一种基于数据融合的地球物理数据联合反演方法

从地球物理反演的基本概念出发，认为地球物理反演是 对实测数据的地球物理属性的理解或解释，多方法的地球物理数据联合反演是一种多传感器 的数据融合. 本文分析了地球物理数据的模糊特性，采用基于语义的模糊化方法，使不同物 理意义和尺度的特征数据及测区的地质和地球物理背景成为一体，结合地球物理专家解释的 方法，利用基于模糊逻辑系统的神经网络实现了融合. 该方法充分利用了各种地球物理探测 数据的全部信息，避免了线性反演的复杂计算；其数据融合的观点,为解决地球物理联合反 演问题提供了新的思路. 通过模拟实验和应用实例验证，该方法是有效的.     

反假频非均匀地震数据重建方法研究

研究基于Fourier变换的数据重建方法,既能进行非均匀采样数据重建,又可以去除空间假频. 将不规则采样数据重建问题归结为信息重建的地球物理反演问题,采用最小二乘方法从观测的稀疏或不规则数据反演模型空间完全信息. 在求解信息重建反演问题时,引入DFT 加权范数规则化策略,采用预条件共轭梯度法（PCG）求解,保证解的稳定性和收敛速度. 处理线性同相轴假频问题时,根据采样定理,引入线性预测方法,采用Yule Walker方程由带限信号的无假频低频功率谱预测高频功率谱,达到反假频目的. 本文研究了均匀采样数据内插,非均匀采样数据重建,非均匀分布高频信息重建等方面问题,数值试验取得较好效果.     

基于物性参数梯度累加约束的电阻率法和重力勘探数据二维联合反演

对不同地球物理方法的数据进行联合反演,通过模型参数的相互约束可以减小反演的多解性.本文对电阻率法和重力勘探数据开展了基于电阻率和剩余密度梯度累加约束的二维联合反演研究.电阻率法采用数据空间Occam反演,重力勘探采用基于对数障碍法的正则化反演.通过在电阻率法和重力勘探反演的目标函数中引入电阻率和剩余密度梯度累加约束项,利用交替迭代方式实现了电阻率法和重力勘探数据的二维联合反演.对理论模型合成数据进行了单方法反演和联合反演,对比了反演效果.结果表明：联合反演结果优于单方法反演结果,联合反演结果对异常体的物性值恢复和形态刻画效果更好.     

基于多源地球物理数据的机器学习方法在地质体分类中的应用——以黑龙江多宝山矿集区为例

为适应多源地球物理大数据地质解释的需要,同时也为了在地质体物性存在交叠情况下快速有效地实现多源地球物理数据的地质解释,本文提出应用机器学习的支持向量机方法对多源地球物理数据进行地质解释的新思路,并给出了利用物性三体(密度、磁化率、电阻率)进行地质体圈定与分类方法.阐明了参数归一化、参数寻优对模型训练与学习及分类结果的影响与作用.本文将黑龙江多宝山矿集区物性三体与矿集区的区域地质、矿床地质及钻井资料相结合,利用所提出的方法对地下地质体进行了圈定与分类,对分类结果经过交叉检验,正确率达81.6%,表明了训练模型具有较高的可信度.经对预测模型填充已知物性参数正演的重磁异常与实测重磁异常对比,证明两者在整体和细节上均有高度的相似性,间接说明对地质体圈定与分类结果的可靠性,进一步表明利用多源地球物理数据,采用支持向量机方法圈定地质体及对地质体进行岩性识别方面的合理性与有效性.多源地球物理数据机器学习的支持向量机方法在多宝山矿集区地质体圈定与分类所取得较好的应用效果,为多源综合地球物理的地质解释提供了可借鉴的成功经验,也提供了多源地球物理资料地质解释的一种新型的技术手段,开辟了应用人工智能方法进行...     

一种适合多源地球物理数据三维可视化的快速空间索引技术

识别复杂地质条件下的地质构造,常需要融合多种地球物理探测技术的数据进行分析,应用地球物理数据三维可视化技术可以更好地解释复杂的地质现象,传统的可视化方法由于缺乏对多源地球物理数据一体化的存储管理与索引机制,使得在对大范围多源地球物理数据进行空间局部更加精细可视化时的效率很低.为了更有效地洞察研究区域的地下构造,本文研究了适合多源地球物理数据三维可视化技术的快速空间索引技术.首先根据各类地球物理数据空间分布特点,提出了一种改进的四叉树结构,用于建立对多源地球物理数据一体化存储与管理.接着利用该数据结构,文章现实了多源地球物理数据快速空间查询的机制.将此结构和机制服务于大规模多源地球物理数据精细尺度下的三维可视化,提高对特定空间范围的局部多源地球物理数据动态可视化的效率.最后给出了该数据结构下空间查询与可视化的效率分析,并通过实验对整个算法的效率进行了验证.实验表明,通过建立相应的索引机制,可在大规模多源地球物理数据条件下更高效地展示任意位置岩矿石多个物理特性之间的空间关系,为多源地球物理数据的三维可视化提供技术支撑.     

基于精确震源函数的解调包络多尺度全波形反演

本文提出解调包络方法来重构地震记录中缺失的低频信号,同时该方法能够降低全波形反演的非线性程度;提出伴随状态震源函数反演方法来得到精确的震源函数,并推导了梯度计算公式;解调包络方法结合低通滤波技术,实现了从低频到高频的多尺度反演策略,有效缓解了全波形反演的周波跳跃问题.数值算例证明了解调包络、伴随状态震源函数反演方法和低通滤波多尺度反演策略的可行性及优越性.震源函数反演精度测试结果表明:即使观测记录在缺失低频信息的情况下,也能反演得到精确的震源函数.缺失低频测试和抗噪能力测试结果表明:即使地震数据中缺失9Hz以下的低频信号或者信噪比极低的情况下,利用反演得到的精确震源函数进行解调包络多尺度全波形反演,同样可以得到高精度的全波形反演结果.与Hilbert包络全波形反演对比结果表明:解调包络在重构低频和降低伴随震源主频方面具有一定优势.     

小波分析在地球物理信息融合中的应用

为了实现地球物理资料的自动综合解释,提出了一种基于小波分析的多分辨地球物理信息融合方法.阐述了地球物理信息融合中的关键技术,即信息表示、融合方法及融合中的控制.利用多种地球物理信息融合获取有关地质目标的知识,避免了单一方法的局限性,减少了各种地球物理信息不确定性误差的影响.对实际资料进行了实验,实现了速度、视电阻率和密度信息融合.实验结果表明融合图像包含了更多地质目标的信息.     

改进的IHS变换和小波变换相结合的图像融合

在分析IHS变换时发现,IHS变换中亮度分量的计算是从红绿蓝三种颜色中平均提取三分之一作为总亮度,而人眼对绿色最敏感（占60％）、其次是红色（占30％）、再者是蓝色（占10％）,故本文对亮度分量的计算公式做了修改。在此基础上,提出了一种改进的IHS变换和小波变换相结合的图像融合方法。首先对多光谱图像进行改进的IHS变换,然后利用小波变换分别对1分量和全色高分辨率图像做小波分解,并对小波低频系数基于局部能量进行融合,小波高频系数基于局部方差进行融合,最后进行IHS逆变换,得到融合结果图像。结果表明,本文提出的方法在保持光谱源图像特性方面有优势,也较多地保留了源图像的空间细节信息,融合图像的扭曲程度小。     

多尺度快速匹配追踪多域联合地震反演方法

多尺度快速匹配追踪多域联合地震反演是一种通过地震数据多尺度分解的迭代反演方法.与此同时,在快速匹配追踪算法中引入低频模型约束,有效提高了收敛精度,使反演结果具有丰富的高低频信息.首先通过对大尺度地震资料进行反演得到低频背景.在此基础上,采用中尺度与小尺度地震数据进行逐级迭代用以获得高频数据,因而有效缓解了常规反演方法对于初始模型精度的依赖.最后利用理论模型与实际地震数据进行测试,通过与常规时间域反演方法的反演结果进行对比可以看出,本文方法在地层连续变化处依然可以对变化地层进行精确刻画,且在纵向分辨率提升的同时保持了较好的横向连续性.     

结合非下采样剪切波变换的BM3D去除图像噪声方法研究

强噪声图像去噪一直是图像处理技术应用领域研究的热点,为进一步提高强噪声图像的去噪质量和对图像边缘的保护,针对三维块匹配（Block Matching 3D,BM3D）方法对强噪声图像去噪效果不佳及图像线状奇异性（如边缘）缺乏最优表示的问题,提出了基于二维非下采样剪切波变换（Non-subsampled Shearlet Transform,NSST）和BM3D的组合去噪方法。该方法首先对含噪图像进行NSST正变换,得到不同尺度和不同方向高频子带的剪切波系数;然后对每个尺度不同方向的高频子带求取贝叶斯阈值,并利用渐进半软阈值函数对各高频子带进行去噪;最后对低频子带和各去噪高频子带进行NSST逆变换,得到去噪结果。将去噪图像作为BM3D中基础估计阶段的预滤波,能够进一步提高基础估计阶段分组的正确性,为BM3D去噪奠定良好基础。组合去噪方法结合了NSST与BM3D的各自优势,仿真试验结果表明,对于低噪声图像,本方法和BM3D方法去噪效果相同,略优于非局部平均法;对于强噪声卫星影像,本方法去噪效果优于BM3D和非局部平均法。     

龙木错—双湖—澜沧江缝合带中段双湖地区地球物理特征

龙木错—双湖—澜沧江板块缝合带位于青藏高原羌塘中部至藏东一带,相关研究将其厘定为冈瓦纳板块的北界,对探讨青藏高原早期形成与演化历史及区域资源勘查与评价有重要的地质意义.本文结合区域重磁数据、大地电磁数据对该缝合带地球物理特征进行分析论证.首先基于WGM2012全球重力场模型网格化数据,利用垂向一阶导数计算、构造增强滤波等处理方法,推测龙木错—双湖—澜沧江缝合带异常的空间分布.计算的区域莫霍面在缝合带南北两侧深度存在较大差异.重力数据及其处理结果论证了龙木错—双湖—澜沧江缝合带存在的可能性.其次,选取了龙木错—双湖—澜沧江缝合带中段双湖地区的高质量大地电磁数据进行反演解释,电阻率反演结果表明缝合带南北存在较大的电性差异,结合区域地质情况,推测缝合带是不同地质体的分界线.最后,对缝合带地球物理响应特征和地质认识进行了讨论.通过对地球物理数据分析处理,为进一步讨论缝合带形成提供了有利的科学依据.     

基于贝叶斯理论的多尺度地震反演方法

典型沉积旋回的模型分析表明,薄层调谐作用的影响抑制了地震相对高频的反射能量,降低了地震资料的分辨率.基于该资料的常规地震反演难以识别较薄的储层.为了提高地震反演的分辨率,本文利用小波变换分频技术,将地震资料分解为大、中、小三个尺度的数据体,有效减弱了调谐作用,增强了地震资料的相对高频和相对低频,提高了分辨率.在贝叶斯理论框架下,依据地震资料与沉积层序体的多尺度对应关系,逐级进行地震反演,把大尺度地震反演结果作为中尺度地震反演的模型约束,中尺度反演结果又作为小尺度地震反演的模型约束,最终完成整个反演.理论模型试算展示了该方法的逐级寻优特性,实际地震资料的多尺度反演表明,同常规稀疏脉冲反演方法相比,基于贝叶斯理论的多尺度反演对较薄储层的识别能力有实质性提升.     

多尺度快速匹配追踪多域联合地震反演方法

多尺度快速匹配追踪多域联合地震反演是一种通过地震数据多尺度分解的迭代反演方法.与此同时,在快速匹配追踪算法中引入低频模型约束,有效提高了收敛精度,使反演结果具有丰富的高低频信息.首先通过对大尺度地震资料进行反演得到低频背景.在此基础上,采用中尺度与小尺度地震数据进行逐级迭代用以获得高频数据,因而有效缓解了常规反演方法对于初始模型精度的依赖.最后利用理论模型与实际地震数据进行测试,通过与常规时间域反演方法的反演结果进行对比可以看出,本文方法在地层连续变化处依然可以对变化地层进行精确刻画,且在纵向分辨率提升的同时保持了较好的横向连续性.     

庐枞盆地科学钻探地球物理测井及深部铀异常的发现

庐枞盆地砖桥科学钻探ZK01孔为深部探测技术与实验研究专项在庐枞盆地施工的钻探验证孔,全井段实施了连续取心和地球物理测井工作.测井工作分三次完成,测井总深度1994.02m.测井项目包括视电阻率、极化率、磁化率、纵波速度、超声成像、自然伽马、密度、井斜、井径、井温、泥浆电阻率、井中三分量磁测等10多种方法,获得了钻孔剖面原位物性参数、钻孔几何形态及井壁超声图像.通过对地球物理测井和钻孔岩心编录等资料的研究,完成了岩性的人工识别与支持向量机判别,建立了钻孔测井解释岩性剖面;通过对矿化地层的测井响应分析,将电阻率和磁化率作为粗安岩矿化的识别标识;根据超声成像测井资料推断本地区深部地层最大水平主应力方向为南北走向.在ZK01孔1500~1900m发现放射性异常,对铀当量大于万分之一的21处异常进行了定量解释,铀矿化段累积厚度93.02m,为庐枞地区深部找铀矿提供了重大线索.     

深度学习在地球物理中的应用现状与前景

深度学习是机器学习的一个分支,是使用低维特征组合来表示高维特征组合,包含多重复杂结构或多个非线性变换的多个处理层对数据进行高维抽象的一种算法.深度学习的自我学习和适应能力使它在计算机视觉、语音识别、金融等领域得到了广泛应用.为分析深度学习在地球物理领域的应用前景,本文在介绍深度学习概况的基础上,结合实例分析了深度学习在地震探测定位、大地电磁数据处理、航空电磁数据解释等领域的应用现状.发现深度学习在处理海量数据在并行处理、进行模式识别特征提取、数据预测等方面都有巨大的优势.随着三维探测逐渐成为地球物理勘探主流趋势,必将产生海量数据,涉及大型计算和反演,深度学习在地球物理探测中应用将更加广泛.     

辽吉古裂谷三维地质结构重磁电综合解释

辽吉古裂谷的三维地质结构对于认识研究区的成矿规律,寻找隐伏矿体具有重要意义..本文首先分析了研究区内采集标本的密度、磁化率和电阻率三种物性资料,然后对4条非震地球物理剖面的数据进行了处理与反演,结合地质资料,对各剖面进行了综合地质地球物理解释,获得了如下结论:1)各主干断裂表现为明显的电性梯度带,切割深度为5~7 km;2)不同时代地层和岩体具有不同的地球物理特征,例如太古代变质岩系地球物理特征表现为"三高".即密度大、磁性高、电阻率高,而古元古代辽吉花岗岩地球物理特征表现为密度较大、略带磁性、电阻率值较高的特点:3)古元古界在有些地方埋藏较深。如在草河口镇附近厚度大于10 km,其它地区厚度较小,且多被中新生代岩体侵位而残存于地表;4)侵入岩体与围岩地层的关系比较复杂,有些岩体存在继承性。有些岩体与地层相互叠置;5)辽吉古裂谷中央凹陷区以辽吉花岗岩为结晶基底.太古代结晶基底在该区域因后期改造而缺失.     

基于非均匀Fourier变换的地震数据重建方法研究

不规则采样地震数据会对地震数据的多道处理造成严重影响,将非均匀Fourier变换和贝叶斯参数反演方法相结合,对不规则空间带限地震数据进行反演重建.对每一个频率依据最小视速度确定出重建数据的带宽,然后从不规则地震数据中估计出重建数据的空间Fourier系数.将不规则地震数据重建视为信息重建的地球物理反演问题,运用贝叶斯参数反演理论来估计Fourier系数.在反演求解时,使用共轭梯度算法,以保证求解的稳定性,加快解的收敛速度.理论模型和实际资料处理验证了本方法的有效性和实用性.     

多物理场测井数据联合反演研究进展

联合反演方法在综合地球物理数据分析中应用效果明显,并起着越来越重要的应用,其方法同样也可以应用于多物理场测井数据联合反演.文中阐述了测井联合反演的必要性,综述了测井约束反演和测井数据联合反演的国内外研究现状.根据参与联合反演的数据类型和地层模型的不同,将联合反演进行了分类;研究并举例推导了不同类型测井数据的联合反演方法的原理及具体算法,最后指出了多物理场测井数据联合反演的发展方向.     

混合范数下的最优化反演方法

在求解地球物理反问题时,通常根据最小二乘准则构造目标函数进行反演,并在实践中得到了广泛的应用.为进一步增强反演的稳健性及减少多解性,不损失反演结果的分辨率,本文提出了混合范数下的最优化反演方法,它根据数据和模型可能服从不同的概率分布,对数据空间和模型空间采用不同的范数来构造目标函数.在给出目标函数的基础上,导出了混合范数下的线性反演方程.由于该线性反演方程的复杂性,我们采用混合范数下迭代再加权共轭梯度法进行求解.最后,通过对模拟的电阻率数据进行反演,验证了本文计算方法是可行的.     

采空区地震与电法探测数据的联合反演研究及应用

综合地球物理技术在采空区的探测中发挥了重要作用.目前通常采用单方法反演、仅对不同方法反演结果进行对比解释的综合勘探方式,单方法反演的多解性严重降低了其探测精度.如何提高采空区的探测精度,对采空区进行有效探测一直被认为是地球物理技术面临的首要难题.为了提高地震与电法技术的探测精度,基于交叉梯度联合反演理论,设计了地震初至折射走时数据和高密度电法数据的联合反演算法流程,对采空区理论模型和野外实际数据进行了联合反演处理.结果发现通过两者的联合反演,不仅可以提高采空区电阻率反演模型的成像效果,而且能够获得地震单方法反演难以成像的采空区低速异常体,从而提高了地震与电法技术对采空区的探测精度.表明地震与电法探测数据联合反演是一种提高采空区探测精度的有效方法.