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面向深地资源探测的多学科开放式地球物理软件平台

2021-05-19

 

长期以来,地球物理探测是深地资源勘查开采领域的主要技术手段之一。经过几代人的努力,深地地球物理探测技术成果丰硕,目前已基本达到与国际先进水平相当的程度,但与现实需求仍存在相当差距。主要表现为:尽管单项地球物理技术研究与应用呈现百花齐放的态势,但由于缺乏成熟的、一体化的、专门面向矿产资源勘探的综合地球物理软件平台,导致这些机理不同、分辨率和信噪比差异巨大、适应条件苛刻的技术未能有效地整合在一起而发挥应有的作用;多学科协同处理、解释和分析困难,难以解决有效地球物理信号弱、信噪比及成像分辨率低、多解性严重等问题。
由中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司牵头承担的国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项“深部资源勘查数据处理解释软件平台开发及综合示范”项目(项目编号:2018YFC0603600),旨在以深地地球物理探测为目标,研发具备统一数据模型、插件式、云模式、多学科地球物理数据处理解释一体化软件平台,集成重力、磁力、电法、地震、测井等多学科地球物理处理解释等成熟技术,创新研发基于人工智能等先进技术的多学科地球物理数据联合反演与解释、多元信息评价与预测等关键技术,掌握地球物理行业核心技术,自主研发形成一体化、集成式、开放性、全流程、多学科地球物理探测软件系统。
项目以产学研紧密结合的方式联合3家企业和6家大学共同实施。项目组经过两年多联合攻关,研发形成了GeoDeep V1.0深地资源地球物理探测软件平台;优化集成了重磁、电磁、地震、测井等地球物理数据处理解释功能,形成面向固体矿产资源地球物理探测的八大软件包,初步实现了多学科地球物理技术融合;同时,开展了地球物理特色技术研究并取得阶段性成果,显著增强了固体矿产资源探测能力,促进了深地资源地球物理探测技术进步。
 
1 项目总体进展情况
完成了多学科地球物理软件开发平台研发,以中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司研发的云模式GeoEast平台为基础,构建了多学科云模式深地资源地球物理探测软件平台GeoDeep V1.0,实现了重磁电震数据的数据管理与共享,实现了多学科地球物理处理解释共性技术的深度融合,支撑了重磁、电磁、地震、井中地球物理分析等软件的优化集成,形成了全流程、多学科地球物理数据处理解释技术系列及八大软件包。
基于GeoDeep软件平台形成了重磁、电磁处理软件。重磁处理软件包含重力和磁力两种方法,电磁处理软件包含常规电法、大地电磁、可控源音频大地电磁、时频电磁、广域电磁、瞬变电磁、时间域激电、复电阻率等8种方法,同时配套研发了建模、绘图、数据表格等工具。针对深层矿产资源勘探的特点,对重磁、电磁处理解释流程进行了重新设计和优化;对不适应固体矿产勘探的重磁、电磁处理技术进行了适应性改造,对电性界面和断裂、块体、矿脉等特殊地质体比较敏感的重、磁、电处理技术进行了优化和增强。
基于GeoDeep软件平台形成了适应于固体矿产勘探的轻量版地震处理软件,涵盖丰富的地震批量处理和交互处理功能。基于全新开发的流程作业编辑器,实现地震处理流程编辑和全流程地震批量处理;基于业务插件设计模式集成了数据浏览、属性分析与质控、交互参数试验、底图联动等功能。
以多学科井中地球物理勘探为目标形成了井中地球物理分析软件框架,具备测井预处理、环境校正、常规测井岩性定性识别和物性分析等功能;研发了测井综合岩性识别技术与矿物成分智能解释技术,通过常规和地层元素测井相结合可进行岩性定性识别和矿物组分定量解释,复杂砂泥岩、火成岩的矿物解释效果与岩石物理实验分析结果一致性良好;开展了井中重力和井中磁力资料处理与解释技术研究并形成相应软件模块。
应用大数据与人工智能领域的新理论与新方法,针对数据反演问题的病态特性难题,探索求解地球物理多目标非线性反演问题的新思路,开展了基于深度学习的多物理场数据联合反演、大数据智能地球物理联合反演和基于结构相似性多尺度重力-地震联合反演,结合地质信息与规律,发掘多物理场数据之间的内在联系,力求突破联合反演问题中测量信息与泛在先验信息融合等关键技术瓶颈,形成快速、稳定、灵活的智能化多物理场反演算法和软件。
依托GeoDeep软件平台,在保留常规地球物理数据解释功能的基础上,通过软件改造和功能提升,实现了重、磁、电、震、井等地球物理数据的联合显示、联合解释和分析;对GeoEast地震解释软件进行评估与分析,在保留大部分地震解释功能的基础上,对不适应于重磁电数据的解释功能进行修改和完善,以地震解释软件为基础形成了适应于固体矿产资源勘探数据联合解释软件;对地震属性分析软件进行系统性适应性分析,通过全面实际数据测试的方式筛选了与固体矿产资源勘探有关的敏感属性,形成了针对重磁电数据的地球物理属性提取与分析技术系列,并以此为基础形成面向固体矿产资源勘探的多源信息智能预测软件,结合地球物理数据特点通过软件与硬件结合方式集成了一系列专用技术和设备,搭建了地球物理数据三维可视化和虚拟现实集成环境;针对金属矿成矿模式及三维建模要求开展了三维矿体建模技术研究,形成了复杂三维矿体建模技术系列。
 
2 主要创新成果
面向深地资源勘探领域,项目研发形成了云模式多学科地球物理软件开发平台,并以此为基础构建了GeoDeep V1.0深地资源地球物理探测软件系统,形成了五大创新成果。
2.1 GeoDeep V1.0多学科开放式地球物理软件开发平台
项目以重磁电震分学科处理、多学科联合反演与解释为目标,基于前沿计算机与软件技术研发形成了面向深部资源勘查的多学科开放式地球物理软件开发平台。多学科开放式地球物理软件开发平台由云计算业务管理、多学科地学数据管理、三维可视化增强显示、开放式软件开发等4个基础子平台组成(图1)。
多学科开放式地球物理软件开发平台拥有适合地球物理处理解释业务特点的云计算模式基础架构和统一的多学科数据管理平台,实现了业务间多学科数据共享和基于开放式插件化软件开发框架,可实现多学科地球物理技术的高效集成和地球物理专用软件的快速构建,破解了当前深地资源勘查领域的多学科地球物理协同处理与解释难题,显著提高了多学科地球物理软件开发效率和质量,将为实现我国资源勘查增储目标及大深度立体勘探提供强力技术支撑。
2.2 GeoDeep V1.0多学科一体化深地资源地球物理探测软件系统
以面向地震勘探的GeoEast基础软件平台为基础,通过改造、重构、完善、创新、增强等方式,基于多学科开放式地球物理软件开发平台形成了以地球物理资料处理、解释、反演等功能为主的多学科、全流程深地资源探测软件系统GeoDeep V1.0(图2)。
GeoDeep V1.0拥有全流程重磁处理、电磁处理、地震处理、井孔地球物理分析、多学科地球物理解释、多学科地质解释、多学科地球物理联合反演、地球物理属性分析与矿体智能预测等技术系列,并以此为基础形成八大软件包,可满足深地资源勘查开采各阶段的地球物理资料处理、解释和反演需求,为深地资源探测提供了一体化、多学科地球物理联合分析工具。
GeoDeep V1.0以多学科一体化数据库为支撑,实现了全流程数据共享和多学科地球物理数据处理解释的深度融合,具备一体化、集成式、全流程、多学科等特点,完全为自主研发。
GeoDeep V1.0将重磁、电磁、地震、测井等多学科地球物理处理、解释、反演等技术集成到统一的平台上,实现了国内多学科地球物理探测软件平台突破。
2.3 面向深地资源地球物理探测的多学科全流程地球物理处理解释技术系列
针对深部矿产资源探测地球物理资料有效信号弱和信噪比低、单方法单维度地球物理反演多解性强等难题,以有效提高勘查数据成像分辨率和降低反演与解释多解性为目标,研发形成了多学科全流程地球物理数据处理解释技术系列。
多学科全流程地球物理数据处理解释技术系列涵盖以单学科地球物理数据处理为主的重磁处理、电磁处理、地震处理、测井处理与岩石物理分析技术和以多学科联合分析为主的多学科地球联合解释(图3)、多学科地球物理属性分析和多元信息智能矿藏识别等技术,并针对固体矿产资源地球物理探测数据特点创新研发了逆散射可控源电磁法三维反演技术、截断牛顿法与机器学习法混合三维时频电磁反演技术、声-电-密度-元素测井数据联合矿物成分分析技术等特色技术,可有效降低地球物理数据分析的多解性,显著提高固体矿产资源探测精度。
2.4 面向深地资源地球物理探测的人工智能地球物理联合反演与矿体识别技术
应用大数据与人工智能领域的新理论与新方法,针对数据反演问题的病态特性难题,探索求解地球物理多目标非线性反演问题的新思路,研发形成了基于深度学习的多学科地球物理数据匹配、深部地球物理数据频散补偿、多学科地球物理数据联合反演、大数据智能地球物理联合反演和基于结构相似性多尺度重磁电震联合反演、以人工智能为基础的多元地球物理属性矿体识别、多元信息融合等技术,实现了多物理场数据之间内在和隐式关系的深度发掘,突破了联合反演问题中测量信息与泛在先验信息融合等关键技术瓶颈,显著降低了地球物理反演的多解性,提高了地球物理反演精度。图4为面向深地资源地球物理探测的人工智能地球物理联合反演。
2.5 面向深地资源地球物理探测的多学科三维矿体建模与正反演技术
针对金属矿等固体矿产资源成矿模式开展了三维矿体建模技术研究,研发形成了基于隐函数方法的三维地质建模和三维属性建模技术,并以此为基础实现了基于统一地质模型的地球物理正演和反演。三维地质建模是地球物理正演和反演的基础,该成果将隐函数建模方法引入三维矿体建模领域,在三维矿体建模领域取得了一系列创新和突破,可实现基于极度稀疏地球物理解释成果的三维地质建模,有效提高了地球物理正演和反演的精度,其主要技术和性能指标达到国际先进水平。利用该技术可基于极度稀疏2.5维剖面型地球物理数据(图5a)建立复杂的三维矿体模型(图5b),支撑重磁、电磁、地震等多学科地球物理数据的结构一致性正演和反演。

 

注:本文由国家重点研发计划项目“深部资源勘查数据处理解释软件平台开发及综合示范”所属课题1“云模式多学科深部资源勘查数据处理解释一体化软件平台研发”(2018YFC0603601)和课题3“面向深部资源的地面及井中地震处理解释软件研发”(2018YFC0603603)联合资助。