大地电磁三维模型的一维二维反演近似问题研究

设计了一个简单的三维模型———均匀半空间的三维低阻异常体模型。采用51×51×38的网格计算得到了33.333Hz至0.0071Hz之间共34个频率的三维正演响应。选取其中5条具有代表性的测线,比较了不同测线上自适应正则化(ARIA)一维反演结果和非线性共轭梯度法(NLCG)二维反演结果相互之间及其与原三维理论模型之间的异同,研究大地电磁三维模型的一维、二维反演的近似情况。发现:对于三维模型响应,一维、二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,但二维模型对三维模型的近似程度比一维模型要高得多;在二维模型反演中,采用TM模式更易得到真实的模型信息。研究中,采用蒲兴华等(1994)开发的MT三维正演程序进行正演计算,采用“大地电磁数据管理器(MTDATAMNG)”软件进行数据处理和一维、二维反演。     

随机扰动条件下对流弥散方程源项系数反演的数值模拟

应用梯度正则化算法对一维对流弥散方程中未知的源项系数进行了数值反演. 在附加数据取真值的情况下,反演计算结果非常精确;而在附加数据有扰动的情形下, 计算结果也基本稳定.这表明梯度正则化算法对于求解一维溶质运移中的源项反演问题是可行的和有效的.     

瑞利面波最大模频散曲线的反演解释方法

讨论了高阶模态面波位移幅度占优势并由于高阶模态面波的影响、难以提取完整的基阶模态面波的频散曲线的情况下,利用"最大模"频散曲线进行反演解释的必要性.对软夹层型和地表为高速层两种高阶模态面波位移幅度较强的地层结构的理论和实测"最大模"频散曲线进行反演研究,获得了比仅利用基阶模态面波解释更好的效果.同时还讨论了初始模型建立和反演方法等问题.     

CSAMT奥克姆一维反演的应用

在可控源大地电磁数据一维反演方法中,用简单的层状模型来描述地下介质的电性分布是不符合真实情况的,奥克姆（Occam）法反演就是考虑地下介质随深度分段连续的变化,考虑了地质结构的纵向和横向的光滑情况,在构造目标函数加上-光滑限制函数,在反演的结果可以得到比较光滑的地下介质模型。本文阐述了奥克姆（Occam）反演的原理方法,通过理论模型进行了验证,得到了较好的效果,对工程实例进行合理的反演解释。     

瑞雷波频散曲线的分模态提取与联合反演

瑞雷波在层状介质中传播具有频散特性,利用地震记录中的面波信息,提取面波的频散曲线,反演可以建立近地表的横波速度结构模型.本文建立了一个理论地质模型,理论合成面波地震记录,研究了频率波数域中而波频散曲线的分模态提取,并利用等厚分层阻尼最小二乘反演方法对面波各模态的频散曲线进行了分模态反演和联合反演.反演结果表明:瑞雷波基阶频散曲线的浅层(＜10m)反演结果与理论模型吻合最好,一阶高阶频散曲线在15～30m的反演结果与理论模型吻合最好,联合反演在整个深度范围内都可以很好的吻合理论模型,且反演结果的相对误差要低于分模态反演.     

激电测深数据一维自动迭代反演进行拟二维反演解释

为提高野外激电测深数据的处理效率和初步解释的精度,提出了激电测深数据一维自动迭代反演进行拟二维反演解释方法。本文所述的激电测深一维自动迭代反演解释,与以往的激电测深曲线自动解释方法不同,其主要特点是不用人工给定初始模型参数,即对实测电阻率曲线以采样间隔(如(lg10)/6)数字化后的点数作为层数,并且使其在整个反演过程中保持不变;以数字化后的相邻电极距的差作为层厚;以对应点的视电阻率值作为层阻,采用阻尼最小二乘法对同一断面的多条电测深曲线进行一维自动迭代反演。然后把反演结果绘制成断面图,对其进行二维地质推断解释。最后通过模型试算,结果表明其处理速度快,解释直观,对于作为野外激电测深数据的初步反演解释是可行的。     

泵房结构动力参数反演的模型分析

泵房结构的动力结构参数反演对于评价泵房结构的健康状态尤为重要,以淮安三站为工程背景,进行泵房结构的动力参数反演。根据现场的实测一阶频率及实测的加速度峰值,基于改进遗传算法进行泵房结构的参数反演,并通过比较简化模型及弹簧约束两种模型对反演泵房结构材料参数结果的影响,得到更为合理的计算模型。该模型更加符合工程实际概况,提高了有限元正分析的精确度,从而为反演分析建立良好基础。计算结果证明,和简单模型相比较,弹簧约束模型更符合实际情况,计算结果更准确。     

瞬变电磁模型映射反演

由瞬变响应曲线随地下电导率、发射回线边长与观测时间的平移伸缩特性,近似反演地下介质的电性参数,并称之为视模型,再根据视模型与真模型的加权平均模型之间存在的一一映射关系,应用关系映射(RMI)原理,提出一种新的瞬变电磁模型映射反演方法,并对该算法的收敛条件及收敛速度进行了分析和讨论。映射反演算法无需计算反演灵敏度矩阵,具有算法稳定、收敛速度快的优点,值得推广。     

重力异常变密度界面深度反演方法对比

界面深度反演是重力异常定量地质解释的常用方法,学者们针对界面反演问题提出了多种经典算法。以密度随深度变化的直立长方体为基本单元搭建了合成模型,在此基础之上对比了经典的Bott法与非线性反演方法,分析了它们各自的特点和适用环境。模型试验表明:1)Bott法所需要的迭代次数比非线性反演多;2)界面节点个数较少时,非线性反演与Bott法所需计算时间接近,界面节点较多时,Eott法所需计算时间明显小于非线性反演;3)二者反演效果接近。在实际勘探中,需要根据不同客观条件选择具体的界面深度反演方法。     

基于量子行为粒子群算法的航空瞬变电磁拟二维反演技术

传统的确定性反演算法严重依赖初始模型,易陷入局部极小值中,导致最终反演结果偏离真实模型。粒子群(PSO)算法作为一种随机性反演算法,具有较强的跳出局部极小值的能力,但是仍存在早熟收敛和收敛速度慢等问题,限制了该算法在二、三维电磁反演中的发展。针对上述问题,首先提出采用量子行为粒子群(QPSO)算法代替传统粒子群算法,将量子在势阱中运动规律引入到粒子群算法中,使得粒子可以出现在势阱内任何存在概率分布的位置上,有效地克服了由于群体的聚集性所导致的早熟收敛问题。此外,采用拟二维反演算法代替传统二维反演算法,使得反演模型参数维度下降,寻优过程中局部极小值个数将大幅度减少,显著提高粒子群算法的收敛速度,但是在粒子群中开展拟二维反演时,传统的正则化参数的寻优过程将浪费大量计算资源。结合量子行为粒子群算法中各测点的全局最优粒子在粒子群进化过程中的重要地位,采用α-Trimmed方法开展相邻点间全局最优粒子模型参数光滑约束,实现粒子群算法快速横向约束反演。最后将量子行为粒子群算法拟二维反演技术应用到含噪全航空瞬变电磁仿真数据处理中,反演结果与原始模型具有较好的一致性。     

Application of Coherence Inversion Method to Shallow Reflection

Because of the disturbance of some regular waves, the deformity of reflective wave occurs,making the coherence inversion method unreliable. By using the event time from multi-fold reflective stack the range of model parameters obtained by coherence inversion is limited in coherence inversion.Then by adjusting the initial values of the model parameters to make the waveform from the coherence inversion method be consistent with that from the original reflective gathers, the result of the inversion becomes more reliable. The application of this method in processing the reflective gathers in Songzikou by the Jingjiang River of Hubei demonstrates the efficiency of the method.     

An improved particle filtering algorithm based on observation inversion optimal sampling

According to the effective sampling of particles and the particles impoverishment caused by re-sampling in particle filter, an improved particle filtering algorithm based on observation inversion optimal sampling was proposed. Firstly, virtual observations were generated from the latest observation, and two sampling strategies were presented. Then, the previous time particles were sampled by utilizing the function inversion relationship between observation and system state. Finally, the current time particles were generated on the basis of the previous time particles and the system one-step state transition model. By the above method, sampling particles can make full use of the latest observation information and the priori modeling information, so that they further approximate the true state. The theoretical analysis and experimental results show that the new algorithm filtering accuracy and real-time outperform obviously the standard particle filter, the extended Kalman particle filter and the unscented particle filter.     

二维大地电磁反演及其在铁路长大隧道勘探中的应用研究

首先对多种反演方法的特点进行介绍,然后分析比较以Bostick变换为初始模型的OCCAM反演和非线性共轭梯度反演,指出Occam反演对初始模型依赖性小但反演速度慢,非线性共轭梯度反演对初始模型依赖性大但反演速度快的问题,进而提出以Occam反演作为初始模型的非线性共轭梯度改进方案。实践证明,改进的组合反演算法简便、快速,成像效果好。最后,用改进方法对南涪线梓里隧道（DK92＋406-DK97＋023）的大地电磁资料进行了处理,其结果对褶皱、断层、岩溶等地质构造进行了较好的反应。     

一种快速准确求取复电阻率真频参数的反演方法

复电阻率法评价极化体极化性质的依据是极化体与围岩的柯尔-柯尔模型参数的差异,因此根据目标极化体的视谱求其真柯尔-柯尔参数,是复电阻率法评价极化体性质时必须解决的基本任务.本文针对水平层状极化介质提出了一种复电阻率最优化反演和递推反演相结合的新的求取真频参数的反演方法,该方法只需测量四个不同频率的复电阻率数据就可进行反演.为了考查该方法的反演效果,与单测点视谱常规反演法及联合谱激电反演法进行了对比计算,并对同一模型选取不同的初始参数进行了反演.计算结果表明,这种方法计算快速、稳定收敛,对反演初值要求不高,结果准确.     

垂直电测深二维反演中非均匀初始模型的给定

为了提高垂直电测深二维反演的收敛速度和反演精度,给出了利用直接反演公式确定初始模型的方法。在直接反演过程中,通过综合利用三次样条求导法、五点求导法和列维尔插值计算电测深曲线在每个极距处的梯度,并对直接反演结果进行深度校正,获得了更准确的反演结果,为二维反演提供了较好的初始模型。通过对模拟和实测电测深数据进行反演试算,验证了采用直接反演法给定非均匀初始模型的可行性和有效性。     

基于非结构有限元的带地形海洋可控源电磁法二维Occam反演

基于非结构三角形网格的自适应有限元正演模拟,对带地形海洋可控源电磁法(MCSEM)二维Occam反演算法进行了研究。该算法正演采用基于非结构网格的自适应有限元法,能用较少的单元剖分精确地模拟复杂起伏地形和构造模型。反演运用基于高斯牛顿法改进的快速Occam算法,能快速地搜索拉格朗日乘子、减少模型的搜索量。对二维海洋油气藏模型进行了反演计算,结果表明,该算法能稳定收敛到真实模型附近,具有较高的计算精度和计算效率。通过对带地形模型的反演,讨论了起伏地形下海洋可控源电磁场二维反演效果,为准确解释MCSEM数据提供了参考。     

Particle swarm optimization and its application to seismic inversion of igneous rocks

In order to improve the fine structure inversion ability of igneous rocks for the exploration of underlying strata, based on particle swarm optimization(PSO), we have developed a method for seismic wave impedance inversion. Through numerical simulation, we tested the effects of different algorithm parameters and different model parameterization methods on PSO wave impedance inversion, and analyzed the characteristics of PSO method. Under the conclusions drawn from numerical simulation, we propose the scheme of combining a cross-moving strategy based on a divided block model and high-frequency filtering technology for PSO inversion. By analyzing the inversion results of a wedge model of a pitchout coal seam and a coal coking model with igneous rock intrusion, we discuss the vertical and horizontal resolution, stability and reliability of PSO inversion. Based on the actual seismic and logging data from an igneous area, by taking a seismic profile through wells as an example, we discuss the characteristics of three inversion methods, including model-based wave impedance inversion, multi-attribute seismic inversion based on probabilistic neural network(PNN) and wave impedance inversion based on PSO.And we draw the conclusion that the inversion based on PSO method has a better result for this igneous area.     

二维重力“等维”反演研究

利用线性反演的正则化方法对不同高度上观测的重力数据进行二维重力“等维”反演研究。模型试验结果表明：综合利用不同高度上的位场数据进行联合反演,在一定程度上能解决重磁位场反演的“上漂”问题,提高重磁位场异常反演的垂向分辨率,反演的模型质心坐标误差降低。     

MPI环境的并行算法在瞬变电磁正反演中的研究

针对瞬变电磁法正反演所需时间相对较长的问题,将MPI（Message Passing Interface）环境的并行算法应用到瞬变电磁法正反演计算中,对所给一维层状介质模型进行正反演并行算法设计和计算,并对结果进行了分析。分析表明,该方法对于减少瞬变电磁法正反演计算时间是有效的。     

二维层状介质大地电磁视电阻率相位联合快速反演

建立了二维层状介质模型,反演参数为每层的电阻率及各层的底界深度,利用视电阻率和相位进行二维联合反演.利用RRI法（快速松弛反演）通过有限单元法正演快速计算一维偏导数,引入一组修正系数把用RRI法计算的一维偏导数转化为二维偏导数,并且在二维偏导数矩阵中只保留对本测点下的模型参数的偏导数,而忽略掉对其他测点下的参数的偏导数,形成一个近似的雅可比矩阵.通过一个二维三层模型试算,验证视电阻率和相位联合反演能稳定收敛并在一定程度上减小多解性.