半航空瞬变电磁L1范数自适应正则化反演

长导线源半航空瞬变电磁正则化反演正则项通常采用L2范数,其拟合结果较光滑,不能有效刻画层界面信息。针对层状介质陡变模型实现正则项为L1范数的反演算法,采用迭代重加权最小二乘法将原问题转化为L2正则化子问题求解,解决L1范数存在不可导问题;采用OpenMP技术对雅可比矩阵并行计算,提高了反演速度;对自适应正则化因子分段迭代法的调整策略进行分析并改进,改进后的自适应正则化因子调整策略更适合半航空瞬变电磁L1正则反演算法。最后对电阻率进行反演并与Occam反演结果作比较,结果表明L1正则反演充分迭代后能够突出符合真实模型的电性界面,反演电阻率与模型真实值更接近。     

半航空时间域电磁数据一维自适应正则化反演

半航空时间域电磁法集成了地面和航空电磁法各自的优势,不仅容易实现大发射磁矩,增大勘探深度,同时还可以提高勘探效率。但是由于半航空时间域电磁法在测量过程中,收、发距会发生变化,因此与地面和航空电磁法相比,其数据处理与反演解释更加困难。以长导线电性源半航空电磁法为例,将自适应正则化反演算法应用于半航空时间域电磁数据反演中。首先给出最平缓模型约束条件下的半航空时间域电磁数据自适应正则化反演算法,并引入并行技术实现了该反演算法的并行计算;然后对两种三层地电模型和一种六层地电模型的理论电磁响应加高斯白噪声后的数据进行反演计算;最后对其反演结果和并行计算的效率进行了详细地分析与讨论。实验结果分析表明:自适应正则化反演算法是一种有效的半航空时间域电磁数据反演解释方法,该方法具有很好的收敛性和稳定性;自适应正则化反演算法并行计算能大大减少反演计算时间,提高反演效率。     

回线源瞬变电磁法一维反演算法

由于传统的阻尼最小二乘法只适合于模型较少的简单模型,因此当介质的层数较多时,反演就会受到多解性的影响,有时甚至出现不收敛的情况,并且反演十分耗时。为此,使用正则化思想引入模型约束进行反演,且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得到,使反演能够稳定地进行;引入拟牛顿法来更新雅可比矩阵,大大缩短反演所需要的时间,通过典型的3层与多层理论模型的反演试算,证明了拟牛顿法自适应正则化反演算法对初始模型的要求不高,拟合效果好,收敛速度快,适应性强,体现了良好的稳定性和可靠性。      

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.     

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。     

半航空瞬变电磁法响应特征分析及反演方法研究

半航空瞬变电磁法(Semi-Airborne Transient Electromagnetic Method)是一种新兴物探方法,可以在地形复杂的区域进行大面积的地毯式勘探,具有良好的发展前景。本文基于半航空瞬变电磁的一维正演理论,对半航空瞬变电磁的实际生产中采集的E_x分量和V_z分量进行了模拟响应分析,指出了E_x分量和V_z分量具有分布简单、均匀的特点。接着对阻尼最小二乘反演算法进行改进,加上正则项约束,降低对模型的依赖,通过改进的阻尼最小二乘约束反演方法进行模拟测算,得出该方法能较为准确的反映出地下电阻率,且对高阻探测能力有一定程度的提高的结论。     

直流电阻率测深二维自适应正则化反演

直流电阻率测深二维反演中,正则化参数的选取影响反演结果分辨率及反演过程稳定性。利用主动约束平衡正则化因子,进行直流电阻率光滑约束最小二乘二维自适应反演,改善直流电阻率测深二维反演的分辨率与稳定性。在反演迭代过程中,正则化因子根据模型参数的空间展布函数进行自适应计算、正则化参数的自适应计算。模拟数据反演结果验证了该方法的有效性与可行性,反演结果能准确地反映地下模型的真实电性结构。     

基于耦合热传导-冰流模型的冰川钻孔温度重建的气候反演算法比较

冰川内部温度与冰面温度变化过程密切相关,因此可由实测冰温-深度剖面重建冰面温度变化。耦合热传导-冰流物理模型及其相关反演算法是基于冰温-深度剖面重建冰面温度变化的理论基础和关键。通过构造理想条件下的数值实验,分析比较了最小二乘法、Tikhonov正则化方法和蒙特卡罗算法重建百年尺度冰面温度变化的实验结果。同时,以我国藏北高原腹地的马兰冰川钻孔资料为例,结合气象资料构造真实钻孔数据模拟实验。分别给出了三种反演算法重建10 a和40 a尺度的冰面温度变化结果,并讨论了不同算法的优劣性和适用性。两组模拟实验结果均表明:Tikhonov正则化方法是目前求解该反问题的最优方法。与其他算法相比,Tikhonov正则化方法在各个时间尺度的重建结果与真实冰面温度变化吻合更好。另外,分别对重建百年和40 a尺度的冰温-深度剖面添加±0.02℃和±0.01℃的随机误差,研究发现Tikhonov正则化方法能够有效降低噪声干扰,相较其他算法得到的解更加稳定。这在一定程度上解决了该反问题中解的稳定性问题。     

基于广义交叉验证的电测深曲线一维全自动迭代反演

为提高电测深曲线反演过程的稳定性和自动性,基于广义交叉验证自适应正则化方法,给出了电测深曲线反演的全自动迭代方法。首先介绍了引入光滑约束的线性反演方程的构建方法,综合奇异值分解法与广义交叉验证自适应正则化方法求解线性反演方程,接着给出了反演过程中初始模型的构建方法和反演偏导数矩阵的差分计算方法,并采用C++语言实现了电测深一维反演算法,最后通过对模拟数据和实测数据进行反演试算,验证了反演算法的有效性     

起伏地形大地电磁二维反演

为了适应地形起伏的实际地质情况,开展带地形的最小二乘二维反演研究。鉴于大地电磁(MT)反演的不适定问题,引入Tikhonov的正则化方法,从而获得关于总目标函数的方程,利用光滑约束最小二乘法求解总目标函数方程。由于正则化因子值与反演精度以及稳定性相关,采用主动约束平衡方法获取最优化的正则化因子,以确保反演精度和稳定性都达到最佳。与此同时,利用电磁场互易定理以节省反演迭代过程求解雅可比矩阵的计算时间。构建了若干地质构造模型进行试算,分别讨论TE、TM模式以及二者联合模式的反演结果,并与前人研究工作对比以说明本文方法的反演效果。     

用遗传算法进行瑞利波反演

瑞利波反演属于非线性最优化问题,已有的局部线性化方法(如阻尼最小二乘法)常使解估计陷入目标函数的局部极小值之中,且严重地依赖初始模型.另外,目前被广泛应用的一些简单的瑞利波反演方法也存在明显的缺陷.全局优化法-遗传算法大大放松了对初始模型选择的要求,且不易陷入局部最优解中.本文用已有的简单宜行的反演解释方法获取初始模型,从而确定模型参数的搜索范围,再用遗传算法反演得到最终的介质模型,效果非常理想.     

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。     

用等厚薄层权重自适应迭代阻尼最小二乘法反演瑞雷波频散曲线

笔者在前人工作基础上提出的等厚薄层权重自适应迭代阻尼最小二乘法,能有效地解除对初始模型的依赖.理论模型与实际资料试算结果表明,用该算法对瑞雷波频散曲线进行反演,具有稳定性好、精度高、分辨能力强的特点,并能自动分层和反演地层参数.     

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。     

大回线源瞬变电磁一维自适应反演方法及应用

提出了一种适用于大回线源瞬变电磁法框内任意测点垂直Z分量的一维反演方法。该算法采用CMD正则化因子优化方案、光滑度函数和自然边界条件对反演过程进行了约束,减小了初值的依赖度,保证了反演过程的自主性和反演结果的稳定性;在反演过程中,在保证模型残差沿梯度下降的同时,对模型修正量的最大值进行了限制,使反演模型不易陷入局部极小,保证了反演结果全局的收敛性;同时反演的灵敏度矩阵采用牛顿法进行更新,减少了整个反演计算的工作量。最后通过五层的双低阻层模型、双高阻层模型和实测资料证明了该算法可靠。     

地球物理反问题中的随机反演理论

本文从最大后验概率密度观点出发，在数据噪音向量和待求模型向量为具有零均值的独立高斯随机过程的假设前提下，建立起了随机反演的非线性系统方程；给出了模型方差估计的函数表达式，并在文章最后，证明了反演解的稀疏性，即解释了随机反演的输出解的高分辨率特征。文章在最小二乘反演方法的基础上，发展并完善了随机反演方法的理论基础；揭示了随机反演方法与最小二乘反演方法之间的本质区别；阐述了随机反演方法的优越性，并指出了其广阔的应用前景。     

二维声波方程稳健迭代速度反演

从二维声波方程初、边值问题出发,通过引进一个广义幂指数误差分布函数,以及对波动方程的Ｌｉｐｐｍａｎ－Ｓｃｈｗｉｎｇｅｒ方程的解进行Ｂｏｎ近似,导出一个残差加权迭代最小二乘（稳健迭代）算法,进而实现对地下介质剖面的速度结构以演计算。模拟计算表明,本方法具有较高的精度和较强的抗干扰能力,是求解声波方程反演问题的一种有效方法,同时也为地下介质的速度分布成像提供一种新的技术。