位场垂向高阶导数的Tikhonov正则化迭代法

在位场数据处理中,垂向导数具有重要的物理意义。其在一定程度上可以划分不同深度和大小异常源产生的叠加异常,且导数的阶次越高,这种分辨能力就越强,但通常认为高阶导数的换算是不稳定的。本文在Tikhonov正则化求位场垂向高阶导数的基础上,结合迭代法进行逐次逼近,提出了位场高阶导数的Tikhonov正则化迭代法,并且得到Tikhonov正则化迭代法的递推公式。通过对该方法的滤波特性分析可以看出,该方法计算的位场垂向高阶导数具有一定的稳定性及保幅性。模型试验和实际数据的处理表明,该方法计算结果较常规FFT求导法有更高的稳定性和实用价值。     

曲面位场的正则化线性规划法直接反演技术

讨论了可用于起伏地形上重磁位场数据直接反演的、正则化的线性规划反演方法,给出了求解模型、求解方法及相关的技术措施。通过理论模型试算,证明了方法的可行性,在某铜镍矿区的应用验证了方法的实用性。     

互相关系数自约束的重力三维反演与高效求解

本文将拟合残差计算所得的互相关系数作为先验信息,与深度加权函数同时引入到重力正则化反演的模型约束中,以提升反演结果的可靠性。针对三维反演中的大型线性方程组问题,引入阻尼LSQR （最小二乘QR分解）算法,结合等效几何格架技术,将大矩阵按照模型单元划分为若干个子矩阵进行存储与运算。理论模型计算结果表明：同时利用互相关系数和深度加权的模型自约束反演,能较清晰地反映真实异常体;基于分块矩阵的阻尼LSQR算法求解线性方程组较直接法节省了几千甚至上万倍的存储量,且计算速率提高了数倍,可在普通计算机上实现较大规模的反演计算。将其应用于云南芦子园铁铅锌铜多金属矿床隐伏花岗岩体定位,取得了良好的效果。     

频率域位场快速正则化反演界面和物性分布

从理论与模型算例两方面对一种以Ｐａｒｋｅｒ公式为基础的频率位场反演方法做了进一步深入研究，表明它是一种能够更有效地引入低通滤波因子的迭代方法，与改进的正则化稳定因子相结合，提出新的快速正则化反演方法，除了将其用于反演求解均质界面以外，它也被推广至变物性的界面反演以及物性反演。     

大定源瞬变电磁一维自适应正则化反演

自适应正则化反演对初始模型要求较低,直接对瞬变电磁响应数据进行反演。正则化因子通过计算每次迭代的数据目标函数和模型目标函数自适应的得到,从而快速获得地下的地电结构。本文采用自适应正则化反演算法对大定源回线瞬变电磁一维层状模型进行反演,使用均匀半空间作为初始模型,首次采用模型对深度的二阶导数极小的模型约束,通过典型理论模型的反演计算,证明了TEM自适应正则化一维反演算法拟合效果好、精度高,由于不用反复搜索正则化因子,并且收敛速度快,体现了良好的稳定性和可靠性。     

频率域位场快速正则化反演界面和物性分布

从理论与模型算例两方面对一种以Ｐａｒｋｅｒ公式为基础的频率域位场反演方法做了进一步深入研究。表明它是一种能够更有效地引入低通滤波因子的迭代方法。与改进的正则化稳定因子相结合，提出新的快速正则化反演方法。除了将其用于反演求解均质界面以外，它也被推广至变物性的界面反演以及物性反演     

波场变换方程的数值计算

对瞬变电磁法 (TEM)测量数据作波场变换,可以实现TEM数据的拟地震成像解释,其中,虚拟波动场波形展宽现象是阻碍这一应用的关键问题。本文采用Tikhonov正则化算法和选取正则因子的L准则,对具有解析结果的波场变换方程进行了数值求解。数值计算表明,由于数值计算引入的展宽是虚拟波动场波形展宽的主要因素,因此,减小数值求解波场变换方程时所引入的波形展宽,应当是波场变换方程应用研究的重要问题之一。      

CSAMT自适应正则化一维全资料反演

相比于传统反演算法对初始模型依赖性强的弱点,自适应正则化对初始模型要求较低,正则化因子可以根据每次迭代的数据目标函数和模型目标函数的关系,快速计算得到.这里采用自适应正则化反演算法尝试对一维全资料CSAMT的层状介质进行反演,通过三层和五层模型及其使用近场视电阻率数据的反演计算,表明了CSAMT自适应正则化一维全资料反演算法稳定,也发现该方法不仅能够避免传统CSAMT近场校正带来的误差,而且由于不用反复搜索正则化因子,加快了迭代收敛速度.     

二维大地电磁正则化共轭梯度法反演算法

针对大地电磁二维反演中目标函数收敛速度慢而且解的稳定性较差等问题,提出了大地电磁数据的正则化共轭梯度法反演算法(Regularized Conjugate Gradient Algorithm,RCGA)。此算法在构建目标函数时引入正则化的思想,利用共轭梯度法求解最优化问题。在每次迭代过程中根据目标的收敛情况更新正则化因子,有效地解决了迭代时目标函数发散的问题。最后对两个典型模型进行了试算,对其收敛速度及解的稳定性进行了分析,并与传统反演方法的计算结果进行了对比,结果都表明RCGA具有收敛速度快、精度高、结果稳定等优点。     

基于局部重力场建模的Tikhonov正则化点质量核径向基函数方法

针对点质量核径向基函数应用于局部重力场建模中的设计矩阵严重病态问题,本文引入Tikhonov正则化方法对传统点质量核径向基函数方程进行改造,建立了相应的正则化模型。通过模拟数据进行仿真实验,以传统格网化方法作为对比试验,利用"标靶法"确定两种模型的最优结构。实验结果表明:正则化点质量核径向基函数可以直接利用离散数据进行局部重力场建模。在两种模型的最优结构下,当实测数据无污染时,正则化方法达到与传统格网化方法相当的精度;当实测值中加入3 mGal的高斯白噪声时,正则化方法的精度获得了27.9%的提升。这说明本文方法可以应用于局部重力场建模中,且模型结构更优,抗干扰能力更强。     

波阻抗约束反演的几种方法

介绍三种理论与实际效果比较好的波阻抗反演方法,即宽带约束反演(BCI)、快速模拟退火算法(FSA)和正则化方法。BCI是一种线性迭代方法,FSA是一种具有全局寻优特点的随机搜索方法,正则化方法是通过对目标函数施加先验约束,来解决反演的病态问题———多解性和不稳定性。最后,使用正则化方法并结合快速模拟退火算法,进行了理论模型试算和实际资料处理,实用效果比较好。     

地基沉降预测模型的正则化算法

通过分析地基沉降预测模型,指出最小二乘的病态性会导致模型参数求解失败。应用正则化理论,基于矩阵求逆理论,提出了一种沉降预测模型参数的正则化无偏估计算法,说明了新算法的无偏性和方差最小性。在一定条件下,证明了新算法中正则参数的存在性,并给出了正则参数的计算公式。结合文献和工程实例进行的分析表明,新算法降低了矩阵条件数,减轻矩阵病态程度,能有效求得地基沉降预测模型参数。     

利用一维正则化反演进行大地电磁测深数据拟二维反演解释

大地电磁测深的反演问题是不适定的,其反演结果不稳定,且具有非唯一性。通过在目标函数中采用正则化方法,可以使得不适定反演问题具有稳定的反演结果,并改善解的稳定性和非唯一性问题。为了提高野外大地电磁测深数据的处理效率和初步解释的精度,提出了大地电磁测深数据的一维正则化反演进行拟二维反演解释方法。这里所述的大地电磁测深一维反演解释,与以往的解释方法不同,其思路首先用Bostick反演的深度来控制层参数,使反演计算的模型参数仅存在电阻率;最后采用阻尼高斯-牛顿算法进行反演计算,并将Bostick反演结果作为反演计算的初始模型。通过模型试算,结果表明其处理速度快、解释直观,对野外大地电磁测深数据进行初步反演解释是可行的。     

基于深度加权的重力梯度张量数据的3D聚焦反演

针对重力梯度数据聚焦反演结果中存在的"上漂"现象,在经典Tikhonov正则化理论框架下,引入最小支撑泛函数对反演模型进行约束以避免反问题解的不稳定,并针对重力梯度数据聚焦反演中存在的趋肤效应,在模型目标函数中引入指数深度加权函数。通过理论模型,对部分重力梯度张量分量进行了单独以及联合聚焦反演,验证了基于深度加权的聚焦反演方法的有效性,并将该反演方法运用到涩北一号气田区的实际数据中,反演结果较好地反映出气田位置。     

非饱和土中溶质迁移参数反演的HISR方法

以非饱和土中溶质迁移参数反演问题为背景, 依据正则化方法的思路, 以Itakura Saito距离作为同伦函数中的平凡问题, 将同伦方法引入非线性参数反演问题的求解, 进而提出一种求解非线性参数反演问题的大范围收敛(HomotoyItakura SaitoRegularization, HISR) 方法.为保证迭代稳定性, 并同时削弱观测噪声的影响, 同伦参数的修正采用了连续化修正方法.本文将HISR方法应用于求解带有平衡及非平衡吸附效应的一维非饱和土中溶质迁移参数反演问题, 计算结果表明HISR方法具有大范围收敛性及计算稳健性, 同时有较强的抵抗观测噪声的能力.      

A GCV based method for nonlinear ill-posed problems

This paper discusses the inversion of nonlinear ill-posed problems. Such problems are solved through regularization and iteration and a major computational problem arises because the regularization parameter is not known a priori. In this paper we show that the regularization should be made up of two parts. A global regularization parameter is required to deal with the measurement noise, and a local regularization is needed to deal with the nonlinearity. We suggest the generalized cross validation (GCV) as a method to estimate the global regularization parameter and the damped Gauss-Newton to impose local regularization. Our algorithm is tested on the magnetotelluric problem. In the second part of this paper we develop a methodology to implement our algorithm on large-scale problems. We show that hybrid regularization methods can successfully estimate the global regularization parameter. Our algorithm is tested on a large gravimetric problem. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

基于乘积型目标函数的电阻率法三维反演

为了减小地球物理反演的多解性,通常采用累加型目标函数,即数据拟合差项加上正则化项。基于累加型目标函数的反演存在如何优选正则化因子的问题,这个过程通常需要做大量的反演计算。本研究系统分析和实现了基于乘积型目标函数(数据拟合差项和正则化项相乘)的电阻率法三维反演,乘积型目标函数的反演不存在优选正则化因子的问题。三维正演采用非结构化有限单元法,三维反演采用有限内存拟牛顿方法。使用理论模型合成数据进行了三维反演,检验了基于乘积型目标函数的电阻率法三维反演的可行性与有效性。反演算例结果表明：基于乘积型目标函数的反演方法能够可靠恢复异常体的电阻率值、形态和位置。