基于PARDISO直接求解器的三维自然电位正反演

近年来自然电位法在海底硫化物资源的勘探和评价中发挥了重要作用。本文开展的是基于PARDISO直接求解器的3D自然电位正反演算法研究。首先,利用有限体积法离散自然电位控制方程,采用PARDISO直接求解器提高正演计算的效率,通过数值解与解析解对比,验证了正演算法的可靠性。其次,在3D反演算法中考虑了地形因素,同时将最小支撑约束与深度加权加入目标泛函中,理论模型数据的反演结果很好地恢复了矿体的结构。最后,利用该算法对室内沙箱实验获得的自然电位数据进行反演,结果显示得出的电流密度异常与金属棒的位置基本一致。因此,本文提出的反演算法在未来大规模自然电位数据反演中具有重要作用。     

ZTEM二维非线性共轭梯度反演研究

ZTEM(Z轴倾子电磁法)是一种天然场源的频率域航空电磁法,其特点是磁场垂直分量在空中机载平台测量,磁场水平分量在地面的固定基站测量,具有勘探深度大、速度快、成本低、覆盖面积大等技术优势。本文实现了ZTEM二维有限差分正演和二维非线性共轭梯度(NLCG)反演算法。研究对象是倾子资料,反演过程中通过解"拟正演"问题来避开雅克比矩阵的直接计算。通过理论模型合成数据反演试算,验证了ZTEM倾子资料二维NLCG反演算法的稳定性与可靠性。与大地电磁(MT) TE模式阻抗资料反演结果进行对比,发现在异常体横向边界的约束方面,ZTEM倾子反演比MT阻抗反演更具优越性。     

使用共轭梯度的三维电阻率正演模拟与反演

研制了利用共轭梯度松驰法的三维直流电阻率正演模拟与反演算法。在正演网络的模拟计算中，将一种用于预处理的不完全Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解法与稀疏矩阵程序结合起来，便可得到一种快速有效的算法。侧面和底部的边界条件用阻抗条件来标度，而阻抗条件考虑了由于电源流的一些配置而在边界上产生的电流。     

时移电阻率反演模拟研究

电阻率法可用于地表浅层的探测,也可用于对动态地下目标进行监测。对于监测数据的反演,不同数据集的单独反演存在一定缺陷,为此本文在常规电阻率反演算法的基础上,推导了时移电阻率反演公式,实现了时移反演算法程序;为了论证时移反演算法对动态地下目标成像的优越性,建立一组多个正演模型,利用模拟数据进行单独反演和时移反演,并对比两种方法的结果。研究表明,尽管两种算法都能圈定动态地下目标体,但时移反演算法可以消除不同观测数据集中所包含的随机误差,减少假异常的出现。     

大地电磁交错采样有限差分二维正反演研究

交错采样网格能自动保证电磁场分布遵守能量守恒定律。本文基于交错采样网格,推导了大地电磁二维有限差分正演过程,实现了二维正演程序;通过与一维解析解对比,验证了算法的正确性且具有较高的计算精度。随后利用有限内存拟牛顿最优化算法,实现了交错采样有限差分二维反演;通过理论模型反演,验证了反演算法的稳定性,揭示有限内存拟牛顿反演计算效率明显优于非线性共轭梯度法。最后,通过对宕昌县官鹅沟大地电磁资料反演解释,查明了测区深部构造特征,表明算法具有较强实用性。     

复杂条件二维重力场及重力张量场空间波数域正演方法

随着传感器技术的发展,重力场与重力张量场测量技术发展迅速,为实现地下密度分布精细反演提供了数据保障。正演是反演的基础,解决任意密度分布复杂地质体重力场与重力张量正演高效、高精度计算问题,是实现重力高效、精细反演、人机交互反演解释的关键。针对起伏地形和任意密度分布这种复杂条件下二维重力场及重力张量场高效高精度正演问题,这里提出了一种空间波数混合域正演算法,其关键环节包括:①结合新的矩形二度体组合模型波数域表达式和一维Gauss-FFT算法,提出了一种任意密度分布和起伏地形下重力场及重力张量高效、高精度正演算法;②采用新的二维正演算法,计算观测最高点和最低点之间多个不同高度水平网格重力场及重力张量,结合三次样条插值方法,实现了起伏地形上重力场及重力张量场高效、高精度正演。模型算例结果表明,新方法具有高效、高精度的显著特点。     

无网格局部Petrov-Galerkin法大地电磁二维正演

将无网格局部Petrov-Galerkin算法用于大地电磁二维正演。介绍了该方法的基本原理;从大地电磁二维边值问题出发,利用子域法详细推导了与之对应的局部Petrov-Galerkin弱式方程,并用高斯积分法将其离散化。论述了无网格局部Petrov-Galerkin法较无单元Galerkin法及有限元法的优缺点,最后通过二维模型的计算验证了算法的有效性。      

地球物理位场可视化建模初步探讨

在对重磁场正演方法和科学计算可视化发展现状分析的基础上 ,初步探讨了物理地质模型的重磁场三维正演及可视化的实现基础和思路 ;简述了将重磁模型正演算法与可视化算法有机集成 ,从而实现重磁场物理地质模型的可视化建模的可行性。     

起伏地形频率域可控源电磁二维快速正反演

起伏地形频率域可控源电磁正反演研究受到众多学者的关注和重视,目前普遍实用的为未考虑地形的二维正反演算法程序。本文基于积分方程法正演和多场源、多频率、对比源反演算法,开展起伏地形条件下频率域可控源电磁二维快速正反演研究。通过引入层状参考模型、将地形与目标体整体作为异常场剖分区域,实现起伏地形可控源电磁正反演计算。针对包含地形在内的大尺度剖分区域引起的大型计算代价问题,采用快速傅里叶算法提高正反演计算效率。通过与现有正反演算法进行模型算例对比,验证了本文采用方法的可行性与有效性。     

可控源音频磁大地电流法一维正演及精度评价

研究发现，两种目前比较常用的可控源音频磁大地电流法（ＣＳＡＭＴ）的正演计算方法，即简化积分法和二次插值法之间计算结果差异较大。为了正确地评价这两种方法的计算精度，本文提出了利用直接积分进行，ＣＳＡＭＴ一维正演的算法，即通过将任意角度频率测深￣［１］正演结果沿发射源方向直接进行数值积分，得到有限长度发射源的ＣＳＡＭＴ正演结果。大量计算和精度评价发现，在这些算法中，简化积分法和本文提出的直接积分法计算结果吻合很好，是精度较高的算法，而二次插值法与前两种算法结果差别较大，是精度较低的算法。     

井间电磁波层析成像中的高精度时间域正演计算

为提高井间电磁波层析成像的分辨率, 正演计算中需保持较高的计算精度.本文正演计算中采用时间域伪谱(PSTD) 法模拟井间电磁波的传播.该算法在时间域有限差分(FDTD) 法的基础上采用快速傅立叶变换(FFT) 计算麦克斯韦方程中的空间导数.该算法除了具备时间域有限差分法的优点外, 在计算条件完全相同的情况下, 计算精度明显高于时间域有限差分法.时间域伪谱法的正演计算为井间电磁波高分辨率层析成像奠定了重要基础.      

WINSURF二次开发在瑞雷波频散曲线正演模拟中的应用

WINSURF二次开发是物化探数据处理的一种强有力工具,以其在瑞雷波频散曲线正演模拟中的应用为例,阐述了WINSURF二次开发的基本原理、方法和技巧,并给出了源代码。正演模拟试算结果表明,该程序稳定性好、通用性强,可直接作为工具来使用,从而大大缩短了程序开发周期,避免了重复缟程和资源浪费,提高了科研和工作效率。     

基于电偶源的体积分方程法三维电磁反演

利用体积分方程对电偶源激发时均匀导电半空间频率域三维电磁场进行正反演计算。计算中参考Eaton等提出的方法将雅可比矩阵分为线性和非线性偏微分项求解,然后利用阻尼最小二乘技术进行最优化迭代拟合。这种反演方法具有更广的适用范围和更高的计算精度,能够准确、稳定地得到较高分辨率的地下三维异常体电阻率分布图像。     

High Precision Time Domain Forward Modeling for Crosshole Electromagnetic Tomography

To improve the resolution of crosshole electromagnetic tomography, high precision of forward modeling is necessary. A pseudo-spectral time domain (PSTD) forward modeling was used to simulate electromagnetic wave propagation between two boreholes. The PSTD algorithm is based on the finite difference time domain (FDTD) method and uses the fast Fourier transform (FFT) algorithm for spatial derivatives in Maxwell's equations. Besides having the strongpoint of the FDTD method, the calculation precision of the PSTD algorithm is higher than that of the FDTD method under the same calculation condition. The forward modeling using the PSTD method will play an important role in enhancing the resolution of crosshole electromagnetic tomography.     

直流电阻率三维正演的预条件共轭梯度法研究

三维电阻率法对反演的精度和速度的要求越来越高,而正演是反演的基础,因此直流电阻率三维正演计算的速度和精度是三维电阻率反演实用化的关键。这里利用对称超松弛预条件共轭梯度法(SSOR-PCG),求解有限差分法离散生成的大型稀疏线性方程组,预条件矩阵的选择大大降低了系数矩阵的条件数,结合矩阵的一维非零元素压缩存储模式,使得正演计算速度得以提高,而内存占用量明显减小。在直流电阻率三维正演中采用异常场法,提高了电源点附近的解的精度。利用编制的有限差分正演程序,对两层模型、垂直接触带模型和低阻异常体模型进行了数值模拟,计算结果表明该算法是可行的,且可以明显提高正演计算的速度和精度。     

基于三次插值的大地电磁自适应有限元二维正演模拟

大地电磁(MT)数值模拟中通常使用有限单元法,通过伽辽金(Galerkin)法将微分方程转化为与其等价的泛函形式,对泛函求取极值并在单元上定义插值基函数,得到节点上电磁场值的线性方程组,最终形成大型复对称稀疏矩阵。要达到较高的有限元计算精度,一般采用密集的网格或高次插值的方法,这样做大大的减慢了正演的速度。结合两者的优点利用三次插值和h-型自适应相结合的有限元法来实现MT的正演算法。首先从一个粗网格出发并利用三次插值,通过后验误差估计方法局部加密网格,在计算量较小的情况获得较高的计算精度。这种方法可以针对目标区域和介质分界面发生突变处进行网格加密,不需要全局加密网格。最后通过对国际标准模型COMMEMI-2D1的模拟,分别比较二次插值与三次插值的自适应网格数量和数值模拟结果,证明了三次插值自适应有限元算法的可行性。     

基于改进遗传算法的Holt-Winters模型在采空沉陷预测中的应用

针对遗传算法存在的缺陷,提出了用小生境方法改进遗传算法。为了提高采空沉陷预测精度,借助Holt-Winters模型的预测功能,应用改进遗传算法求解和优化Holt-Winters模型组合参数,形成了改进遗传算法-Holt-Winters模型组合算法。将组合算法应用于长平高速公路采空区路段沉陷预测,计算表明：改进遗传算法弥补了传统遗传算法易早熟、局部寻优能力弱的缺陷;改进遗传算法-Holt-Winters模型组合算法克服了按梯度试算法搜索质量差和精度不高的缺点,输出稳定性好,预测结果相对误差在2%以内,预测精度显著提高;在采空沉陷中长期预测的相对误差小于0.79%,该算法可用于中长期采空沉陷预测。     

直流电阻率最小二乘间歇反演

为了解地下介质物理特性随时间的变化,采用地球物理监测数据的成像方法已经逐渐得到应用。一种常用的途径就是通过独立反演不同时刻采集的地球物理数据,来重构间歇影像,这使得实测的数据信息得不到充分利用。因此,这里提出了一种同时反演所有不同时刻观测数据的新方法,即通过一次反演过程来获得所有不同时刻的地下模型。在反演过程中,通过引入时间和空间正则化因子来改善反演的稳定性,减少反演的多解性。最后,以直流电阻率监测数据反演为例,验证所提算法的有效性。     

克立格算法的若干思考

克立格法是一种最优、线性(或非线性)、无偏内插估计量的方法.随着信息社会的发展,克立格法的应用范围越来越广.文中介绍了克立格法相关的计算方法,并基于Windows编写克立格算法流程图,提出改进克立格算法的若干方法,包括:①强化数据预处理;②将基本滞后距和实验变差函数计算结合起来一并运算;③防止数据溢出;④选择快速有效算法求解克立格方程组.