倾角、发射线圈匝数以及含水体规模、含水体电阻率、含水体与掌子面距离和含水体横向弛豫时间(T2)等参数。通过对比分析可知:低阻背景和地磁场倾角对核磁共振响应影响较大,发射线圈匝数对相位改变明显;大规模近距离含水体对核磁共振响应影响较大,局部低阻有一定影响,含水体弛豫时间影响信号衰减速度。这些结论为核磁共振三维反演提供了有价值的参考。
  本研究建立了正则化的最小二乘目标函数,并结合实际对函数的解加以约束,利用基于不等式约束的最优化算法实现了三维反演。分别模拟了边长为6米和边长为4米的多匝小线圈模型,探讨其有效探测深度。在本文的模型参数设置下,6米线圈的有效探测深度约为25米,4米线圈的有效探测深度约为18米。分别模拟了含水异常与含泥异常模型,探讨其分辨能力。结果表明,对于前后分布的含水异常,核磁共振方法的分辨能力较强;对于上下分布的含水异常,核磁共振方法的分辨能力稍差。三维反演效果良好,不仅能实现掌子面前方含水异常定位,而且能给出不同弛豫时间下的部分含水量信息,从而间接获知灾害水赋存状态,实现隧道突水突泥灾害的预判,为隧道灾害治理提供有价值的参考。
[硕士论文] 郭建磊
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:隧道挖掘过程中经常发生一系列地质灾害现象如突水突泥等,严重威胁施工人员与设备的安全并拖延隧道施工进度,甚至打破隧址区原有地下水分布及水文生态环境,影响当地居民的正常生活。随着近些年隧道地质超前预报方法的发展,大规模地质灾害体探测技术已经逐渐趋于成熟、完善,但是由于受到复杂的地质条件、有限的施工环境等因素的限制,目前的隧道探测技术对掌子面前的储、导水构造与水力联系的精细化探测与快速解释还存在一定的问题。要实现对上述地质灾害体的精细探测,需要在新方法、新技术和新理论等方面对地球物理勘探手段提出更高要求。
  本研究借鉴雷达天线中阵列辐射的思想,提出了阵列源瞬变电磁隧道超前预报方法以期对掌子面前方不良地质进行精细化探测,进而为后续的施工与灾害治理提供科学指导。阵列源瞬变电磁在掌子面上布置多个发射单元组成阵列源、多个测点采集信号,形成“多源辐射、多点接收”的工作方式。其在方法理论和探测效果上阵列源瞬变电磁超前预报具有以下优势:首先,通过缩短发射源的供电脉宽时间,展宽辐射场源的过零点带宽,丰富辐射场中的高频谐波成分,进而提高对构造的精细分辨能力;其次,通过扩大阵列源的规模和延长发射单元长度,能够提高发射源的整体辐射能量,进而达到提高响应信号信噪比和探测深度的目的。为进一步缩短三维复杂模型正演计算时间,在前人的工作基础上对异构并行算法进行了二次优化,使程序计算速度在原有并行加速的基础上提高5%左右;同时,针对阵列源辐射形式对时域有限差分的辐射源加载方式进行了修改,实现了大规模阵列源瞬变电磁法时域有限差分的正演计算。采用三维时域有限差分方法对所提出的阵列源瞬变电磁隧道超前预报方法进行了三维正演模拟:模拟并对比了常规回线源和阵列源瞬变电磁响应,验证了阵列源具有更强的异常体识别能力,特别是与掌子面平行的响应分量比垂直于掌子面的响应分量具有更好的分辨能力;通过模拟分析不同参数的阵列源激发下的二次场瞬变电磁三分量响应规律,验证了扩大阵列源的规模及延长发射单元长度可以显著的增强辐射强度;通过模拟不同距离、规模尺度以及导电特性的不良地质体的瞬变电磁响应规律,发现地质灾害体的规模越大、距掌子面距离越近、电阻率越低,其阵列源瞬变电磁响应越明显;通过分析阵列源对灾害体水平方向长度变化的瞬变电磁响应规律,本文发现?Bx/?t与?By/?t响应分量分别在Y方向与X方向上具有明显的分辨优势;模拟阵列源探测掌子面前方的薄断层,分析对应的磁场分布规律,发现阵列源对薄断层有明显的响应异常,可以清晰的探测到薄断层的存在。
[硕士论文] 董晋
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:目前,由于地震勘探的地质情况越来越复杂,因此随着地震勘探的不断发展,特别是针对具有粘弹性的地下介质,对面波勘探的技术要求越来越精细。勒夫波是指在表面层的边界经过多次全反射而在表面层中水平偏振的剪切波(横波)。勒夫波探测作为一种浅地表探测方法,探测精度高并且方便快捷,因此研究勒夫波有重要的理论作用和实际意义,现已受到诸多领域比如建筑学、地球物理学等广泛的关注,许多科学家把它列为一个重要研究课题。由于勒夫面波波速只与横波波速Vs有关且具有速度频散等运动学特性,这一特性可减少反演的横波速度模型的非唯一程度,理论而言,较少的参数可使求得的横波速度更可靠。因此勒夫波现已逐渐被广泛应用于各种地下介质调查领域,例如天然地震研究领域、工程地质勘探领域。近年来,我国计算机技术水平以日新月异的速度飞速发展,由于配套设备的跟进和升级,勒夫波勘探逐渐成为一种趋势。
  本研究通过横波方程及边界条件推导得到了理论层状介质中勒夫波的频散曲线方程。编写程序并且对理论频散曲线方程进行求解分析,并通过高阶有限差分模拟了水平层状复杂地质情况下的勒夫波单炮记录。通过提取频散曲线与理论频散曲线相对比,证明了本文频散曲线计算的正确性,并讨论了粘弹性介质对勒夫波频散曲线的影响,说明受粘弹性介质的影响勒夫波收敛相速度要比完全弹性的相速度大。通过最小二乘法反演,验证了所有算法及程序的稳定性和可行性,论证了通过粘弹介质频散曲线反演所得横波速度结果精度更高,最后附上勒夫波频散曲线反演在实例上的试验。
[硕士论文] 刘嵘
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:河套盆地内存在较厚的沉积覆盖层,矿产资源及物产丰富,具有很大的经济潜力,但构造活动性及地质结构复杂。中国地质调查局立项批准在盆地内开展地质填图工作,因此,应用综合地球物理方法对盆地内覆盖区开展探测,为地质填图工作提供沉积覆盖区地下隐伏地质信息,以便搞清本区构造活动性、沉积分层等地质问题,为当地国民经济建设服务。本文利用重、磁、电、震剖面资料开展河套盆地研究区地下结构与构造研究,结合平面重磁数据及前人区域地质成果进行了物探异常的处理与综合分析解释,并给出半定量立体结构图,获得了覆盖区地下地质结构模型。
  本研究主要内容包括:⑴重磁剖面数据采用RGIS2010软件进行2.5D联合反演,通过重磁平面数据的处理以及剖面数据反演结果确定了研究区内的五条断裂带,其中四条为隐伏断层,另外一条为色尔腾山前大断裂,已出露地表。剖面数据还显示研究区南部基底深度2.5~4.1 km,北部中心基底最大埋深可达6 km,北部色尔腾山前断裂带开始迅速升至0~1km。⑵电法探测主要布置在工区北部的山前断裂及黄河北岸的基地隆起附近。超高密度电法可直接反演出地下介质的真电阻率,其反演结果显示测区地下电阻率均很低,含水量较高;电性分层明显,说明盆地地层近似水平。单点音频大地电磁测深观测结果反演电阻率分布显示,测点下方电阻率分布表现出较好的横向各向同性,电阻率很低,说明沉积环境稳定。面波反演结果表明盆地浅地表速度分层明显,地表以下0-3m为松散的黄土覆盖低速层,4-6m为速度略高较致密的黄土覆盖层的速度分层,6-8m是河湖相松散砾石低速层,9m以下则为高速结构。⑶根据重磁反演结果、CSAMT反演结果及位场解析信号深度反演结果绘制了覆盖区三维地质结构模型,指示了基底、隐伏断裂地下不均匀密度与磁性体的空间分布半定量特征。根据收集到的天然地震数据,对其在研究区进行了投影,四条隐伏断层周围有明显的天然地震聚集。数据收集时间为1971-2016,色尔腾山前断裂附近鲜有天然地震出现,表明自1971年以来,该区构造环境稳定。⑷针对位场的自动反演,近年来国内外相继出现了解析信号、边缘识别、欧拉反演等技术,如利用解析信号快速反演目标地质体的埋藏深度,边缘识别可以有效的识别出具有物性差异的地质体边缘位置,应用较广的是其中的数值计算类方法,利用原始异常的各阶次的混合导数识别地质体边界位置。以模型正演为基础,选取了总水平梯度模对实际数据进行处理,频率域中有时会受高频干扰的影响,向上延拓作为低通滤波器方法简单,效果好。由于实际磁异常往往受到磁异常分量和磁化方向的影响,识别出的位置会与实际位置偏差较大,所以还需对磁异常进行化极处理。最后以五点法将符合条件的极值筛选出来,达到锐化边界的目的。⑸将频率域有关重磁数据处理算法、边缘识别及自动反演等方法集成于一体,利用C++编程语言集成开发了MDPv1.0位场处理与图形显示软件,主要功能包括磁异常化极、位场延拓、模型正演、地质体边缘识别、快速深度反演及成图显示等,为后续资料处理与成果可视化提供了辅助工具。
[硕士论文] 李佳
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:“十三五”以来,随着“一带一路”战略的规划与实施,我国矿产资源储备工作任务艰巨,矿产资源勘察工作向环境恶劣、地形崎岖的沙漠、山区、森林以及湖泊等地区转移。由于地表环境复杂、恶劣,在上述区域开展地面物探工作难度大、危险高;增加了矿产勘察的时间、人力以及物力成本。因此,目前亟需一种能够投入实际生产且高效、准确的物探方法。地空瞬变电磁法融合了地面与航空瞬变电磁的方法原理与观测模式,将发射源置于地表,并利用航空器(如:无人机、旋翼机或飞艇等)在空中接收响应信号。因此,地空瞬变电磁法同时具有地面装置的大测深、高信噪优势和航空装置的采集高效优势。这些优点也从侧面反映了该方法能够适应沙漠、湖泊、高海拔山区等勘探难度很大的地区。目前,地空瞬变电磁法已在火山结构调查、金属矿藏调查及水资源调查等方面取得了的应用。然而,现有方法基于地面大回线源与长导线源装置进行数据解释,地形起伏与飞行高度影响解释精度与准确性。此外,在激发方式上,先有研究偏重于单一辐射源,忽略了多辐射场源在勘探深度与信噪比上的优势。因此需要研究适用于多辐射场源地空装置的数据解释方法。地球物理的数据解释最终的研究方向就是进行反演计算,而一维反演是进行三维反演的基础,因此本文针对多辐射场源地空瞬变电磁法的一维反演问题展开相关讨论与研究的工作。
  本研究主要内容包括:⑴解决多辐射场源地空瞬变电磁正演问题。本文以电偶极子源为基础,采用剖分叠加求和的思想,分别建立均匀大地和层状大地情况下单辐射场源及多辐射场源在空中产生的频域响应表达式。通过正余弦变换实现时频转换,继而完成对地空瞬变电磁法瞬变响应的计算工作。⑵以Occam反演理论为基础,对多辐射场源地空瞬变电磁一维反演进行研究。首先要构建目标函数,本文通过引入拉格朗日乘子,将数据拟合差及模型粗糙度组合起来进而构建目标函数;其次解决灵敏度矩阵的构建问题,它的元素是由一阶偏导数构成的,因此在计算时将其微分形式用差分形式来代替。最后采用线性搜索方法搜索拉格朗日乘子,根据其原理可知不同的拉格朗日乘子所求得的模型参数及相应的拟合差与粗糙度都不相同,因此在计算过程中要对拉格朗日乘子进行扫描,并算出此时数据拟合差以及粗糙度。当拉格朗日乘子等于某个值时,该模型的数据拟合差达到计算精度且粗糙度达到最小,此时对应的拉格朗日乘子的取值就是我们需要的值。
[硕士论文] 郑彦丰
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:目前常规的大地电磁测深资料的正反演是基于各向同性介质理论进行的,但是随着人们认识不断地加深,地下各向异性介质逐渐引起人们的关注,越来越多的资料显示,地壳和上地幔介质是各向异性的。地下介质的物理性质如弹性、导电性、磁性、密度等都是各向异性的,然而大地电磁阻抗响应函数对不同方向电导率很敏感,通过地表观测大地电磁响应,再进行基于大地电磁各向异性理论反演,就能够得到张量电导率。
  本研究回顾了大地电磁各向异性正反演研究现状,推导总结了大地电磁各向异性正演阻抗响应解析表达式,不同于一维各向同性理论,层状各向异性介质阻抗是张量,即Zxx、Zxy、Zyx、Zyy,且电导率张量一般具有对称性,所以Zxx=Zyy,Zxy≠Zyx。通过对两层,三层,四层模型进行正演模拟,同时为了研究参数对正演结果的影响,对两层模型逐一改变电阻率ρ1、ρ2、ρ3,旋转角度αL、αD、αS得到:辅助阻抗(Zxx、Zyy)与主阻抗(Zxy、Zyx)的数量级相差较大,因此辅助阻抗对地下介质反应程度比较低;对阻抗进行参数灵敏度分析,阻抗对于某一层的各向异性角度,厚度最为灵敏,其次是电导率;ρ1、ρ2方向的电阻率对于正演结果影响同时存在的,而ρ3基本不影响;旋转角度αL,αD,αS同时影响正演的结果,因此ρxy,ρyx对于不同方向电阻率的反应是由电阻率和旋转角度共同决定的。在各向异性正演理论的基础上,通过阻尼最小二乘法进行全参数的反演,即对模型的三个方向电阻率,三个旋转角度,以及厚度进行反演,同时舍弃辅助视电阻率,拟合两个主视电阻率,选取合适的初始模型,得到了理想的反演结果。由于全参数反演模型的输入参数比较多,反演结果受初始模型影响比较大。若初始模型选取不合适,则得不到合理的结果。因此在反演中,加入了可行方向法,一定程度上抑制了反演的多解性。通过对二层,三层,四层理论模型反演计算,反演结果与实际参数基本吻合,为了验证程序的抗噪声能力,将三层模型加入5%的噪声反演,反演结果基本能与实际参数吻合。
[硕士论文] 杨尚倍
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:描述地震波传播的波动方程属于双曲型偏微分方程,有限差分法是求解该偏微分方程的数值方法之一,具有灵活、高效、且适应性强的特点,是地震学中研究地震波传播规律重要的数值模拟技术。以往对含有不规则起伏地表或界面的地质模型进行模拟时,常规的方法是采用矩形网格来剖分模型,在起伏界面处需采用阶梯状网格近似的方法,从而导致在数值模拟时产生角点散射和绕射干扰,难以正确的计算起伏地形对地震波传播的影响。
  本研究阐述了一种曲线网格有限差分方法,即采用曲线坐标系下的贴体网格来剖分模型,用同位网格DRP/opt MacCormack差分格式来离散一阶速度-应力波动方程,并采用紧致的MacCormack差分格式结合牵引力镜像法来施加自由地表边界条件。曲线网格有限差分法采用贴体网格来描述自由表面,地表的网格线紧贴地形,这样就避免了台阶近似造成的数值散射,生成网格时采用同位网格来定义波场分量和介质参数,避免了对波场分量的插值,从而保证了计算的精度。数值模拟结果表明,曲线网格有限差方法可以精确的解决地震波在包含了起伏地表的各向同性和各向异性介质中的传播问题。
[硕士论文] 刘星
固体地球物理学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:地震勘探是世界范围内寻找油气的重要手段,利用地震勘探信息可以有效地对储层进行油气预测。随着地震勘探发展而形成的一项新的地震勘探技术即AVO技术。
  本研究首先对AVO分析的岩石物理基础及各个参数之间的联系进行分析,然后在地球物理理论基础上讨论了各向同性介质中经典的 Zoeppritz方程以及它的各种近似,分析了各种近似式的近似程度和适用条件,为后面复杂模型方程的建立作了铺垫。然后介绍了各向异性介质中的相关理论,如成因、分类、反射系数公式和Thomsen参数等,这些是进一步研究衰减各向异性介质的基础。接着介绍了衰减各向异性介质中涉及的相关参数,如品质因子Q矩阵、TI衰减的Thomsen形式参数,进而给出了标准化衰减系数以及反射系数的近似表达式,同时研究了VTI介质、粘弹性介质中反射振幅随入射角的变化的各种近似式,进行进行一些理论模型的AVO分析。
[硕士论文] 郭德祥
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,三维地震勘探已经作为主要工具在油气勘探开发中应用。虽然三维地震勘探的成本高,但它的价值越加的被认识到,使其成为地球物理界发展最快的领域之一。三维地震勘探正处于一个进退两难的境地,既要求尽量高的地震采集的精度,又要求尽量低的采集成本。为此,在地震勘探观测系统设计方面,就要根据地质目标的要求,通过优化的观测系统设计,兼顾技术设计和经济成本。
  本研究主要内容包括:⑴三维观测系统设计的概述部分。主要对目前三维地震采集观测系统的类型以及各种类型的优缺点进行了讲述。通过对地质任务、地球物理条件、处理软件与方法及采集成本等方面对观测系统的要求进行了分析,对三维观测系统设计的设计原则与流程进行了系统的总结,详细的描述了三维观测系统参数的论证方法。⑵根据实际地震资料的观测系统设计,对分辨率、面元大小、炮检距、偏移孔径、非纵距、覆盖次数等观测系统参数进行优化设计。⑶通过对实际得到的地震资料进行分析和对比,研究观测系统参数对后续处理解释环节的影响,从而指导优化观测系统的设计,提高资料品质。
[硕士论文] 宋思远
地球探测与信息技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:AVO(Amplitude variation with offset,振幅随偏移距的变化)技术是目前在全球范围内被人们大量使用的一种技术方法,它是地球物理勘探方法中地震勘探技术的一种,这种技术主要被人们用来在实际勘探中寻找油气或识别特殊岩性体。到2017年为止,AVO技术已经历经了将近一百年的发展和研究,已经形成了一套非常丰富、严谨的理论体系。AVO技术的理论基础是完整的Zoeppritz方程。当一束平面波入射到水平分界面上时,在界面的两侧会产生4种不同的波:反射纵波、透射纵波、反射横波、透射横波。为了描述这些波之间的能量关系,Zoeppritz在1919年依据Snell定律和牛顿第三定律,经过复杂的推导,推出了Zoeppritz方程组。但是精确的Zoeppritz方程的十分复杂,各个参数之间的关系也不明确,不适合实际应用与理论研究,所以很多学者从不同的角度对Zoeppritz方程进行了化简,以满足人们的需要。AVO正演模拟研究的主要任务是研究各种介质的反射振幅(反射系数)随偏移距的变化规律。通过对不同类型含气砂岩模型的AVO正演模拟研究分析,可以得到它们相应的AVO特点,如一些含油气储层的反射系数是随入射角的增加而增加的,在合成的道集上会呈现出“亮点”现象,这样,我们就可以以AVO正演模拟为基础,来寻找含油气储层。
  本研究介绍了AVO技术的发展历史与研究现状,然后介绍了AVO技术的基本原理,详细推导了弹性介质中完整的Zoeppritz方程,介绍了多种Zoeppritz近似方程,分析了它们的适用条件;然后介绍了TI介质和粘弹性介质中的Zoeppritz基本方程和近似方程;以Shuey和Hillterman方程为例分析了Zeppritz近似方程的物理意义。介绍了基于波动方程的f-k域地震波场数值模拟的AVO正演方法,介绍了它的算法原理。然后用这种方法对四类含气砂岩的AVO特征进行了正演模拟,接着分析了流体成分、储层厚度、纵横波速度、密度、介质的各向异性、方位角、孔隙度、介质的粘弹性等因素对AVO响应的影响。介绍了AVO属性分析技术,介绍了P、G、P+G、P*G、P-G、G/P等几种常用的AVO属性,介绍了Shuey近似公式在AVO属性分析中的应用,然后介绍了AVO属性交会图技术,然后建立了25个含气砂岩模型和25个含水砂岩模型,利用Shuey公式,提取了P、G、P+G、P*G、P-G、G/P等属性,绘制了不同属性的AVO交会图,说明了AVO属性交会图技术在识别油气层中的应用。
[硕士论文] 高少锋
测绘工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:遥感蚀变异常信息和构造信息是遥感找矿的地质依据,本文以江西德兴斑岩型铜多金属矿集区为研究对象,以DEM和OLI影像为基础数据,对构造信息和蚀变信息进行提取及分析,主要探讨了分形方法相比传统方法上在遥感蚀变信息提取方法的优势,为区域找矿提供了更全面的找矿信息。
  主要完成的研究工作和成果如下:
  (1)分析研究区构造信息的特征,本文选用 DEM数据和 OLI遥感影像为数据源,并对其进行预处理,为进一步研究工作做准备。利用DEM数据进行计算机自动提取线性构造,结合选择OLI753假彩色合成图像作为目视解译底图,对研究区的构造信息进一步提取及分析。
  (2)分析研究区蚀变矿物光谱特征,针对德兴铜多金属矿集区的蚀变类型,将蚀变矿物划分为比值法的铁化因子、硅化因子、泥化因子和主成分分析法的含羟基或铁染蚀变矿物因子,分别提取各蚀变信息,并对其5种蚀变因子进行二次主成分分析,得到研究区混合蚀变信息。
  (3)本文选取基于门限法和分形方法分别提取上述各遥感蚀变信息成果,并进行统计对比分析,其次,利用聚类分析方法剔除混合蚀变信息中的部分假异常信息,最终获取研究区的混合蚀变信息成果。
  (4)结合已有的地质、矿产资料,对研究区提取的构造信息和蚀变信息进行分析和验证,并对遥感找矿信息作进一步空间分析,最终获取德兴地区的构造、蚀变等信息,其与岩性、矿床分布有密切的联系。因此,构造的发育程度及围岩蚀变异常信息仍然是成矿预测的重要研究内容。
  研究结果表明:构造信息和遥感蚀变异常信息作为找矿的一种地质记录,其蚀变异常信息不仅具有分形特征而且具有多重分形的特征,相比其他传统方法,如门限法,分形方法能够有效准确地对遥感蚀变异常信息进行合理分级,以弥补传统方法的不足,取得了较好效果。因此,分形方法为地质工作者在研究遥感蚀变信息中提供了一种定量化的技术以及准确进行选取阈值的新方法。
[硕士论文] 刘恩泽
摄影测量与遥感 长安大学 2017(学位年度)
摘要:遥感技术以其宏观、全面、时效性强、信息获取受限条件少的特点,被国内外学者和地质工作者广泛应用于地质填图中,已经成为地学研究和地质勘查的基础技术手段。然而,前人的研究多停留在基岩出露区,对于覆盖区,特别是在我国西北部广泛分布的黄土覆盖区研究甚少。目前,我国正开展黄土覆盖区地质填图试点项目,遥感作为其中重要的技术手段,其新方法的探索已成为急需解决的问题。本文以陕西宝鸡北部黄土覆盖区为研究区域,以Landsat8 OLI/TIRS、SPOT6卫星影像、DEM以及野外实测光谱为数据源,将构造解译标志的建立和煤田及采空区预测作为重点研究对象,通过一系列遥感图像处理、信息提取以及数学统计模型分析方法,完成了黄土覆盖区的构造解译和煤田矿产预测,拓展了遥感技术在覆盖区地质填图中的应用范围,为遥感技术在覆盖区的应用研究提供了新的思路。
  本研究主要内容包括:⑴收集研究区不同比例尺的遥感影像、DEM、地形图、地质图、野外实测光谱数据及矿产分布资料,并论述了影像及资料的选取规则,同时针对覆盖区情况采用合适的数据预处理方法。除此之外,完成了研究区地表温度反演,结果表明,单通道温度反演方法,能够在覆盖区取得较好的反演精度。⑵针对覆盖区构造解译标志建立困难的问题从三方面开展研究:通过影像合成最佳指数分析与主成分分析,增强了覆盖区影像的色调、纹理、饱和度,从正面加强了直接解译标志的建立;分析了覆盖区水系格局与构造分布的关系,从侧面突出了间接解译标志在覆盖区构造解译中的重要作用;从黄土覆盖这一本质特征入手,研究了地温异常与构造分布特征的关系,并从统计学角度进行回归分析,从数量上论证了断裂周围温度场与距离的关系,从根本上为覆盖区构造解译标志建立难的问题提供了解决思路。最终,完成了研究区构造解译并对该区基本构造特征加以分析。⑶采用光谱角提取含煤地层+地温热异常划分的方法,完成了研究区煤田及采空区预测。通过初步实地验证发现了一处采空区,表明了该方法的有效性。同时,研究给出了5处重要异常预测区,以待后续进一步验证。
[硕士论文] 刘益良
第四纪地质学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:随着信息技术在全世界众多领域作用的不断提高,把全新的电子化管理带入传统学科的思维尤其重要,其中地学领域也不例外。地学学科发展历史悠久,在日积月累中,积累了浩如烟海的原始地质资料。原始资料的种类复杂,种类涉及图件、文字、照片、报告等。基于数据库而设计的数据库系统,它可以通过信息化来完成数据的管理与维护,大大提高了数据的使用效率,从而实现数据的充分利用,实现资料共享,实现永久存档。
  本论文以项目“陕西草碧镇、两亭、招贤、千阳、凤翔和姚家沟六幅1:5万黄土覆盖区填图试点”中关于数据库建立的课题为出发点,采用ACCESS2007数据库作为搭建平台,分析、总结研究区不同种类地质资料的特点,开发出一套地质原始资料自动化管理系统,基本满足了快捷、方便的管理与查阅野外资料。
  本文的主要成果为:
  1、搭建了以ACCESS2007为基础的数据库,设计数据库底层结构,设计承载数据的数据表,设计人机交互界面,设计安全登录系统。
  2、初步实现了地质原始资料的自动化管理,并提供直观的人机交互界面,大大提高了室内整理资料效率,实现了数据快速查询、共享。
  3、在构建了地质基础数据库的基础上,特根据研究区特有的黄土堆积以及下部地层情况,设计了研究区特有的黄土剖面数据库与地层数据库,输入部分黄土剖面以及地层信息资料,为第四纪填图填图单元标准的建立提供了直观的对比资料。
[硕士论文] 冯倩
测绘科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:矿产资源是经济社会发展的重要物质基础,开发利用矿产资源是现代化建设的必然要求。但是,随着找矿工作日益推进,交通较便利的中东部浅层矿产渐渐无法满足需求,传统的地质找矿方式已很难有所突破。同时,新型能源诸如风能、太阳能等的开发技术处于起步阶段,转化率函待提高。所以,综合利用地质信息与地球物理、地球化学以及遥感数据,采用计算机数据挖掘方法实现数学统计预测模型,结合研究区实际地质地貌,有效地评价区域矿产资源潜力,建立综合信息矿产资源预测模型并圈定高概率靶区,是目前矿产资源潜力评价的主要研究方向。本文立足地矿行业部门寻找新的成矿靶区需求,研究了矿产资源潜力评价的三种方法,尤其在植被覆盖度较高的区域寻找与成矿有关特征方面进行了较深入探索。最后以我国四川省长柏乡的热液型铜矿潜力评价为例进行详细的实验验证。
  本研究主要内容包括:⑴针对大部分情况下所探测区域具有较高的植被覆盖度的情况,利用ASTER数据,结合一系列算法提取出植被信息,包括使用最小噪声分离(MNF)技术得到较为纯净的波段、最大角凸锥模型(SMACC)获得各个像元内不同端元的丰度、波谱特征拟合(SFF)和波谱角分类(SAM)技术来识别植被端元,最后用线性分解补偿置换法得到在一定程度上减弱植被影响的遥感数据。结合目标矿物特定波谱曲线中的反射峰和吸收谷,采用波段比值法提取遥感蚀变异常。⑵根据已有资料建立矿床模型,结合决策树理论确定与成矿有关的地质、地球化学、遥感等属性,并使用地理信息系统(GIS)对所有属性做度量一致性处理。⑶建立基于证据理论模型和Logistic regression模型的矿产资源潜力评价方法。前者通过基本概率分配函数,定义信任函数、似真函数、不支持函数和不确定函数四个函数度量评价指标;后者通过极大似然估计法得到是否为有利矿点的概率,运用牛顿迭代找到最佳解。⑷建立基于受限玻尔兹曼机模型的矿产资源潜力评价方法。应用受限玻尔兹曼机算法解决了在矿产资源潜力评价方面实际情况中常常遇到的综合成矿信息匮乏、缺少已知样本点的问题。它利用深度学习的思想建立目标函数,对所有目标进行对比散度训练(CD算法),使之不需要先验知识自动获得高潜力预测评价区。⑸使用统计方法、ROC(Receiver Operating Characteristic)曲线和AUC(Area Under the Curve)评价模型的精度。通过评价方法在横向和纵向上的对比结果,证明减弱植被影响后的数据较原始数据得到的遥感蚀变异常更加精准;基于深度学习的受限玻尔兹曼机模型较传统统计模型更加有效。
[硕士论文] 高桂胜
矿业工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:新疆塔什库尔干县地处塔里木陆块与西昆仑—喀喇昆仑造山带交接部位,地质构造复杂,成矿地质条件有利,具有良好的地质找矿前景,但是该地区自然条件十分恶劣,交通极其不便,因此地质研究和矿产勘查工作程度相对较低。遥感技术作为一种高科技手段,在野外调研和岩矿波谱特征分析的基础上,通过遥感地质解译及矿化蚀变信息提取,建立遥感找矿模型并开展基于遥感技术的综合成矿预测,可为后续矿产资源勘查工作指明方向。
  在蚀变矿物信息提取过程中,根据矿物的波谱特征和 ASTER数据的波段设置特点,最终选择采用1、4、(6+7)/2、8波段组合的主成分分析提取钾化类蚀变信息,1、2、3、4波段组合提取铁染类蚀变信息,1、4、5、6提取高岭土类蚀变信息,1、3、4、(5+8)/2提取碳酸盐类蚀变和1、3、4、8提取青磐岩类蚀变信息;波段比值B14/B10提取硅化类蚀变信息,(7+5)/6进行绢云母类提取。利用Landsat8数据,采用2、4、5、6波段组合的主成分分析提取铁染,采用2、5、6、7波段组合的主成分分析进行羟基和碳酸盐蚀变信息的提取。
  根据两种数据源的矿化蚀变信息提取结果实现了多光谱矿化蚀变信息提取软件的设计与开发。该软件具有图像显示、图像统计信息计算、图像拉伸、图像滤波等基础图像处理功能;还具有波段运算、主成分分析计算等高级功能。该软件的研发不仅实现了针对多光谱数据的矿化蚀变信息提取,还为今后基于商业遥感图像处理软件进行二次开发提供了一些经验。
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