地球物理资料非线性反演方法讲座（五）：人工神经网络反演法

木文概要地介绍了近年来发展起来的一种强有力的地球物理资料非线性反演的方法——人工神经元法（ANN）。比较系统地介绍了ANN的基本知识和两种基于不同原理的ANN反演方法。基于模式识别和基于最小方差的ANN反演方法。列举了这两种方法在地球物理资料反演中的一些应用实例、指出了该方法的存在问题和发展方向。     

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。     

国内工程CT技术的发展与应用

计算机层析成像(Computerized Tomography,CT)是一种有效的地球物理手段。由于CT具有信息量大、分辨率高等优点,使其中工程领域具有特殊的优势。近年来,各种CT技术在工程地质勘察、建筑物无损检测等工程领域得到了广泛的应用,取得了大量的成果。目前常用的工程CT技术包括弹性波CT、电磁波CT、电阻率CT三大类。本文对这三种技术的技术特点、关键技术和应用实例分别进行了概括性介绍。     

复杂地形三维数值建模研究

在FLAC3D数值模拟中,三维数值模型准确与否是决定预计结果精确程度的关键因素.为了建立较为准确的三维数值模型,提出了2种建立三维数值模型的方法.方法1是曲面拟合法建立三维数值模型,该方法具有建模速度快、便于编写通用程序等优点,但如果地形复杂到不能用空间曲面表达时,方法1不适用;方法2为三次样条插值法建立三维数值模型,该方法能建立任何形状的空间数值模型,但前期处理工作量大,建模速度慢是其缺点.通过工程实例说明了2种建模的方法与步骤.     

变磁性磁界面迭代反演方法模型计算

对于南海地层横向磁化率变化较大的地区,以往的常磁性界面反演方法失去效果,为解决类似的磁界面深度反演问题,本文通过对常规磁界面迭代反演方法进行改进,获得基于磁性识别的自适应和变磁性磁界面的迭代反演方法,构建多种模型进行界面深度反演计算,通过对比计算结果,对该方法进行验证,为后续的相关研究提供一定的理论依据。     

大地电磁反演方法对比研究

大地电磁作为一种重要的地球物理勘探方法,近些年来被广泛的地应用于勘察实践中。在野外大地电磁勘察资料解释的重要手段是大地电磁反演,反演效果的好坏将直接影响解释结果的正确与否。本文研究对比4种目前常用的大地电磁反演方法,即BOSTICK反演、RRI反演、OCCAM反演和NLCG反演,分析4种反演方法各自的优缺点,并对大地电磁正演模型数据进行反演,分析4种反演方法的反演效果,直观上对反演结果进行评价对比。     

可极化大地上CSAMT激发极化效应的研究

采用Cole-Cole模型来模拟大地可极化,对三层水平地层且中间层为极化层的可控源音频大地电磁激电测深的视电阻率进行理论计算,分析极化参数对视电阻率曲线的影响规律．采用广义逆方法对三层水平地层且中间层为极化层的模型进行了理论的反演,初步得出：提取极化大地上可控源音频大地电磁测深数据中的激电效应是可能的。     

一种提高波阻抗反演建模精度的方法

波阻抗反演是储层预测的重要手段之一。反演按计算方法可分为递推法和模型法两大类。其中模型法反演具有分辨率高、抗干扰能力强等优点,但具有多解性却是其致命点,反演结果依赖于初始模型。为了解决多解性问题,提高了一种新的建模方法,在常规建模的基础上,利用波形对比方法对模型进行修正,克服了由于地震层位解释不准以及地层与解释层位关系复杂造成的模型出现的偏差现象。此外,在模型上加上地震道积分信息,使模型融入了更加丰富的地震信息,从而提高建模精度和反演质量。     

多点地质统计学在三角洲相储层建模中的应用

基于两点统计的序贯指示模拟方法是一种常用的相建模方法,在少井的情况下刻画变量空间相关性的变差函数较难求取。多点地质统计学建模方法通过扫描训练图像获取变量的空间相关性,能够充分利用地质学家的经验,为少井条件下相建模提供了一种有效手段。介绍多点地质统计学的基本理论及常用的单一平衡方程模拟(SNESIM)算法,利用Snesim算法在南海北部湾盆地X井区进行实例研究,并与序贯指示模拟结果进行对比。结果表明,在三角洲储层沉积相建模中,该方法在刻画砂体形态上比传统的建模方法更具优越性。     

三维模型拟合二维剖面数据反演调研

野外CSAMT大多采集的是二维剖面数据,如何利用这些二维剖面数据获得尽可能接近实际情况的地电断面是许多电磁学者关心的问题。在对电磁正反演充分调研的基础上,可以对二维CSAMT剖面数据进行三维模型的模拟反演,通过三维数值模拟解决人工场源的三维特征问题,保证对三维地质体的模拟,同时拟合二维剖面数据,减小野外施工难度。在充分调研的基础上,系统地介绍了电磁正反演的研究现状及发展方向,讨论了用三维模型拟合二维剖面数据反演的可行性。     

虚拟现实中虚拟场景的建模技术

虚拟场景建模是虚拟现实技术中的关键技术之一 ,举例介绍分析了三种建模技术及其局限性 :基于图形渲染的建模技术充分利用计算机图形学技术进行虚拟环境的建模和渲染 ,交互性强 ,但计算量大 ,对硬件要求高 ;基于图像的建模技术计算简单 ,真实感强 ,但交互性差 ;基于图形与图像的混合建模技术结合以上两种建模技术的优点 ,既有真实感 ,又有交互性 ,但许多技术问题还待解决 .随着相关技术的发展 ,基于图形与图像的混合建模技术在构造复杂场景中必将得到广泛的应用 .     

基于模拟退火的全局混合反演方法及其应用

为了增强模拟退火算法的局部搜索性能,将局部搜索能力较强的单纯形法和鲍威尔法引入模拟退火算法当中,形成了基于模拟退火的全局混合反演方法。给出了模拟退火算法与单纯形法的镶嵌式结合方式以及模拟退火算法与鲍威尔法的串行式结合方式,并对其结合步骤进行了详细的阐述,以便于编程实现。分别对模拟和实测的直流激电测深曲线进行了反演试算:对于不具有等值性的激电测深曲线,反演效果很好,模型参数的相对误差基本控制在1%以内;对于等值性较严重或含有观测误差的激电测深曲线,全局混合反演方法也不能完全克服多解性,但可以通过改变模型参数空间和算法参数进行多次反演,最终可给出合理的解估计。     

二维直流电测深反演中雅克比矩阵算法的改进及应用

对于常规的直流电测深法,由于其电极距一般以近似等对数间隔逐渐增大,使得网格单元剖分呈现出不规则性.与高密度电阻率法测量装置对比,其对电极的利用率较低,仅几个电测深点的反演就需要很长的时间.为此,在反演过程中,将互换原理和Broyden的近似计算方法相结合来计算雅克比矩阵,在不降低反演精度的情况下,可以大大减少反演时间.通过对模拟数据和实测数据进行反演试算,验证了该计算方法是可行的.     

基于最小垂直梯度泛函的二维MT数据反演方法

分析了大地电磁测深法反演中聚焦反演方法的原理,从反演目标函数构建方式出发,提出将最小垂直梯度泛函作为模型目标函数的二维MT反演方法,采用再加权正则化共轭梯度法求解目标函数的极小值。在正演模拟时采用基于二次场的有限单元法．引入互易定理计算灵敏度矩阵。并且在前几次迭代后,利用Broyden公式更新灵敏度矩阵．提高了计算效率。所实现的反演方法具有迭代稳定收敛、异常体的聚焦程度高等特点,特别是界面的垂向分辨能力比最小梯度支撑泛函有所提高,模型试算结果表明了本文方法的正确性。     

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.     

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。     

地震资料反演精度分析

依据地震资料反演的理论基础和实验方法,对高质量的地震资料运用strata软件进行了反演,并运用两边井(01—08、09—08、29—08)进行建模,中间未参与建模的井(08—08)进行反演结果对比的方法,进行了一系列实验,通过对反演结果与未参与建模井的测井曲线的对比,分析了初始猜测模型、反演方法、参数(子波)选择对反演精度的影响。     

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。     

稀疏脉冲波阻抗反演参数对反演效果的影响研究

稀疏脉冲波阻抗反演是目前最普遍应用的波阻抗反演方法之一.该方法在计算过程中涉及各种类型参数,这些参数选取的正确与否直接控制了反演成果的质量.本文从稀疏脉冲波阻抗反演的基本原理出发,通过模型的正反演探讨了反演子波的频率参数p、q、λ等主要的目标函数控制参数,以及计算过程中的反射系数迭代次数和波阻抗叠代次数等参数对反演的控制作用,系统分析了上述参数对反演效果的影响程度,并结合实际处理经验,指出了在实际地震资料处理过程中反演参数的正确设置方法.     

Robust elastic impedance inversion using L1-norm misfit function and constraint regularization

The classical elastic impedance (EI) inversion method, however, is based on the L2-norm misfit function and considerably sensitive to outliers, assuming the noise of the seismic data to be the Guassian-distribution. So we have developed a more robust elastic impedance inversion based on the L1-norm misfit function, and the noise is assumed to be non-Gaussian. Meanwhile, some regularization methods including the sparse constraint regularization and elastic impedance point constraint regularization are incorporated to improve the ill-posed characteristics of the seismic inversion problem. Firstly, we create the L1-norm misfit objective function of pre-stack inversion problem based on the Bayesian scheme within the sparse constraint regularization and elastic impedance point constraint regularization. And then, we obtain more robust elastic impedances of different angles which are less sensitive to outliers in seismic data by using the IRLS strategy. Finally, we extract the P-wave and S-wave velocity and density by using the more stable parameter extraction method. Tests on synthetic data show that the P-wave and S-wave velocity and density parameters are still estimated reasonable with moderate noise. A test on the real data set shows that compared to the results of the classical elastic impedance inversion method, the estimated results using the proposed method can get better lateral continuity and more distinct show of the gas, verifying the feasibility and stability of the method.