用改进广义逆矩阵方法解释大地电磁测深及电测深资料

本文系统阐述了广义逆矩阵反演的基本理论,着重研究解决用改进广义逆矩阵方法进行大地电磁测深和电测深曲线反演的几个具体问题,取得了良好的效果。探讨了一些规律,以求提高资料解释水平。     

具有干预机制的CSAMT数据一维最优化反演

在CSAMT测深中,测深曲线往往受到电偶极源的影响而出现畸变,这给CSAMT数据的反演解释带来很大的困惑。文中依据CSAMT法在波区与MT理论相似的原理,提出用Bostick半定量结果作为CSAMT一维反演的初始模型,采用传统最小二乘算法,结合多种常识性物性变化特点,优化层参数并控制反演过程的迭代方向,使纯粹的数值迭代转化为按地球物理特征自动迭代,其结果可更好地满足物探解释需要。算例和实测数据反演表明,优化后的CSAMT一维反演方法,反演精度较高、计算速度较快,其反演结果的正演响应曲线和实测曲线拟合得很好。     

二维MT快速曲线对比反演方法的可行性研究

最近开发了一种针对二维大地电磁野外数据进行处理解释的新反演方法。该方法以加入阻抗相位信息的一维大地电磁连续介质曲线对比法为基础 ,把一维反演得到的电阻率和相位的数据集作为二维反演的初始模型 ,使用二维有限单元法做正演模拟。在程序的后继迭代中 ,深度方向上用一维反演修改模型的电阻率和深度值 ,沿测线方向由二维有限元作修改 ,反演结束可得到一个接近真实电性分布的电阻率数据集 ,并绘制成电阻率断面图。对模型的反演实验结果显示 ,该反演方法能够较真实地反映地下电性分布 ,而且避免了偏导数矩阵的计算 ,其原理简单 ,计算速度快 ,表明该反演方案是可行的     

基于遗传算法和统计学的电阻率测深二维反演研究

本文介绍了一种以遗传算法和统计学为基础的反演方法,该方法利用一维反演结果的统计学特征确定地层电性结构并设计初始模型,使用遗传算法修改模型,经过二维有限单元法正演达到拟合误差最小,从而完成电阻率测深数据的二维反演.这个方法的优点在于不需要解大型线性方程组,降低计算量,先判断地层电性结构,反演后给出用地电断面表示的直观的解释结果.理论模型试算和模型实验证明该方法效果较好.     

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.     

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。     

新疆玛纳斯大震区地壳深部的电性结构

对玛纳斯大震区新近观测的大地电磁测深数据进行了处理,得到视电阻率曲线、阻抗相位曲线、二维偏离度、主轴方位角和地磁实感应矢量。然后对所有测点的资料进行了二维自动反演解释。结果表明,沿剖面的地壳浅部可划分为５个区段,沿剖面的深部可划分为３个区段,各区段的接触边界由断层或深断裂带组成。沿测线沉积盖层最大深度达１２ｋｍ左右;测线南段存在壳内低阻体。这些解释结果与地质及其它资料吻合较好。玛纳斯７．７级地震发生在地壳电性结构发生明显变化的接触带附近     

高密度电法数值模拟及其在寻找北京人头盖骨化石中的应用

为寻找埋藏在地下两米以内深度装有文物的木箱,采用高密度电阻率方法进行了探测.在完成三维正演与二维反演数值模拟的基础上进行了野外数据的反演解释工作,利用三维局部异常体的正演响应特征及二维反演结构与真实模型的对应关系,对实际的数据进行了认识解释,得到了目的层的异常体可能是地道而不是木箱的初步结论.实际表明,利用高密度电法来进行浅层的探测是可行的.     

三层倾斜电性层模型的电测深曲线反演

本文根据对三层倾斜电性层模型的电测深曲线反演结果,解释了地电台址的电测深曲线的复杂性,对如何较精确地确定各电性层的埋藏深度作了探讨。     

基于CUDA并行计算的大地电磁二维有限元数值模拟研究

大地电磁测深二维反演是现有MT数据处理解释的主流,而反演的速度依赖于正演的计算精度和速度.本文在简要介绍CUDA并行计算模型的基础上,对MT二维有限单元数值模拟进行了分析,采用基于CUDA并行技术和有限元数值模拟技术,实现了基于CUDA并行计算的大地电磁二维有限元数值模拟方法.通过一个三层模型的CDUA并行算法计算结果与解析解对比,及3个复杂模型的CDUA并行算法与CPU串行算法计算结果对比分析,结果表明,这种新的数值模拟方法在保证计算精度的同时能显著提高计算速度,加速比可达20多倍.     

大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟

系统地论述了大地电磁三维交错采样有限差分数值模拟算法实现过程中交错网格剖分、积分公式离散化、边界条件、方程组求解、三维张量阻抗的计算等内容. 由于提出了简洁的边界条件，采用了解大型系数矩阵方程组的双共轭梯度稳定解法，所实现的三维交错采样有限差分数值模拟算法具有迭代收敛稳定、计算精度高、速度快等特点. 通过两个理论模型的计算结果检验了算法的正确性和计算精度. 所实现的三维交错采样有限差分数值模拟算法为研究三维反演问题奠定了基础.     

用改进的光滑约束最小二乘正交分解法实现电阻率三维反演

对三维电阻率反演问题进行了深入研究,提供了一种利用地表观测数据实现三维反演的实用算法.该方法应用有限差分求正演解,并通过对粗糙度矩阵元素进行适当改进,使之适用于各种情况下粗糙度矩阵的求取,进而建立在模型的总粗糙度极小条件下的反演方程.对反演方程采用收敛速度快且稳定的最小二乘正交分解（LSQR）法进行迭代求解,在迭代求解过程中只需利用偏导数矩阵和其转置矩阵乘以一个向量的结果,回避了直接求偏导数矩阵的繁琐计算,节省了内存,加快了反演的计算速度.不同的计算实例表明上述方法是求解大规模三维电阻率反演问题的有效方法.     

大地电磁非线性共轭梯度拟三维反演

提出了非线性共轭梯度法大地电磁拟三维反演.该方法选取共轭梯度反演算法为拟三维反演的核心.在计算灵敏度（Jacobian）矩阵时,吸取近似灵敏度矩阵思想,采用一维灵敏度矩阵来代替三维灵敏度矩阵,并对非测点的灵敏度元素提出一种近似方法.在第一次反演之后,采用拟牛顿法更新灵敏度矩阵.拟三维反演法在很大程度上节省了计算时间,并且理论模型和实际资料的反演试算结果表明大地电磁拟三维反演法具有一定的实用价值.     

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.     

基于紧凑存储的任意四边形网格有限元法地震波场数值模拟

采用有限元法精确模拟复杂介质条件下的地震波场,一般采用三角单元,但在节点数相同的情况下,三角单元的计算精度不如矩形单元高,采用三角单元模拟复杂界面时,编制确定结构刚度矩阵非零元素位置的程序也较为麻烦。采用矩形单元离散含有倾斜或起伏界面的地质模型时,无法避免绕射噪声,若加密网格又会增加计算量。为此,本文基于任意四边形单元模拟声波的传播,在倾斜或起伏界面条件下,可以有效避免因离散引起的“阶梯状”界面,在不增加计算量以及内存占用的前提下,有效地消除离散绕射噪声。采用对角的集中质量矩阵代替一致质量矩阵,避免矩阵的求逆运算,从而提高显式有限元法的计算效率;对结构刚度矩阵采用紧凑存储格式,每一行需要存储的元素最多为5个,同时零元素不参与运算,既减少内存的占用,又极大地提高计算效率。      

基于矢量有限元的带地形大地电磁三维反演研究

研究了基于矢量有限元方法的大地电磁带地形三维反演算法并开发了三维反演计算程序代码.在大地电磁场正演数值模拟方面,采用并行直接稀疏求解器PARDISO且无需进行散度校正的快速正演方案,对典型地形模型,在中等规模计算条件下,与双共轭梯度法(BICG)计算结果比较,发现PARDISO比BICG快10倍以上;通过理论模型试算,并与前人的有限元法计算结果对比,验证了带地形三维正演计算程序的正确性.在反演方面,本研究基于共轭梯度方法编写了大地电磁带地形三维反演代码,为了避免直接求取雅可比矩阵,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,进而将PARDISO的快速正演方案应用于“拟正演”问题的求解,以提高反演计算效率.利用开发的反演算法对多个带地形地电模型的合成数据进行了三维反演,反演结果能很好地重现理论模型的电性结构,验证了本文开发的三维反演算法的正确性和可靠性.最后,利用该算法反演了某矿区大地电磁实测数据,反演得到的三维电性结构清晰地反映了研究区的地电特征,将反演结果与该区已有地质资料结合进行解释,应用效果明显,进一步验证了本文算法的有效性.     

复杂地形三维直流电阻率有限元数值模拟

系统地论述了用有限单元法研究复杂地形条件下三维直流电阻率的正演计算技术.首先给出了三维构造中点源电场的边值问题以及相应的变分问题;然后利用有限单元法求解变分问题,采用四面体单元对研究区域进行剖分,在单元中进行三线性函数插值,将变分方程化为线性代数方程组;最后,考虑到节约计算时间,利用对称超松弛顸条件共轭梯度迭代算法求解大型线性方程组,得到了各节点的电位值,进而计算出地表的视电阻率.通过理论模型的计算检验了算法的可行性之后,给出了几种常见纯地形异常的数值模拟结果和一个组合模型的计算结果,其研究工作为研究三维直流电阻率反演奠定了基础.     

用边界单元法模拟二维地形对大地电磁场的影响

本文用边界单元法模拟二维地形对大地电磁场的影响.首先用格林公式将二维大地电磁的边值问题转变成积分方程,然后用边界单元法解积分方程,得到地形上的大地电磁场和它的法向导数,由此可计算电阻率.与有限单元法相比,本方法剖分后的地形与实际地形的拟合程度高,向计算机输入原始数据的工作简单,可以在微机上计算地形引起的视电阻率.本方法适合于在野外生产现场进行大地电磁法的地形改正.计算表明,地形对H_x型波的影响比对E_x型波严重得多;随着周期的增长,地形对H_x型波的影响变得稳定.     

构造热演化的数值模拟方法

对模拟构造热演化的二维和三维非稳态热传导-平流微分方程的数值求解进行了研究.在空间和时间上分别应用有限单元法和差分法进行离散化处理;推导了非稳态热传导-平流有限元方程.在求解技术上发展了“迎风”权函数方法,将有限元法、有限差分法和“迎风”权函数法结合起来,使用变网格、变结点方法对地质体的运动介质、运动边界、多热源的非线性、非稳态的构造热演化进行了模拟.并对各种热源体的处理、初始条件和边界条件的处理进行了分析.