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起伏地形下基于非结构网格模型降维的重力三维密度反演

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地球物理学报 2024年第1期67卷 379-393页

作者：高新宇鲁宝亮安国强巨鹏长安大学地质工程与测绘学院西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028 长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安710054

复杂起伏地形以及剖分方式对重力反演解释具有重要影响.目前重力密度反演研究主要基于直立长方体模型,这显著降低了对起伏地形和复杂地质体的拟合程度,对重力反演解释易产生较大影响.四面体非结构网格能够更加精细地模拟起伏地形及复杂... 详细信息

复杂起伏地形以及剖分方式对重力反演解释具有重要影响.目前重力密度反演研究主要基于直立长方体模型,这显著降低了对起伏地形和复杂地质体的拟合程度,对重力反演解释易产生较大影响.四面体非结构网格能够更加精细地模拟起伏地形及复杂地质体,为此本文研究了起伏地形条件下基于四面体非结构网格剖分的重力三维密度反演.首先基于Delaunay方法将地下区域剖分为四面体非结构网格,引入垂向导数和相关系数两种方法进行模型降维技术从而减小解的空间,通过添加最小长度约束,深度加权约束,物性范围约束构建目标函数,并采用预条件共轭梯度法求解.为了提高反演效率在计算过程引入OpenMP并行算法.并研究了各项约束以及两种模型降维方法在四面体非结构网格正则化反演中的效果.通过不同深度直立长方体模型以及起伏地形下组合模型试验,基于四面体非结构网格的重力密度反演可以清晰地反映异常体位置.将本文提出的方法应用于美国密苏里州东南部的氧化铁矿床,反演结果与已知岩体具有较好的一致性,进一步证明该方法的正确性和有效性.

关键词：非结构网格起伏地形密度反演模型降维正则化

基于UNet++卷积神经网络的重力异常三维密度反演

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地球物理学报 2024年第2期67卷 752-767页

作者：李柏森鲁宝亮安国强巨鹏朱武苏子旺长安大学地质工程与测绘学院西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028 长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室西安710054

三维密度反演是地球物理领域的研究热点,而在大数据及人工智能发展的时代背景下如何快速高效地实现重力数据反演显得更为重要.传统反演方法通常需要存储大型系数矩阵,内存占用大,耗费时间长,同时为约束反演结果而加入的正则化约束项参... 详细信息

三维密度反演是地球物理领域的研究热点,而在大数据及人工智能发展的时代背景下如何快速高效地实现重力数据反演显得更为重要.传统反演方法通常需要存储大型系数矩阵,内存占用大,耗费时间长,同时为约束反演结果而加入的正则化约束项参数难以确定;深度学习可以不依赖先验信息,也不需要计算及存储系数矩阵,使得计算效率大大提高.基于此,本文提出了一种基于UNet++网络的重力异常反演方法.首先将UNet++网络中部分参数进行更改:选择在输入数据绝对值较大时梯度更稳定的LeakyReLU作为激活函数;加入了Batch Normalization层,增强了网络的收敛速度及稳定性.然后为了提高网络的全局最优化能力,引入了基于余弦退火的学习率更新策略,使用梯度的一阶以及二阶矩估计的Adam最优化算法,利用数据集与标签集进行网络训练,实现了重力异常的三维密度反演.通过实验验证了UNet++、LeakyReLU更快速稳定的收敛能力,而余弦退火学习率更新策略具有更强的全局寻优能力.含噪模型实验及实际数据反演结果进一步证明该方法的正确性和有效性,及其良好的泛化能力与抗噪能力.

关键词：密度反演重力异常 UNet++ 余弦退火深度学习

边缘特征和深度加权约束的重力三维相关成像反演

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物探与化探 2024年第1期48卷 113-124页

作者：安国强鲁宝亮高新宇朱武李柏森长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028 长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室陕西西安710054

相关成像作为一种利用相关系数定性解释地质体空间位置的快速成像方法,其不需要求解大型方程组就能够快速高效地得到地下异常体的分布,具有计算方法简单稳定、计算速度快的优点。但是重力异常直接相关成像的结果存在深部发散、深度加权... 详细信息

相关成像作为一种利用相关系数定性解释地质体空间位置的快速成像方法,其不需要求解大型方程组就能够快速高效地得到地下异常体的分布,具有计算方法简单稳定、计算速度快的优点。但是重力异常直接相关成像的结果存在深部发散、深度加权函数参数过多以及异常体之间横向分辨率和纵向分辨率低的问题。本文根据重力异常三维相关成像反演的基本原理,引入重力异常均衡垂向导数和均衡解析信号振幅作为边缘特征对重力异常相关成像进行水平加权,并且提出了一种更为简洁的深度加权函数。通过一系列的模型试验证明重力异常边缘特征约束提高了相关成像的横向分辨率;使用新的深度加权函数提高了相关成像的纵向分辨率。最后,将本文方法应用到澳大利亚Olympic Dam多金属矿区的实际资料中,加权成像的结果与实际地质资料相吻合,证明了该方法的正确性和有效性。

关键词：重力异常相关成像水平加权深度加权边缘特征

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基于卫星重力异常的南海南部中生界反演

吉林大学学报（地球科学版） 2023年第1期53卷 261-273页

作者：鲁宝亮苏子旺赵志刚唐华风长安大学地质工程与测绘学院西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100027 中海油研究总院北京100027 吉林大学地球科学学院长春130061

已有钻井以及地震资料揭示南海南部海域广泛发育中生代地层。为了进一步了解南海南部中生代地层的分布特征及油气地质意义,本文利用最新的卫星重力数据反演中生界的深度和厚度。首先,采用重力场正演技术消除海水的影响,获得南海南部布... 详细信息

已有钻井以及地震资料揭示南海南部海域广泛发育中生代地层。为了进一步了解南海南部中生代地层的分布特征及油气地质意义,本文利用最新的卫星重力数据反演中生界的深度和厚度。首先,采用重力场正演技术消除海水的影响,获得南海南部布格重力异常。其次,为了消除新生代沉积层的影响,将新生代沉积层划分为0~3、3~6、6~10 km 3层,并根据前人在南海获得的密度与深度的关系,采用变密度Parker正演方法计算新生代沉积层产生的重力影响,并将其从布格重力异常中减去,从而获得前新生代重力异常。在此基础上,采用小波多尺度分解技术,消除深部莫霍面以及局部岩体重力的影响,从而计算得到反映中生界的重力异常。最后采用三维Parker变密度界面快速反演技术获得南海南部中生界深度和厚度。反演结果与已知中生界钻井具有较好的对应。南海南部地区中生界主要分布在礼乐滩、巴拉望岛北部和万安地区,厚度分布小于9 km,其他大部分地区中生界厚度小于1 km或者不存在中生界。其中中生界在礼乐滩地区最为发育,其次在巴拉望岛北部也广泛发育。结合前人在该区域的油气地质条件研究成果,认为南海南部海域礼乐滩地区中生界具有较好的油气勘探前景。

关键词：南海南部礼乐滩中生界卫星重力密度界面

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基于深度神经网络的重力三维密度反演

基于深度神经网络的重力三维密度反演

青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度与地震分布关系

2022年中国地球科学联合学术年会

作者：李柏森鲁宝亮长安大学地质工程与测绘学院

随着硬件技术的发展,地球物理所需要处理的数据量也呈现快速增长,随之而来的就是处理效率以及人工处理难度的提高。此时深度学习作为一种数据驱动技术开始被广泛应用于地球物理领域,在数据预处理和图像特征识别等方面取得了出色的表现...

随着硬件技术的发展,地球物理所需要处理的数据量也呈现快速增长,随之而来的就是处理效率以及人工处理难度的提高。此时深度学习作为一种数据驱动技术开始被广泛应用于地球物理领域,在数据预处理和图像特征识别等方面取得了出色的表现。在目前的地球物理领域来说,由于重磁场面对的数学物理问题和地质模型更为复杂,所以目前在重磁领域的应用和发展主要集中于利用位场数据对地下异常结构进行反演工作。

关键词：

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青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度与地震分布关系

2022年中国地球科学联合学术年会

作者：苏子旺鲁宝亮巨鹏长安大学地质工程与测绘学院

青藏高原东北缘与阿拉善地块和鄂尔多斯地块交汇区是现今高原向外扩展的最前缘,受印度板块运动影响,研究区(30°～42°N,95°～112°E)中存在大量深大断裂带,如海原断裂、昆仑断裂、鲜水河断裂等,由于大型活动断裂彼此的共同作用、不同...

青藏高原东北缘与阿拉善地块和鄂尔多斯地块交汇区是现今高原向外扩展的最前缘,受印度板块运动影响,研究区(30°～42°N,95°～112°E)中存在大量深大断裂带,如海原断裂、昆仑断裂、鲜水河断裂等,由于大型活动断裂彼此的共同作用、不同活动地块运动方式和速度的不同,新构造运动强烈,地震活动频发,具有空间分布广、震源深度浅、成因类型杂、灾害损失重等的特点。

关键词：

来源： cnki会议评论

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裂陷盆地基底双界面模式二维重力反演

地球物理学报 2014年第6期57卷 1934-1945页

作者：冯旭亮王万银刘富强李建国鲁宝亮长安大学重磁方法技术研究所长安大学地质工程与测绘学院长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安710054 山西省地球物理化学勘查院运城044004

裂陷盆地基底的起伏表现为非光滑的几何形态,传统的重力反演结果并不能很好地反映这种特点.此外,大多数情况下,重力观测面并不位于盆地上界面,应为单独的起伏观测面,盆地应为上界面和基底组成的双界面模式.基于此,本文研究了起伏观测面... 详细信息

裂陷盆地基底的起伏表现为非光滑的几何形态,传统的重力反演结果并不能很好地反映这种特点.此外,大多数情况下,重力观测面并不位于盆地上界面,应为单独的起伏观测面,盆地应为上界面和基底组成的双界面模式.基于此,本文研究了起伏观测面上裂陷盆地基底双界面模式二维重力反演方法.研究中假设沉积盆地的沉积层与基底的密度差随深度按双曲线规律变化.将沉积盆地的沉积层剖分成相邻的垂直柱体,其水平尺寸是已知的,顶面与沉积层上界面重合,底面深度代表基底的深度,即为要反演的参数.反演中引入全变差函数作为盆地模型的约束,使得反演结果呈现非光滑形态,符合裂陷盆地基底特征.为减小反演多解性,引入已知深度点作为约束.建立由重力数据拟合、已知深度约束及全变差函数组成的目标函数,采用非线性共轭梯度算法使目标函数最小化.模型试算结果表明该方法可反演裂陷盆地基底起伏,并通过调整正则化参数的值可反演坳陷盆地基底起伏.将该反演方法用于珠江口盆地惠州凹陷和运城—临汾裂陷盆地实际资料处理,其结果较好地反映了裂陷盆地基底起伏特征,为研究盆地构造、油气勘探等提供重要参考.

关键词：裂陷盆地基底双界面模式二维重力反演起伏观测面全变差函数非线性共轭梯度算法

低低跟踪重力卫星高精度微波测距系统数据预处理与分析

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地球物理学报 2023年第5期66卷 1945-1959页

作者：李浩思邓琼徐鹏强丽娥王长青肖云鲁宝亮韦禹肖陈道雨长安大学地质工程与测绘学院西安710064 中国科学院力学研究所北京100190 兰州大学兰州理论物理中心兰州730000 中国科学院大学杭州高等研究院杭州310024 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉430071 西安测绘研究所西安710054

本文研究低低跟踪重力卫星任务核心微波测距系统的数据预处理与分析方法,实现关键载波频率不稳定性噪声的高效抑制,以及相关干扰、偏差的消除和矫正.依据理论分析成果,研发了相关处理与分析程序.本研究所完成的双频双向单程测距数据产品... 详细信息

本文研究低低跟踪重力卫星任务核心微波测距系统的数据预处理与分析方法,实现关键载波频率不稳定性噪声的高效抑制,以及相关干扰、偏差的消除和矫正.依据理论分析成果,研发了相关处理与分析程序.本研究所完成的双频双向单程测距数据产品与GRACE Follow-On官方产品的残差远小于载荷设计精度指标,满足重力场反演的精度需求.针对最终数据产品中电子学噪声、系统噪声等噪声,讨论评估与分析方法.本文通过引入电离层自由电子含量的空间非均匀性的频域分析方法,利用星间微波测距数据,实现针对自由电子含量的不同空间尺度变化行为及其全球分布特征的分析能力,从新视角为电离层的深入研究提供数据支撑.本研究可为我国低低跟踪重力卫星任务微波测距系统的数据预处理与分析提供相关技术积累和参考.

关键词：重力卫星星间微波测距预处理噪声分析电离层

基于重磁异常相关分析的场源位置及属性识别方法

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地球物理学报 2020年第4期63卷 1663-1674页

作者：鲁宝亮马涛熊盛青王万银长安大学重磁方法技术研究所长安大学地质工程与测绘学院西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安710054 中国自然资源航空物探遥感中心北京100083

针对传统的重磁对应分析在场源区域外趋于高相关度的缺点,本文提出了一种基于相关系数和垂向导数的重磁场源位置及属性识别方法,给出了一个新的重磁场源平面位置及属性判别参数(GMCP),该参数能够有效地缩小重磁场源的识别范围.判别参数G... 详细信息

针对传统的重磁对应分析在场源区域外趋于高相关度的缺点,本文提出了一种基于相关系数和垂向导数的重磁场源位置及属性识别方法,给出了一个新的重磁场源平面位置及属性判别参数(GMCP),该参数能够有效地缩小重磁场源的识别范围.判别参数GMCP值非零分布范围反映了场源的规模.GMCP值的正负反映了场源属性,当GMCP大于零时为正相关,代表了该区域存在高磁高密度或低磁低密度的重磁同源地质体;当GMCP小于零时为负相关,代表了该区域存在高磁低密度或低磁高密度的重磁同源地质体;GMCP趋于零,则表示无重磁同源地质体.两组不同干扰水平的同源复杂组合模型实验、两组不同源组合模型试验以及南海中央海盆实际重磁数据处理结果均验证了该重磁场源位置及属性识别方法的正确性和有效性.

关键词：重磁异常场源识别属性判别参数南海海盆