基于深度域的场源分离技术在车排子地区的应用

基于深度域的场源分离技术在车排子地区的应用

吴微

中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院

【摘　要】 重磁向下延拓能够增强局部异常，对位场物探技术实现由定性分析向定量解释发展具有重要的作用。由于观测噪声、边界效应以及向下延拓系数矩阵病态性等会引起向下延拓场高频振荡，为此需要在向下延拓过程中保持延拓场稳定。本文开发了一种在重磁位场分解函数加约束函数的正则化下延方法，有效压制高频振荡可下延至任意深度。在新疆准噶尔西缘车排子地区进行初步试验，进行多个二维剖面的正则化向下延拓，实现高精度的重磁异常深度域视三维场源分离，对该地区火成岩的解释提供较可靠、直观的依据。

【关键字】 正则化 场源分离 向下延拓 车排子地区

引言

目前的磁位场转换处理方法，如向上、向下延拓方法、小波变换、趋势分析法等，虽然能将观测异常分解处理，达到减少邻体的迭加影响、突出异常区域下部源体影响的目的，但效果局限性较大。因为对于重磁场，观测面越靠近源体，其场能更清晰地反映它的特征，且受傍侧源体场的迭加影响越弱：相反，观测面越远离源体，场特征对它的反映越不清晰、且受傍侧源体场迭加影响增强。因此，多年来人们一直在研究如何利用观测场实现向源体靠近的计算方法，随着解线性方程组方法的不断完善、计算机内存与速度的极大的提高，下延方法有不少新的发展。其中正则化方法是一种比较先进，效果较明显的方法。目前形成的在重磁位场分解函数加约束函数的正则化下延方法，它不仅能将计算点靠近源体，也能超越浅部源体深度，延至研究所需的任意深度。经理论研究和大量处理表明：重磁位场正则化下延方法对全空场的研究具有独特优点，能划分出剖面下方不同深度源体特征,从而实现重磁场深度域分离。

一、技术原理

在源体之外的空间内，重磁位场满足拉普拉斯方程。利用分离变量法，可以求得重磁位场级数分解的一般形式：

由计算式可以看出：它有一个与深度(z)和频数(λ)有关的指数项( )，它随着下延深度增加，场值按指数变化，其中高频成份(λ→1)增加越显著。计算实践表明：当下延深度逐渐至源体顶深上方某个深度以后开始，场值开始发生畸变，最后整个剖面均表现为高频振荡。当然更不可能得到穿过源体，乃至其下半空间的场值。产生原因是过场源位场已不满足拉普拉斯方程，当然用由拉氏方程求得的函数进行计算是不适宜的。另一方面，位场向下计算是不适定的，故下延计算会产生畸变。为了克服下延计算产生的振荡效应，仍以级数为基本形式，在求解下部空间位场时，选择一个变化比较平缓的分解函数，并使它在观测剖面上与原场拟合误差最小的原则 ，可求得经校正后的正则化向下延拓的级数解析函数：

而与一般形式多出来的就是正则化因子，它是频数(λ)、延拓深度(z)和衰减系数(α)等有关的函数。由正则化因子_i表达式可知：当衰减系数α=0时，_i =1,即它与未进行校正的向下延拓计算式是一样的；随着α值增大，_i随之减小,其值随频数λ_i增加而减小，也随z增加而减小，也就是说，当α不为零时，位场值f(x,z)中高频成分将被明显的压制(低频成分亦被压制，但不如高频成分那样强烈)，同样这种压制作用亦与点位(x)有关，即在不同位置上的同一频数的分量压制作用也是不同的。因此在向下延拓计算中，选取适当的参数可以在一定程度上解决下延中的位场振荡问题。根据已知资料表明：前述可以发现强度十分微弱的重力异常。实践表明：它能计算过源体空间的场值，且能表征出弱异常的实际位置，但它在其位置两侧仍有很明显的正负相间的干扰场。如何提高向下延拓处理效果、减少异常边部的干扰水平，我们通过前面正则化处理特点，并经大量理论与实际资料处理发现：只能根据不同异常形态，采用不同形式的校正函数，则可大大提高处理效果。我们提出了用下面的校正函数：

新的校正公式是对频数λ项的影响设定为n₁，与深度z影响有的指数项系数为n₂。它们结合异常特征，通过处理试验束，以效果最佳来确定。这也与对复杂问题同待定系数确定是相同的。实践表明用这种校正系数形式进行处理，获得了较好的结果。用新的校正公式所作的正则化向下延拓处理结果，磁异常等值线，不仅能区分水平迭加体的特征，也能分清垂向迭加体；本正则化下延同样对重力异常适用。

二、技术实现

通过对上述正则化向下延拓技术的研究，开发了重磁场剖面正则化向下延拓模块，该模块可以实现剖面上重磁数据的深度域分离。该程序可以选择不同格式的剖面异常数据，能对数据进行扩边以消除边界影响，还可以设置幂方、校正系数、迭代次数、扩边系数、频数幂方、指数幂方、深度幂方等用于解方程组的参量，提高下延速度和精度。

进而，以基于重磁场二维正则化下延的技术为基础，进行不同方向上多个二维剖面的正则化向下延拓，以垂直构造走向剖面下延结果为解释构造宽度与深度，平行构造走向下延结果为长度进行加权平均，作为最终视三维下延成果。该项技术可以避免重磁真三维下延过程中建立大方程组、计算速度慢的问题，能够快速的进行重磁异常三维下延，也避免了重磁异常二维下延过程中因对模型的简化而出现的解释错误。

通过对二维正则化下延程序的改进，加入手动或自动判别构造走向、自动沿垂直和平行构造走向进行重磁异常剖面提取、正则化下延，自动对下延后的数据体进行加权处理、自动网格化等功能，实现了高精度重磁异常深度域视三维分离。

三、结语

在二维正则化下延的基础上，进行视三维重磁异常下延的处理，其处理速度快，计算精度高，可满足实际资料处理中大面积重磁异常三维深度域分离的需要。但该技术毕竟不是真三维正则化下延，虽然处理过程加入多方面的约束，力求下延结果能准确描述实际异常地下三维展布，但在实际应用过程中，由于受到处理解释人员经验、地区复杂程度等各方面的影响，可能使分离结果与实际地质情况不能较好吻合，这时就需要手动调整各方面的参数，并且在解释过程中参考电法、地震、钻井等各方面的资料，做出符合实际地质情况的解释。

参考文献

[1]王纯，张研，文百红.改进的重力位场向下延拓计算方法[J].大庆石油地质与开发，2018

[2]庄新明.准噶尔盆地车排子凸起石油地质特征及勘探方向[J].新疆地质，2009