地震层析成像反演中解的定量评价及其作用

对地震层析成像非线性问题线性化处理之后,各种反演算法归纳成为对不适定方程的求解。地震层析成像反演算法的解的物理意义是给出地质结构,因此对于解的可信度产生怀疑。本研究根据解估计的分辨率矩阵的原理,提出ＬＳＱＲ（Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ ＱＲ）算法解协方差矩阵的评价算法,用相关分析可以为那些求解过程中得不到分辨率矩阵的反演方法提供解的定量评价。并用本文提出的解的定量评价方法试评了一个实际地壳模型的地震     

地震层析成像反演中3种广义解的误差分析与评价

在地震波速度和地震波　值层析成像中,对于非线性反演问题解的可靠性研究非常重要．为了讨论ＡＲＴ（ＡｌｇｅｂｒａｉｃＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、ＳＶＤ（Ｓｉｎｇｕｌａｒ　ＶａｌｕｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＬＳＱＷ（ＬｅａｓｔＳｕａｒｅ）３种方法的算法稳定性以及反演效果,本研究将这３种算法用于求解非常病态问题和一般稳定问题,根据数值计算结果,分别给出了在非常病态问题和一般稳定问题中３种算法的相对误差及其算法稳定性评价．进而针对３种算法在同一地质模型上的速度成像结果进行了比较,为地震层析成像反演效果分析提供了定量参数．     

地震层析成像反演中3种广义解的误差分析与评价

在地震波速度和地震波　值层析成像中,对于非线性反演问题解的可靠性研究非常重要．为了讨论ＡＲＴ（ＡｌｇｅｂｒａｉｃＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、ＳＶＤ（Ｓｉｎｇｕｌａｒ　ＶａｌｕｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＬＳＱＷ（ＬｅａｓｔＳｕａｒｅ）３种方法的算法稳定性以及反演效果,本研究将这３种算法用于求解非常病态问题和一般稳定问题,根据数值计算结果,分别给出了在非常病态问题和一般稳定问题中３种算法的相对误差及其算法稳定性评价．进而针对３种算法在同一地质模型上的速度成像结果进行了比较,为地震层析成像反演效果分析提供了定量参数．     

井间地震射线层析成像

本文采用射线走时对井间介质的地震波速进行层析成像，反演出井间介质的异常分布和构造．作者用快速弯曲射线迫踪法求解初值问题，用两步法和插值逼近法结合求解两点问题，避免了复杂运算，提高了运算效率和精度．反问题的数值计算用ＬＳＱＲ法．为了求取速度任意分布、对比度大的较为复杂介质模型的槽确初至时，本文采用动态程序法。该法灵活不受地质界面条件约束，且对介质速度分布未加任何限制。本文给出了几个算例．文中层析成像试验结果表明，此种层析成像算法是成功和有效的。     

面波频散反演的数值模拟

大量的数值模拟表明,ＳＶＤ和ＬＳＱＲＤ在面波频散网格反演两步法中的应用效率都很好。但ＳＶＤ可以用分辨矩阵、信息矩阵和协方差矩阵对解估计进行数学上客观有效的评价,而对于大型稀疏方程的求解,ＬＳＱＲＤ确是一种内存注小,计算速度快以及分辨抗噪能力都较强的算法。在现有计算机运算速度较快、内存可以扩弃较大的条件下,实测数据量不很大时,应采用ＳＶＤ算法进行线性反演。     

三维复杂速度模型中地震的快速精确定位

讨论了全局选择震源初始位置下的矩阵反演求取全局解的问题．与流行的全局优化搜寻直接定位方法相比,该反演算法是一种行之有效的定位方法,具有定位精度高、计算时间少以及对噪声数据不敏感等特点．其突出的优点是在不增加计算难度和计算时间的前提下,用矩阵反演的方法确保得到全局最小值解,可适应于地震早期预警,海啸早期预警,以及大震速报等实际工作．      

LSQRD及解的分辨分析

较详细介绍了ＬＳＱＲＤ反演方法以及“检测版”分辨分析方法,并举实例检验其应用。对于大型稀疏方程组的求解,ＬＳＱＲＤ是一种内存需求小,计算缟和抗噪能力较强的算法。“检验版”试验表明,ＬＳＱＲＤ也可以对迭代解进行有效的可靠性估计,以指导对反结果的利用。     

高分辨率Radon变换方法及其在地震信号处理中的应用

Radon变换方法在地震资料处理中广泛采用,在地震同相轴识别和估计方面具有良好效果．无论是倾斜叠加,还是广义Radon变换方法,一般采用最小二乘反演方法实现．目前,在提高反演算法的效率和分辨率方面仍值得研究．本文从倾斜叠加的定义出发,阐明Radon变换分辨率问题的来源和解决办法．采用最小二乘反演方法研究高分辨率抛物线Radon变换和双曲Radon变换时,给出稀疏约束预条件共轭梯度法求解的高分辨率Radon变换的实现方法,同阻尼最小二乘方法相比,分辨率和精度明显提高,文中给出了模型算例．根据有效波和多次波NMO后剩余时差不同,采用高分辨率抛物线和双曲Radon变换可以压制多次波,分别给出了方法原理,最后给出应用实例．研究表明,稀疏约束预条件共轭梯度法可以有效实现高分辨率Radon变换;数值算例表明,算法计算效率和精度较高,可以更好地实现多次波压制．     

菲涅耳体地震层析成像分辨率研究

层析成像分辨率的研究,不仅可以帮助分析层析方法的反演能力,评价层析反演的效果,还可以帮助指导层析参数设置,优化观测系统设计等.本文对比研究了前人提出的两种菲涅耳体层析成像分辨率的计算方法,并针对其存在的问题进行了优化.文中通过对二维理论模型的定量计算,总结了菲涅耳体地震层析成像分辨率的一些规律,并将其与射线层析的分辨率...     

地震面波频散的层析成像

本文较详细地介绍了群速度频散测定的多重滤波法,以及ＬＳＱＲ反演方法运用于网格频散反演和地球内部结构反演的地震面波频散的层析成像方法。给出了计算程序框图及数值模拟结果     

震源位置和速度结构的联合反演（Ⅰ）——理论和方法

本文讨论并处理了震源位置和速度结构联合反演中的问题和困难。正交投影算子的引入不仅使这一问题的数学描述简洁,物理解释清楚,而且参数分离之后,与震源有关的方程组是相容的。这就使得有可能通过台网的适当布局,获得地震定位的唯一解。 在数值方面,本文还提出了利用矩阵的块结构采取顺序正交三角化的方法,减轻了内存的困难。如果结合等价模型和快速射线追踪过程的利用,可大大提高联合反演的实用性。     

反演模型分辨率的估算方法

反演问题的时空间分辨率或称时空分辨长度是评估模型精细程度的重要参数,决定了该模型应用的范围和价值,但是分辨长度估算却是比反演更复杂和麻烦的数学问题。除了层析成像中广泛利用理论模型恢复试验定性提取空间分辨长度外,通过求解分辨率矩阵可定量获得分辨长度。通过矩阵操作给出的分辨率矩阵包括三类：直接分辨率矩阵、正则化分辨率矩阵和混合分辨率矩阵。这三类矩阵包含了反演本身不同侧面的信息,因此在一个反演应用中,同时提供这三类分辨率矩阵可更全面地评估反演模型分辨率分布。最近An（2012）提出了从大量随机理论模型及其解中统计出分辨率矩阵的方法。这种分辨率矩阵是从模拟真实反演实验的输入和输出模型中通过反演得到的,因此这种分辨率矩阵更能反映整个反演所涉及到的更多因素和过程;同时由于这种分辨率矩阵计算过程无需进行矩阵操作且不依赖于具体正演和反演方法,因此可以被应用于更普遍的反演问题。实际应用证明统计分辨率分析方法适用于对二维和三维层析成像反演模型进行分辨率分析。     

基于密度模型稀疏表征的重力反演方法

重力反演是恢复地下密度空间分布的有效工具,而选择合理的密度模型约束方法是提升重力反演分辨率和可靠性的关键.常规约束方法大多是从剖分网格空间中的密度模型出发,通过调整光滑或稀疏约束权重来匹配反演目标,但当地质体类型多样、异常分离不准确及网格剖分方案不合理时,模型约束的合理性与灵活性难以得到有效保证.为此,本文提出了一种基于密度模型稀疏表征的重力反演方法.首先假设待反演的密度模型表征为模型特征矩阵和稀疏分解系数的线性组合,之后重新推导了重力反演目标函数,并给出了分解系数的稀疏求解过程.相比现有重力反演方法,用于构建模型特征矩阵的特征模型可包含不同类型地质体的先验几何信息,分解系数的稀疏性保证了待反演目标来自于最典型的地质模式组合.最后,通过模型试验及实际资料验证了基于密度模型稀疏表征的重力反演方法的有效性.     

Linearized seismic waveform inversion using a multiple re-weighted least-squares method with QR preconditioning

Linearized inversion methods such as Gauss‐Newton and multiple re‐weighted least‐squares are iterative processes in which an update in the current model is computed as a function of data misfit and the gradient of data with respect to model parameters. The main advantage of those methods is their ability to refine the model parameters although they have a high computational cost for seismic inversion. In the Gauss‐Newton method a system of equations, corresponding to the sensitivity matrix, is solved in the least‐squares sense at each iteration, while in the multiple re‐weighted least‐squares method many systems are solved using the same sensitivity matrix. The sensitivity matrix arising from these methods is usually not sparse, thus limiting the use of standard preconditioners in the solution of the linearized systems. For reduction of the computational cost of the linearized inversion methods, we propose the use of preconditioners based on a partial orthogonalization of the columns of the sensitivity matrix. The new approach collapses a band of co‐diagonals of the normal equations matrix into the main diagonal, being equivalent to computing the least‐squares solution starting from a partial solution of the linear system. The preconditioning is driven by a bandwidth L which can be interpreted as the distance for which the correlation between model parameters is relevant. To illustrate the benefit of the proposed approach to the reduction of the computational cost of the inversion we apply the multiple re‐weighted least‐squares method to the 2D acoustic seismic waveform inversion problem. We verify the reduction in the number of iterations in the conjugate'gradient algorithm as the bandwidth of the preconditioners increases. This effect reduces the total computational cost of inversion as well.     

适用于三维隐式叠前深度偏移中矩阵求逆的混合算法

在深度偏移方法中，把二维隐式方法推广到三维，就会面对一个分块对角矩阵求逆问题. 通常，这种矩阵的求逆将耗费大量计算时间，严重制约了三维隐式方法偏移在实际资料处理中的广泛应用. 在螺旋边界条件下，该矩阵H具有Toeplitz结构的正定厄密矩阵，其快速求逆可由谱法LU分解或直解法快速实现. 本文结合谱法LU分解和直接解法方法的优点，提出了一种混合算法. 文中采用谱分解方法建立起矩阵列元素的谱分解表，并采用直解法的递推公式，可以快速给出矩阵的分解. 通过与谱法分解和直解法在分解精度和分解速度两方面的比较表明，本文方法与谱法相比，在非均匀介质中亥姆霍兹算子矩阵分解时的精度提高10倍；在计算速度方面，混合方法比简化后的直解法快. 因此，该方法的提出，在计算精度许可的条件下，最大限度地减少三维隐式差分偏移中矩阵求逆占用的时间，从而使得该方法能真正用于实际地震资料的处理.     

反射地震走时层析成像中的大型稀疏矩阵压缩存储和求解

反射地震走时层析成像是一种精度较高的速度求取方法,最终可归结为线性方程组的求解.方程组具有很大的维数,常规解法需要很大的存储量和计算量.本文考虑到当投影函数取为走时残差,图象函数取为慢度残差时,灵敏度矩阵中的元素表示射线经过网格的长度的特殊物理意义,采用行索引的压缩存储方式,在射线追踪正演模拟过程中直接压缩存储灵敏度矩阵,在层析反演过程中利用压缩后的矩阵进行求解,大大降低了存储量和计算量.     

Resolution studies for Magnetic Resonance Sounding (MRS) using the singular value decomposition

We present a new approach to analyse the subsurface water content distribution obtained by inversion of MRS data in terms of resolution and penetration depth. It is based on a singular value decomposition (SVD) of the MRS forward operator to derive the model resolution matrix including regularisation parameters, i.e. including noise conditions. The approach takes loop size, subsurface resistivity distribution and noise conditions as input parameters affecting MRS into account and allows an assessment on resolution and penetration.The application of the new approach shows that the loop diameter must be carefully chosen depending on the investigation site to obtain optimal resolution and penetration. Using the introduced resolution measures the quality and reliability of the estimated model can be assessed.     

基于Backus-Gilbert理论的孔隙介质核磁共振弛豫反演

孔隙介质核磁共振(NMR)弛豫数据的多指数反演在NMR测井和岩心分析中均非常重要.本文基于Backus-Gilbert(BG)理论,提出一种NMR弛豫多指数反演的新方法.从解的非唯一性出发,不仅构造出一种解估计,更重要的是评价各种可接受的解估计,通过引入解估计分辨率和解估计方差对解进行评价,找出最佳折中解.通过算例,比较了新方法与传统正则化方法的效果,结果表明新方法具有明显优越性,在低信噪比条件下解稳定.最后分析了新方法的影响因素.     

可控源音频大地电磁数据的反演方法

从反演方程、构造目标函数和求解三方面对用于可控源音频大地电磁法(CSAMT)的实用反演方法中的四种进行了描述．水平层状地层CSAMT法资料的直接反演法首次尝试了一维空间的全资料CSAMT反演，效果较好，但该方法尚难应用于2D、3D复杂介质中；奥克姆反演方法既考虑了横向的光滑函数，又考虑了纵向的光滑函数，得到比较光滑的横向、纵向变化的背景电性结果，但有可能把一些小构造光滑掉．快速松驰反演算法和共轭梯度算法由于计算速度快，占内存少而被用于三维反演中，二者相比，快速松驰算法在求解雅可比矩阵时只做一次正演计算，在更新模型时解小型方程组，所以在速度上更胜一筹．在后三种算法中，由于复杂电性结构无解析解，正演计算都采用数值计算．数值计算的可靠性、速度影响着反演算法的有效性，这方面的研究也将是2D、3D复杂电性结构反演的研究方向之一.