基于Extrapolation Tikhonov正则化算法的重力数据三维约束反演

通过研究重力数据三维反演解的病态性,利用基于拉格朗日插值方法的Extrapolation Tikhonov正则化方法来解决反演中解的不唯一性和不稳定性问题,该方法最大限度的减少了因正则化参数的引入而在反演结果中介入的误差,同时详细讨论了基于三种选择原则的正则化双参数的具体选择方法,模型试算结果表明,与原Tikhonov方法相比,该方法提高了反演的拟合精度.其次,为了消除核函数随深度增加而快速衰减对反演结果的影响,本文改进了前人的重力数据三维反演深度加权函数,改进后的加权函数与原函数相比能更好的识别异常体底部密度分布特征,对于埋深较深的异常体具有较好的识别效果,更好的解决了由近地面趋肤效应作用引起的密度分布不均的问题.同时,利用上下限约束函数限制每一个立方体的密度差范围,并应用于多组人工合成模型.结果表明:该反演方法能准确地获得正演模型的预设参数范围和位置.     

基于改进型Tilt-depth法的磁源上顶与下底深度快速反演（英文）

Tilt-depth法可以用于快速反演磁源的上顶埋深,但其无法反演磁源底部深度,同时该方法的反演解过于单一。针对于此,本文在有限厚度台阶磁异常导数公式基础上,推导出了可以同时反演地质体上、下界面埋深的改进型Tilt-depth法计算公式,并采用在Tilt梯度图上选取多特征点进行联合反演的计算模式来提高反演解的可靠性。二维及三维组合模型试验均证实了改进型Tilt-depth法可以有效地反演出磁性体的上顶与下底深度,且上顶埋深的反演精度明显高于常规方法的。最后将改进型Tiltdepth法用于松辽盆地长岭断陷航磁数据反演,其上顶埋深的反演结果与钻孔钻遇火山岩的深度基本一致,证实改进型Tilt-depth法相对于常规方法的反演结果更加准确。     

基于改进全变差正则化的GPR多尺度全波形双参数同步反演

针对探地雷达（GPR）双参数全波形反演中电导率反演精度差、双参数存在串扰现象、反演计算量大、易陷入局部极值等问题.作者将具有多参数调节功能的L-BFGS算法引入到GPR时间域全波形反演中,它避免了对Hessian矩阵的直接存储与精确求解,减小了存储量和计算量.结合参数调节因子的选取,有效减小了同步反演时介电常数与电导率的串扰影响,在不降低介电常数反演精度的前提下,提高电导率参数的反演精度.通过在反演目标函数中加载改进全变差正则化方法,提高了反演的稳定性,使目标体边缘轮廓更加清晰.首先以简单模型为例,对比了单尺度反演与多尺度串行反演策略的优劣,说明多尺度串行反演有利于逐步搜索全局最优解;而开展参数调节因子的选取实验,说明合适的参数调节因子可以有效改善介质电导率的反演精度;测试了不同正则化的反演效果,表明改进全变差正则化能提高反演稳定性,显著降低模型重构误差.最后,分别对含噪合成数据和实测数据进行了反演测试,说明本文提出的多尺度、双参数反演具有较强的鲁棒性,能提供更丰富的信息约束,重构图像界面清晰、反演效果好.     

改进的地壳速度结构遗传反演方法

遗传算法的收敛速度与模型参数初始搜索范围的划分精度有关.本文提出了在低精度的基础上开始迭代,在选代过程中逐步缩小搜索范围的改进措施.这种改进使得遗传算法的收敛速度和反演精度同时得到提高,并且又不增加模型空间的大小.一维地壳速度结构的反演计算结果表明方法是有效的.最后给出了实际应用中应采用的反演策略.     

基于印模法的地面磁电阻率数据三维非线性共轭梯度反演

本文提出了能提高异常体分辨能力,同时得到绝对电导率的地面磁电阻率数据三维反演方法.磁电阻率响应用准直流的低频磁场代替;数值模拟由频率域电场满足的Helmholtz方程出发,采用三维交错网格有限差分法;长直导线源作为发射源,其中源的计算包含在背景场中;结合地面磁电阻率数据各分量的特点,选择y分量进行反演研究;反演采用三维非线性共轭梯度反演技术,为了提高异常体的深度分辨能力,进行迭代重构反演;用印模法对初始模型进行重构,采用的是辅模型在浅部,元模型在深部的组合方式.从合成数据和实际数据的反演结果可以得到以下的认识:(1)由频率域麦克斯韦方程组出发,低频磁场数据反演可以直接得到电导率,而不是相对电导率之比;(2)采用印模法组合初始模型,进行迭代重构反演,可以提高地面磁电阻率数据反演对异常体的分辨能力,确定埋深位置,同时不会丧失对于浅部异常体的分辨能力;(3)在结合印模法的地面磁电阻率数据三维反演中,深部异常体的分辨能力受地表不均匀导电体影响较小;(4)确定印模深度可以采用上一次重构反演结束时的模型变化量,通过相邻两次重构反演结束时的模型变化量之差来确定迭代重构是否终止.因为静磁场与重力场在数学上的相似性,本文的反演方法可以被运用到重力场等位场的地面数据的反演中.     

利用高频电磁波测井反演地层介电常数和电阻率

高频电磁波测井响应对地层纵向边界相当敏感 ,在其资料反演中必须重视地层纵向边界位置的提取和反演精度 .首先应用特征识别技术由测井曲线提取地层参数 ,在此基础上建立反演初始地层模型 ,通过分别构造反演地层电参数和纵向边界位置的目标函数 ,采用改进的阻尼型高斯 -牛顿算法 ,实现了对地层电参数和纵向边界位置的交替循环反演 .对含1 7个水平分层的典型地层模型的模拟测井资料进行反演计算 ,测井响应的反演精度达到2 .0 % (平均相对误差 ) ,电参数的误差为 4.4% .     

利用高频电磁波测井反演地层介电常数电阻率

高频电磁波测井响应对地层纵向边界相当敏感，在其资料反演中必须重视地层纵向边界位置的提取和反演精度，首先应用特征识别技术由测井曲线提取地层参数，在此基础上建立反演初始地层模型。通过分别构造反演地层电参数和纵向边界位置的目标函数，采用改进的阻尼型高斯-牛顿算法，实现了对地层电参数和纵向边界位置的交替循环反演，对含17个水平分层的典型地层模型的模拟测井资料进行了反演计算，测井响应的反演精度达到2.0%（平均相对误差），电参数的误差为4.4%。     

地面可控源频率测深三维非线性共轭梯度反演

讨论了地面可控源电磁勘探三维非线性共轭梯度反演的可行性以及反演过程中考虑场源的必要性.反演采用非线性共轭梯度反演方法.反演过程中,模型响应利用交错网格有限差分技术计算.反演数据采用与发射源平行的电场x分量E_x.利用层状导电模型作为背景,设计了两个理论模型进行数值试验:第一个模型中包含两个电阻率异常,以检验反演的有效性;第二个模型中,在测区外设置了一个低阻异常,以考察源的信息在反演中的作用.两个模型的反演分别从层状背景模型开始,迭代120次后终止.数值试验结果表明,(1)非线性共轭梯度反演所获得的电阻率分布和理论模型吻合较好;(2)非线性共轭梯度算法收敛速度较慢,需要较多的迭代次数完成反演;(3)对于可控源频率电磁勘探,必须考虑源位置信息.因此,本文采用考虑场源信息的地面可控源非线性共轭梯度反演方法能完成真正意义上的可控源频率电磁测深数据的反演.     

可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演研究

可控源音频大地电磁法在资源勘探等领域中发挥着重要的作用.我们把有限差分数值模拟方法用于可控源音频大地电磁三维正演,结合正则化反演方案和共轭梯度反演的思路,将反演中的雅可比矩阵计算问题转为求解两次"拟正演"问题,得到模型参数的更新步长,形成反演迭代,实现了可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演算法.该反演算法可用于对有限长度电偶源激发下采集到的可控源音频大地电磁全区(近区、过渡区和远区)视电阻率和相位资料进行三维反演定量解释,获得地下三维模型的电阻率结构.理论模型合成数据的反演算例验证了所实现的可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演算法的有效性和稳定性.     

二维地电模型多参数反演方法及其在MT测深中的应用

二维地电模型电（电磁）测深法参数化反演,宜采用多参数反演方案.文中导出了多参数反演的基本数学模型,并进行了分解处理,使之变成与剖面上反演点数相等的多个相互独立的小数学模型的组合,用广义逆法逐个求解,即可得一次迭代中整个二维模型参数的修改量.大地电磁测深理论模型和实测数据反演结果表明所提出的二维多参数反演方法可行.它具有稳定的收敛性、较快的收敛速度、能适应较复杂构造的反演和计算量小等特点.     

基于走时约束的分频分步零偏VSP波动方程多参数反演

在地震勘探中,描述复杂介质的正演和反演问题通常包含许多反映介质不同特性的参数.同时获得这些参数对进行更准确的岩性描述和油藏预测具有重要的理论和现实意义.为了提高频率域黏弹性波动方程的零偏VSP多参数反演的精度,本文对多参数反演的可行性进行分析,明确了目标函数的敏感程度及参数之间的耦合情况,提出了一种基于走时约束的分频分步多参数反演策略.首先利用零偏VSP资料构建先验信息,然后分别利用高、低频数据进行两步反演,也就是"三个参数反演+五个参数反演"的过程,以提高反演的稳健性和精度.利用此方法可同时得到零偏VSP数据可靠的弹性波速度、密度和品质因子,为精确的时-深关系及含油气的解释和预测奠定基础,同时也可以为地面地震叠前反演提供可靠有效的约束,增强地面地震反演精度.     

基于交叉梯度约束的CSAMT和磁法二维联合反演（英文）

为了有效处理人工源的影响,本文开发了带源的CSAMT二维正反演算法,可用于全区(近区、过渡区和远区)资料的反演。引入正则化因子完成磁法二维反演,并且将模型参数调整为磁化率的对数,保证反演过程中磁化率始终为正值。本文基于交叉梯度原理,将CSAMT和磁法进行联合反演,通过搜索交叉梯度项权重的方法,避免了不同异常源引起的两种异常相互干扰的问题。理论模型算例表明基于交叉梯度的联合反演方法优于单独反演。本文开发的带源CSAMT二维正反演算法,有效处理了人工源的影响,保证了最终联合反演算法的可靠性。     

大地电磁二维层状模型参数化反演

本文针对目前二维反演存在求解参数过多和求其偏导数困难的两个问题，在近年来关于连续介质二维大地电磁测深资料快速反演的理论基础上，对二维层状模型反演的目标函数，进行线性近似，采用加权法来近似计算二维模型参数的偏导数。从而实现比较快速的二维层状模型的参数化反演。理论模型的反演试验表明，反演迭代可以较快地以足够的精度拟合视电阻率和相位资料，并收敛接近理论模型。     

直流电阻率法与大地电磁法的二维联合反演

本文对电性联合反演进行了深入研究,以减少地球物理反演的多解性.将直流电阻率(DC)与大地电磁(MT)数据加入到同一反演数据集中.引入Tikhonov正则化思想建立反演目标函数,使反演过程更加高效稳定.在解决正则化反演问题过程中,分别采用了二阶最大平滑稳定因子和改进的L-curve法,提高了反演结果的稳定性和正则化因子的求取精度;最后运用非线性共轭梯度法(NLCG)对反演目标函数实现最优化求解.经研究表明:联合反演方法与单一反演方法相比,能够更加有效的约束反演模型范围;反演算法快速稳定,提高了反演精度,减少了对地下地质结构认识的模糊性.     

基于改进的贝叶斯推断和最小二乘支持向量机的非线性多波联合AVO反演（英文）

多波地震资料采集和处理技术的发展促进了联合PP波和PS波数据的多波联合AVO反演的应用,常规多波联合反演是线性的,通常基于Zoeppritz方程近似式进行多次迭代,导致其在远炮检距情况下求解得到的纵、横波速度和密度等参数精度不高。多波联合反演存在非线性问题。为此,本文提出了一种基于精确Zoeppritz方程的非线性反演方法。该方法结合改进的贝叶斯推断和最小二乘支持向量机方法来求解非线性反演问题。首先,采用粒子群算法来优化贝叶斯推断的参数初始值。改进的贝叶斯推断是通过最大化超参数的后验概率来获得最小二乘支持向量机的最优参数,提高了最小二乘支持向量机的学习和泛化能力。然后,利用此最优参数建立PP波、PS波反射振幅与弹性参数之间的最优非线性最小二乘支持向量机模型,从而提高了多波联合反演的精度。该方法只需训练一次模型,就可以解决多波联合反演的非线性问题。模型测试表明,利用该方法反演出的弹性参数精度要高于仅用PP波进行贝叶斯线性近似式反演得到的结果。此外加噪模型数据的反演结果表明,该方法具有较好的抗噪性。实际多波资料的应用进一步验证了方法的可行性及其相对于PP波贝叶斯线性近似式反演的优势。     

门式钢框架结构非线性爆炸响应

采用ALE多物质流固耦合方法模拟爆炸荷载,对门式钢框架结构在内部爆炸荷载作用下的动力响应全过程进行了计算分析。分析中考虑了爆炸源的水平爆距和放置高度对框架结构动力响应的影响。研究结果表明,当爆炸源的放置高度较低时,水平爆距对框架柱的动力响应影响较大,而对框架梁响应影响较小;当爆炸源的水平爆距一定时,框架梁的动力响应随着爆炸高度的提高而增大。通过计算结果的分析对比得到使框架结构发生最大响应的最不利爆炸位置。     

基于非结构网格剖分的海洋可控源电磁三维正则化反演研究

为更好地处理与解释复杂海底地形条件下测得的海洋可控源电磁数据,本文提出了一种基于非结构网格剖分的频率域海洋可控源电磁数据三维正则化反演方法.该方法首先对海洋地电模型以非结构四面体单元进行离散,然后基于矢量有限元方法获得海洋可控源电磁响应和灵敏度信息,最后采用共轭梯度法求解高斯-牛顿反演方程计算模型修正量.为提高反演的稳定性,通过在反演过程中采用对数转换方法实现反演模型参数的上下限约束.本文分别测试了单测线水平海底地形反演算例和面积性测量的起伏海底地形反演算例.反演结果表明,本文提出的频率域海洋可控源电磁三维反演能够准确地恢复高阻储油层的位置和电阻率信息,且计算效率较高,可用于实测海洋电磁资料的处理与解释.     

利用HJ-1B热红外数据估算晴天大气下行长波辐射

针对HJ-1B红外相机只有一个热红外通道的特点,本文利用大气辐射传输模型模拟和统计回归方法,发展了一个利用HJ-1B辐射亮温和大气水汽含量反演高分辨率大气下行长波辐射的参数化模型.为了分析模型的适宜性和误差来源,利用模拟数据对模型进行了精度评价,结果表明模型在大多数气候条件下反演结果较好,但在大气水汽含量较高时存在低估现象.误差分析表明,大气水汽含量、传感器辐射亮度、地表与大气的温差等方面的不确定性会对反演结果产生一定的影响.利用2009~2010年HJ-1B数据反演得到黑河流域和海河流域的瞬时下行长波辐射,并利用6个站点的地面观测数据对反演结果进行了验证.结果表明,除花寨子荒漠站外,其他各站点反演值与实测值的一致性较好,均方根误差在20W/m2左右,略好于MODIS数据的反演结果.花寨子站夏季时存在较多的高估现象,主要由地气温差过大引起,经过地气温差校正后,结果得到明显改善.     

火山Mogi模型形变反演的虚拟观测法及方差分量估计

针对Mogi模型垂直位移与水平位移联合反演中的病态问题,改进火山形变总体最小二乘(Total Least Squares,TLS)联合反演的虚拟观测法,并使用方差分量估计(Variance Components Estimation,VCE)方法确定病态问题的正则化参数.将附有先验信息的参数作为观测方程,与垂直位移和水平位移的观测方程联合解算,推导了三类观测方程联合反演的求解公式及基于总体最小二乘方差分量估计确定正则化参数的表达式,给出了算法的迭代流程.通过算例实验,研究了总体最小二乘联合反演的虚拟观测法在火山Mogi模型形变反演中的应用;算例结果表明,三类数据的联合平差及方差分量估计方法可以确定权比因子并得到修正后的压力源参数,具有一定的实际参考价值.     

爆炸当量估算的初步研究

爆炸当量是评估爆炸能量的重要参数,快速估算爆炸当量对于有效开展应急救援工作至关重要。收集攀枝花铁矿爆破、宁夏煤矿爆破、河南汝阳钼矿爆破等矿山爆破资料,得到爆破的地方性震级M_L与爆炸当量Y之间的经验关系,并据此估算2019年7月19日河南省三门峡市气化厂爆炸事故的爆炸当量为16 t左右。