基于Rational Krylov法和小波域稀疏约束的时间域海洋电磁三维正反演研究
结题报告
批准号:
41804098
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
张博
依托单位:
学科分类:
D0408.油气地球物理学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
殷长春、曹晓月、孙思源、惠哲剑、朱姣、高宗慧
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
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中文摘要
海洋电磁是海洋油气资源勘查重要手段之一。它在地震勘探勾勒出海底构造的前提下,进一步探明构造储油/储水特征,减少干井率。目前海洋电磁三维反演无论从速度还是内存需求上,均难以满足大数据量起伏海底及复杂模型电磁数据反演需求。本项目针对海底复杂构造特征,采用非结构有限元进行时间域海洋可控源电磁正演模拟。为改善正演效率,项目拟从时间域电场双旋度方程出发,利用偏微分矩阵方程解的解析表达式求取正演响应,并使用Rational Krylov法计算解向量,加快正演和伴随正演速度。针对时间域海洋可控源电磁反演,本项目拟采用小波稀疏约束和正则化算法构建目标函数,在小波域计算模型修正量,利用小波多尺度特性进行海洋电磁数据多尺度反演,改善反演解的稳定性和分辨率。此外,本项目拟对不同发射源使用独立网格进行正演和伴随正演,并使用矩阵重组技术求取整体灵敏度,减少内存需求。最后,本项目通过理论和实测数据反演验证算法有效性。
英文摘要
Marine EM is a very important tool for oil and gas exploration under the ocean. It can identify whether the underground structures contain water or oil after the seismic exploration detects these structures. This will largely reduce the dry hole rate. Right now, 3D marine EM inversion cannot meet the needs of inverting large amount of EM data for complex underground structures, either from computational speed or memory requirement. Taking into account the topographic ocean bottom and complex underground structures, we will use the unstructured finite-element method for time-domain marine controlled-source EM modeling. To improve modeling efficiency for forward and adjoint forward modeling, we use the Rational Krylov method to calculate the responses from the time-domain differential equation. For the inversions of time-domain marine EM, we use sparse wavelet constraints and regularization method to build the objective functional and calculate the update of model in wavelet domain. Utilizing the multi-scale characteristic of wavelets, we can improve the stability and resolution of marine EM inversion. Besides, we use separate grids for modeling different transmitters (locations) and use the matrix reorganization technique to obtain the sensitivity. This largely reduces the memory requirement. We will validate our method by inverting both theoretical and survey data.
油气资源是国家经济发展和军事战略储备的关键性资源。目前,我国陆地大型油气资源储备情况已基本探明。相比之下,海洋油气资源勘探和开采程度相对较差。我国已将海洋油气勘查作为海洋资源开发利用的重中之重。海洋电磁法是海洋油气资源勘查重要手段之一。它在地震勘探勾勒出海底构造的前提下,可进一步探明构造储油/储水特征,减少干井率。目前,海洋电磁勘查系统在国际上已经发展得较为成熟,我国广州海洋地质调查局和东方地球物理公司等单位也已经研发了独立的海洋电磁勘查系统。与海洋电磁勘查系统相比,海洋电磁数据高精度解释技术发展相对滞后。海洋电磁三维反演技术从计算速度和内存需求方面,均难以满足复杂模型大数据量电磁数据解释需求。. 本项目针对海底复杂结构和海洋电磁大规模数据,基于Rational Krylov和模型约束算法,研发了海洋电磁数据快速三维正反演算法。为改善正演模拟计算效率,本项目从时间域电场双旋度方程出发,利用偏微分矩阵方程解的解析表达式求取正演响应,并使用Rational Krylov子空间算法对解向量进行计算,大幅度提高了海洋电磁三维正演模拟的计算速度。对于海洋电磁数据三维反演问题,本项目基于正则化模型约束算法,成功研发了任意起伏海底地形海洋电磁数据三维反演算法。通过对非线性共轭梯度、有限内存BFGS、小波域模型约束、模型光滑约束等数值最优化和正则化算法进行研究,本项目最终形呈了一套可有效恢复海底电性异常体形态及分布特征的海洋电磁三维反演程序。此外,本项目研发了海洋电磁区域分解三维正演模拟算法,一定程度降低了海洋电磁三维正反演计算所需内存。最后,本项目通过对多种海底各向异性模型进行数值模拟,系统分析和总结了各向异性海洋电磁模型的系统响应特征和规律。本项目成功解决了复杂海底地形海洋电磁数据精细反演难题,研究成果对我国海洋电磁数据解释技术能够起到一定推进作用。未来,本项目研究成果具备在我国海洋油气资源勘查领域进行大规模推广的潜力。
期刊论文列表
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会议论文列表
专利列表
3D inversion of large-scale frequency-domain airborne electromagnetic data using unstructured local mesh
使用非结构化局部网格对大规模频域机载电磁数据进行 3D 反演
DOI:10.1190/geo2020-0243.1
发表时间:2021-05
期刊:Geophysics
影响因子:3.3
作者:Zhang Bo;Changchun Yin;Yunhe Liu;Xiuyan Ren;Vicas C. Baranwal;Bin Xiong
通讯作者:Bin Xiong
3D inversion of time-domain electromagnetic data using finite elements and a triple mesh formulation
使用有限元和三重网格公式对时域电磁数据进行 3D 反演
DOI:10.1190/geo2020-0079.1
发表时间:2021-03
期刊:Geophysics
影响因子:3.3
作者:Zhang Bo;Engebretsen Kim Wann;Fi;aca Gianluca;Cai Hongzhu;Auken Esben
通讯作者:Auken Esben
3-D inversion of transient EM data with topography using unstructured tetrahedral grids
使用非结构化四面体网格对瞬态电磁数据进行地形三维反演
DOI:10.1093/gji/ggz014
发表时间:2019-04
期刊:Geophysical Journal International
影响因子:2.8
作者:Liu Yunhe;Yin Changchun;Qiu Changkai;Hui Zhejian;Zhang Bo;Ren Xiuyan;Weng Aihua
通讯作者:Weng Aihua
DOI:10.1190/geo2018-0231.1
发表时间:2019-01
期刊:Geophysics
影响因子:3.3
作者:Huang Xin;Yin Changchun;Farquharson Colin G.;Cao Xiaoyue;Zhang Bo;Huang Wei;Cai Jing
通讯作者:Cai Jing
3D frequency-domain airborne EM forward modelling using spectral element method with Gauss-Lobatto-Chebyshev polynomials
使用谱元法和高斯-洛巴托-切比雪夫多项式进行 3D 频域机载电磁场正演建模
DOI:10.1080/08123985.2019.1614162
发表时间:2019
期刊:Exploration Geophysics
影响因子:0.9
作者:Yin Changchun;Liu Ling;Liu Yunhe;Zhang Bo;Qiu Changkai;Huang Xin
通讯作者:Huang Xin
基于多尺度有限元和模型网格修正的航空电磁快速三维反演平台研发
  • 批准号:
    42174167
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    张博
  • 依托单位:
国内基金
海外基金