基于剩余异常相关成像的重磁物性反演方法

将场源区剖分成长方体单元,通过采集的重磁数据反演出这些单元的密度或者磁化率变化,勾画出场源的分布图像,这种方式是重磁三维反演的重要方向.重磁相关成像通过计算测量的重磁异常与地下各点在测区上的重磁异常的归一化相关,显示出异常地质体的空间赋存状态和等效剩余重磁物性.该方法计算速度快,方法简单、稳定,但是反演的结果只是在-1到+1之间的等效物性,不能够直接反演剩余密度或者磁化率,并且无法引入已知的地质约束.本文通过对物性模型的正演和实测结果的残差进行相关成像,迭代更新物性模型实现对物性参数的反演过程.模型实验证明该方法相对相关成像不仅能提高分辨率,还能够得到真正的物性参数.     

松辽盆地北部深层综合物探方法先导性研究

首先对岩石的速度、密度、磁化率、电阻率等物性资料进行统计分析 ,寻找它们之间的内在联系 ,在此基础上综合各种有用信息建立统一的物理 -地质模型。在统一的物理 -地质模型之上 ,进行重、磁、电、震单一方法的反演 ,分析各种物探方法反演结果的相容性与相背性 ,重新修改模型并进行重、磁、电、震的联合反演 ,最终确定深部地层的地质属性     

重磁异常反演的拟BP神经网络方法及其应用

把神经网络与重磁异常反演理论相结合,提出了用于重磁反演的一种拟BP神经网络方法．基于3层神经网络结构,把隐含层神经元设定为三维空间物性（磁化强度或密度）单元．对实测与理论重磁异常经S型函数变换,采用自动修改物性单元物性值的拟BP算法,反演三维空间的物性分布．利用该网络对理论模型数据和内蒙古某花岗岩体上的航磁资料进行了反演计算,取得了满意的反演效果．     

基于Gramian约束与高斯-牛顿算法的重磁三维联合反演

为了降低重力与磁法单独反演中的非唯一性问题,本文实现了一种基于Gramian约束的重磁三维联合反演算法.使用基于模型参数或其空间梯度的Gramian算子,将其添加到目标函数中,约束剩余密度与剩余磁化率模型参数或其梯度更具相关性.采用高斯-牛顿法对目标函数进行最优化求解,对求解方程进行了简化,节省内存并提高了计算效率.反演过程中使用对数法约束模型参数的上下界,使反演结果更符合真实地质情况.提出了新的模型更新步长计算策略,同时考虑了数据拟合与联合约束的影响,使联合反演更加稳定.通过三个数值模型验证了算法的可靠性,并进一步将该算法应用于加拿大McFaulds湖实测航空重磁数据.对比了反演结果切片并展示了交会图,联合反演得到的剩余密度与剩余磁化率的物性、梯度分布都比单独反演的相关性更强.联合反演提供了一个既能拟合数据又在一定程度上满足耦合条件的反演解.验证了所开发的联合反演算法在实际数据上的有效性与适用性.     

3D井地磁测联合反演技术及应用

井中磁测和地面磁测资料的单独反演具有一定的局限性,容易造成反演结果的多解性.目前国内外对井中和地面磁测资料的联合反演研究较少.本文通过阐述3D井地磁测联合反演的基本原理、实现步骤及在大冶铁矿的应用,论证了该方法在找矿过程中的良好效果.该方法充分发挥了井中、地面磁测资料的优势和解释人员的经验,克服了单独使用井或地磁测资料作反演的缺陷,能够准确判断地下地质(矿)体的空间形态、位置.     

基于交叉梯度约束的重力、磁法和大地电磁三维联合反演

为了降低单一地球物理方法反演的多解性及受噪声的影响程度,本文围绕重力、磁法和大地电磁法开展了三维联合反演的研究.重、磁采用基于对数障碍法的正则化反演算法,大地电磁使用limited-memory BroydenFletcher-Goldfarb-Shanno(L-BFGS)反演算法,引入交叉梯度函数实现了三种物性结构的相互耦合,最终开发出一套重磁电三维联合反演算法,并实现MPI并行加速计算.通过理论模型算例验证了算法的准确性,结果表明:不论是单棱柱体模型还是组合棱柱体模型,联合反演结果相较单独反演对于异常体的空间形态刻画以及物性数值恢复具有较好的提升;单棱柱体模型算例使得异常体的物性参数(密度、磁化率和电阻率)更加接近于真实的物性参数;组合棱柱体模型的联合反演结果不仅仅消除了围岩物性参数的假异常,而且还增强了异常体边界结构的恢复程度.     

21世纪重力与磁法勘探的展望

对21世纪重力与磁法勘探的仪器，数据处理技术，解释理论与方法，应用领域等方面的发展方向进行了分析与展望，发展航空标量，矢量，梯度重力测量和航空全梯度磁力测量，三分量磁力测量，提高综合信息采集能力；开展卫星重磁测量，综合卫星，航空，地面重磁测量资料研究地球结构与构造；发展高精度数据处理技术；重磁异常弱信号的提取，不同深度重磁异常的划分，低纬底变倾角化磁极以及位场面延拓；发展复杂条件下三维重磁场多参数综合反演可视化技术以及快速自动反演技术；探索磁性多参数的应用新领域，充分发挥磁法在环境污染调查中的作用并开拓应用新领域。     

小波多尺度分析在重磁勘探位场解释中的应用

在重磁勘探数据处理解释中,确定异常体源的深度至关重要.本文基于小波变换在重磁位场分析中的应用,通过正演模拟计算的方法,找到了小波变换细节所反映的深度与该细节分解尺度之间的关系,即小波各阶细节的分解尺度可以反映异常体源的深度.这一发现可以替代以往应用频谱分析来近似确定深度的方法,为重磁反演提供了定量反演深度的依据.将该方法应用于红旗岭铜镍矿的深部找矿实例,证明了该方法的有效性.     

九江-瑞昌矿集区的3D结构及对区域找矿的启示

本文分析了九瑞地区重、磁场的分布特征.运用最新的方法技术对已有的重磁资料重新进行处理:采用重磁多尺度边缘检测方法,对九瑞矿集区区域重力和航磁数据进行了边缘检测,并根据检测结果重新厘定了断裂系统的展布位置.在整理、分析九瑞地区地质、地层物性资料的基础上,对实测的1∶5万重磁数据进行较细致的准三维反演.同时将重磁三维物性反演应用到岩浆岩空间结构研究中,获得了矿集区地层结构及岩浆岩三维空间形态特征.根据反演所得磁化率强弱,分析了岩体的基性程度,为寻找与火山岩、侵入岩体有关的金属矿产提供了指示信息.最终建立的模型给出了地下地层的分布特征、控矿构造的展布规律、与成矿相关岩体的三维形态以及已知矿点的空间分布特征,为在九瑞矿集区的深部寻找隐伏矿体提供了新的信息.     

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。     

SIMULTANEOUS INTERACTIVE MAGNETIC AND GRAVITY INVERSION*

Gravity and magnetic anomalies may have the same source but it is always difficult to achieve correlated solutions if interpretations are carried out separately. Therefore it is useful to invert both anomalous gravity and magnetic profiles at the same time, so that the solution mav be more constrained. Existing inversion techniques do not lend themselves equally to this kind of extension, since the parameters—such as density and susceptibility contrasts—should not be related. The algorithms more easily adaptable to simultaneous inversion are those which look for the shape and the position of anomalous bodies with constant unknown density or susceptibility contrasts. In this study, we use the generalized inverse method in the 2 1/2 D case. Parameters are the coordinates of the vertices of the polygonal cross-sections of the anomalous bodies and both density and susceptibility contrasts of each body. The two types of profile to be processed must be superposable but may have different lengths, spacings, and coordinate origins. Both synthetic examples and field data from geologically known areas have been processed, and it appears that the simultaneous inversion technique may provide an important additional degree of control in the interactive interpretation process.     

Simultaneous time-lapse electrical resistivity inversion

Time-lapse monitoring is a powerful tool for observing dynamic changes in the subsurface. In particular it offers the potential for achieving inversion results with increased fidelity through the inclusion of complementary information from multiple time-steps. This inclusion of complementary information can reduce the need for spatial smoothing, without adding inversion artifacts to the resulting images. Commonly used time-lapse inversion methods include the ratio method, cascaded time-lapse inversion, difference inversion and differencing independent inversions. We introduce two additional methods in which both time-lapse data sets are inverted simultaneously. In the first, called temporally constrained time-lapse inversion, inversion of both datasets is done under a single optimization procedure and constraints are added to the regularization to ensure that the changes from one time to another are smooth. In the second method, called simultaneous time-lapse inversion, the inversions at time 1 and time 2 are performed simultaneously and constraints of smoothness and closeness to a reference model are applied to the difference image produced at each iteration, and subsequently, the constraints are updated at each iteration. Through both a numerical and a field example we compare the results of common time-lapse inversion methods as well as the introduced approaches. We found that of the commonly used time-lapse inversion methods the difference inversion method produced the best resolution of time-lapse changes and was the most robust in the presence of noise. However, we found that the alternative approach of simultaneous time-lapse inversion produced the best reconstruction of modeled EC changes in the numerical example and easily interpretable high resolution difference images in the field example. Moreover, there was less tailoring of regularization parameters with our simultaneous time-lapse approach, suggesting that it will lend itself well to an automated inversion code.     

遗传算法中的光滑约束反演及其在青藏高原面波研究中的应用

光滑约束技术在线性反演中具有重要的作用，但在遗传算法的反演中则很难直接施加于模型参数，其原因是采用光滑处理后的模型参与迭代后，模型的多样性受到很强的压制，并在少量的迭代过程中使种群的各个模型趋向一致，从而得不到满足条件的最优解．本文给出了一种可用于遗传算法反演的间接光滑约束方法．该方法将遗传算法迭代过程中产生的模型经处理后得到的光滑模型，作为误差函数计算的输入模型．迭代过程仍采用原模型，避免了模型的多样性损失，在面波反演和接收函数反演的试验中取得了良好的效果．我们利用该方法对青藏高原地区的瑞利波相速度资料进行了反演，揭示了青藏高原中部地区S波速度结构的横向变化特征．结果表明，青藏高原北部地区地壳Ｓ波速度较南部地区低；大多数路径在15～40ｋｍ 深度范围内，存在12～25ｋｍ 厚的地壳低速层；上地幔低速层位于100ｋｍ 深度以下，厚度主要在40～80ｋｍ 范围内变化，个别路径可达100ｋｍ 以上．安多台以北、玛沁和玉树以西之间，在上地幔90～230ｋｍ 深度范围存在明显的低速层，最低速度约4.2～ 4.3km／s．根据不同路径的S波速度结构和前人的资料，我们认为印度板块的俯冲可能以雅鲁藏布缝合带附近为界．      

南北构造带北段重磁异常的对应分析

论述了重磁异常对应分析方法原理和地质解释的地球物理基础,计算了南北构造带北段上延5 ～50km 的重磁对应分析的相关系数R和斜率α的平面分布曲线,结合其它地质和地球物理资料,初步分析认为:(1) 中朝准地台的阿拉善台隆和鄂尔多斯台缘隆起区属于正常地壳结构;鄂尔多斯台缘坳陷区属于非正常地壳结构;(2) 祁连秦岭褶皱区地壳结构比较复杂,南、北祁连和礼县 柞水褶皱带的地壳为基本正常地壳结构;祁连北部走廊过渡带、中部隆起带和南秦岭褶皱带西段的地壳属于非正常地壳结构;(3)相关系数转换带的平面分布特征大致反映了断裂带的伸展方向,在剖面上的位置大致与断裂带构造位置相对应     

An Improved Analytic Signal Technique for the Depth and Structural Index from 2D Magnetic Anomaly Data

This paper presents a new inversion method for the interpretation of 2D magnetic anomaly data, which uses the combination of the analytic signal and its total gradient to estimate the depth and the nature (structural index) of an isolated magnetic source. However, our proposed method is sensitive to noise. In order to lower the effect of noise, we apply upward continuation technique to smooth the anomaly. Tests on synthetic noise-free and noise corrupted magnetic data show that the new method can successfully estimate the depth and the nature of the causative source. The practical application of the technique is applied to measured magnetic anomaly data from Jurh area, northeast China, and the inversion results are in agreement with the inversion results from Euler deconvolution of the analytic signal.     

非线性地震道的混沌反演——Ⅱ.关于Lyapunov指数和吸引子

在本文上篇《非线性地震道的混沌反演--1.理论和数值试验》中讨论了非线性反问题逐次线性化方法及迭代过程的系统特性、递推法和广义线性反演法输出波阻抗序列的特征。本篇参照混沌理论中关于Lyapunov指数、相空间和吸引子的概念,深入研究逐次线性化迭代的状态变化的阶段性及其定量描述.当引用相空间描述系统的演化时,对于随迭代变化的阻尼因子可以发现几种吸引子.最后,总结了非线性地震混沌反演的要点,指出非线性反演迭代的复杂阶段性要川混沌理论来描述,而Lyapunov指数等才是控制迭代过程的实质性参数.     

非线性地震道的混沌反演——Ⅱ.关于Lyapunov指数和吸引子

在本文上篇《非线性地震道的混沌反演——1.理论和数值试验》中讨论了非线性反问题逐次线性化方法及迭代过程的系统特性、递推法和广义线性反演法输出波阻抗序列的特征。本篇参照混沌理论中关于Lyapunov指数、相空间和吸引子的概念,深入研究逐次线性化迭代的状态变化的阶段性及其定量描述.当引用相空间描述系统的演化时,对于随迭代变化的阻尼因子可以发现几种吸引子.最后,总结了非线性地震混沌反演的要点,指出非线性反演迭代的复杂阶段性要川混沌理论来描述,而Lyapunov指数等才是控制迭代过程的实质性参数.     

Joint three-dimensional inversion of magnetotelluric and magnetovariational data

The problem of quantitative three-dimensional interpretation of the magnetotelluric (MT) data ranks among the most difficult problems in electromagnetic (EM) geophysics. Our paper presents a new rigorous numerical method for MT inversion, based on the integral equations technique. An important feature of the proposed method is the calculation of the Frechet derivative with the aid of a quasi-analytical approximation with an inhomogeneous background. This approach simplifies the algorithm of inversion and requires only a single forward modeling on each iteration. We have also developed a method for a joint inversion of MT and magnetovariational (MV) data. We show in the present paper that the joint inversion of MT impedances and the Wiese-Parkinson vectors can automatically allow for the static shift in the observed data, which is caused by the geoelectric inhomogeneities contained in the near-surface layer.     

基于Contourlet变换和ICA的多时相遥感图像变化检测

为了提高多时相遥感图像变化检测的精确度和运算效率,本文提出了一种基于Contourlet变换和独立分量分析(ICA-Independent component analysis)的变化检测算法.利用Contourlet变换多尺度、多方向性和各向异性等性质,对图像数据进行多尺度分解,再对分解后的数据进行独立分量分析,利用改进的基于牛顿迭代的固定点ICA算法分离出互相独立的数据分量,然后将分离后的数据分量转变成图像分量,最终对变化图像分量经阈值分割实现变化检测.实验结果表明,与现有的基于PCA、基于ICA、基于小波变换与ICA三种变化检测算法相比,本文算法能有效地分离出变化信息,减少了计算的复杂性,得到的变化图像具有更高的精确度,且对背景有较强的稳健性.     

Inversion of geo-magnetic full-tensor gradiometer data

The fast and sensitive SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) system, which was developed at IPHT Jena, allows the geo-magnetic prospection of large land areas. The system's simultaneous high-resolution recording of all components of the Earth's magnetic field gradient tensor represents a high-quality data base for precise inversion calculations. Thus, we developed a software tool for the fast and direct inversion of full-tensor data from especially dipole-like sources. Our motivation is to localize buried magnetic objects and inhomogeneities in the underground only by measuring the gradient components at the surface. The application of the algorithm will be shown by two examples, first on a synthetic data set and second on a real data set measured at the IPHT test site with well-defined buried targets.