大地电磁阻尼粒子群优化反演法研究

粒子群优化算法（PSO）是模仿鸟群寻找食物的社会行为的一种全局最优化算法,在多维空间函数寻优、动态目标寻优等方面有着收敛速度快、解质量高且需要设置的参数较少等优点.本文在研究常规粒子群优化算法的基础上,对常规的粒子群算法进行了改进,提出了一种新的惯性权重ω参数振荡递减策略,加快了PSO算法的收敛速度,构造的新算法称为阻尼粒子群优化算法.在MATLAB 6.5 编程环境中对阻尼PSO算法进行了数值实验,并对大地电磁测深的理论模型和实测数据进行了反演试算,结果表明,阻尼PSO算法不依赖于初始模型、能够搜索到全局极值,不易陷入局部极值,是一种快速有效的地球物理反演方法.     

轴对称地层中高分辨率阵列侧向测井信赖域反演法

本文研究轴对称地层中高分辨率阵列侧向测井（HRLA）的多参数信赖域反演方法.首先对前期HRLA的有限元正演方法进行改进,提出基于叠加原理和并行直接稀疏求解器PARDISO的快速正演方案,更适合于反演计算.将HRLA反演问题转化为非线性最小二乘问题,利用信赖域算法求解.为提高反演速度,推导了目标函数对优化参数偏导数的具体计算公式.对典型地层模型,与已有文献中Jacobi预条件共轭梯度法（JCG）计算结果比较,发现PARDIDO比JCG快10倍以上,验证了本文正演程序的正确性与高效性.利用信赖域算法求解了电阻率四参数反演和传统的三参数反演.研究结果表明：并行直接稀疏求解器PARDISO能有效求解此类HRLA正演问题,对6次不同探测深度的测井模拟,所形成的有限元刚度矩阵完全相同,只须进行一次矩阵分解,大大加快了正反演的速度.信赖域算法收敛速度快,且具有全局收敛性. HRLA的信赖域反演结果几乎不依赖于初值的选取,从较差初值出发仍能得到满意的反演结果.另外信赖域算法抗噪能力比较强,即使对测井数据添加信噪比为10dB（甚至5dB）的高斯白噪声,仍能通过反演得到较为准确的地层参数.     

对大地电磁资料曲线对比反演法的一点改进

对大地电磁资料曲线对比反演法的一点改进晋光文孙洁王继军（国家地震局地质研究所，北京１０００２９）在大地电磁测深资料反演解释中，Ｂｏｓｔｉｃｋ反演法因其不需要初始模型以及实施的方便、快捷而被广泛应图１在Ｓ５２（上）和Ｓ６４（下）号测点，两种反演方法得到     

带相位信息的一维大地电磁曲线对比反演法

在大地电磁连续介质曲线对比法反演的基础上 ,引入了相位信息 ,即在反演的模型视电阻率的修改量中加入了相位改正量 ,从而提高了收敛速度 ,稳定了反演过程。与其他方法的模型研究比较 ,加入相位信息的曲线对比法反演的结果 ,能够较真实地反映模型的电性分布 ,并可为多维反演提供初始     

基于子空间的二维大地电磁量子遗传反演法研究

量子遗传算法作为一种高效的优化算法,仍存在容易陷入局部极值的缺点.为提高算法的高效性,并探讨将算法应用于大地电磁二维反演的可行性和有效性,本文对算法进行了改进,并通过一维两层D型和四层HK型模型数值试验验证了改进的有效性.然后将改进后的算法引入二维大地电磁反演,在引入滑动子空间思想,同时只考虑最简化反演条件的前提下,对一个简单的二维低阻地电模型进行了传统量子遗传算法和改进量子遗传算法的反演,结果说明了将量子遗传算法引入基于子空间的二维大地电磁反演是可行的和有效的,而且改进的算法效果要优于传统算法.最后对实测资料进行了反演,得到了比较好的结果.     

带相位信息的一维大地电磁曲线对比反演法

在大地电磁连续介质曲线对比法反演的基础上，引入了相位信息，即在反演的模型视电阻率的修改量中加入了相位改正量，从而提高了收敛速度，稳定了反演过程。与其他方法的模型研究比较，加入相位信息的曲线对比法反演的结果，能够较真实地反映模型的电性分布，并可为多维反演提供初始模型。     

大地电磁全张量响应的一维各向异性反演

目前大地电磁(MT)测深资料反演主要基于各向同性介质,但随着MT实际应用的需要,各向异性研究已逐渐引起关注.我们采用广泛应用的广义逆法对一维MT水平层状各向异性介质模型反演进行了探索性研究,并实现了MT全张量响应(即所有的阻抗张量的视电阻率和相位)的一维各向异性反演.理论模型试验表明,无论理论观测值中是否含有噪声,这种方法都能够较好地恢复真实模型,验证了其正确性和有效性.将此方法用于MT实测资料时,能够同时拟合4对视电阻率和阻抗相位曲线,说明本方法可以用于实测资料的处理解释,具有一定的实用价值.     

大地电磁一维连续介质反演的曲线对比法

根据电磁波的传播特性,把视电阻率随周期变化的曲线转化为电阻率随深度变化的曲线,并以此作为初始反演的地电模型．通过初始地电模型得到的视电阻率曲线与真实模型的视电阻率曲线的对比,对初始地电模型的电阻率值进行校正．校正后的反演模型的视电阻率曲线与真实模型的视电阻曲线的拟合程度有所提高．然后如此反复进行多次校正,获得与真实模型更为接近的反演模型,反演的拟合误差一般小于ｌ％．模型试验和实际例子表明,该方法的拟合程度优于Ｂｏｓｔｉｃｋ法．     

大地电磁自适应正则化反演算法

针对大地电磁正则化反演中正则化因子的选取困难问题提出了自适应正则化反演算法（Adaptive Regularized Inversion Algorithm, ARIA）. 在该算法中, ①提出了一种新的数据方差处理方法：数据方差规范化,使得数据方差的大小只对数据的拟合发生影响,不对数据目标函数和模型约束目标函数的权重产生影响,从而减少了正则化因子取值的影响因素;②提出了粗糙度核矩阵的概念,并给出了由基本结构插值基函数计算粗糙度核矩阵的公式,使得模型目标函数的构建更为简便、直接;③根据数据目标函数、模型约束目标函数和正则化因子之间的关系,提出了两种正则化因子自适应调节方法. 本文详细阐述了最平缓模型约束下的大地电磁一维连续介质反演的ARIA实现,以几个算例的分析比较来说明ARIA的有效性.     

大地电磁一维连续介质反演的曲线对比法

根据电磁波的传播特性，把视电阻率随周期变化的曲线转化为电阻率随深度变化的曲线，并以此作为初始反演的地电模型．通过初始地电模型得到的视电阻率曲线与真实模型的视电阻率曲线的对比，对初始地电模型的电阻率值进行校正．校正后的反演模型的视电阻率曲线与真实模型的视电阻曲线的拟合程度有所提高．然后如此反复进行多次校正，获得与真实模型更为接近的反演模型，反演的拟合误差一般小于ｌ％．模型试验和实际例子表明，该方法的拟合程度优于Ｂｏｓｔｉｃｋ法．     

大地电磁法三维共轭梯度反演研究

Based on the analysis of the conjugate gradient algorithm, we implement a threedimensional （3D） conjugate gradient inversion algorithm with magnetotelluric impedance data. During the inversion process, the 3D conjugate gradient inversion algorithm doesn＇ t need to compute and store the Jacobian matrix but directly updates the model from the computation of the Jacobian matrix. Requiring only one forward and four pseudo-forward modeling applications per frequency to produce the model update at each iteration, this algorithm efficiently reduces the computation of the inversion. From a trial inversion with synthetic magnetotelluric data, the validity and stability of the 3D conjugate gradient inversion algorithm is verified.     

The inversion of the data of magnetotelluric sounding and electromagnetic frequency sounding with horizontal electric dipole

On the basis of the dispersion relation of magnetotelluric response functions (MTRF), a filter coefficient algorithm has been made, with which the corresponding impedance phase data can be estimated using a set of apparent resistivity data. The tests of theoretical models and observed magnetotelluric (MT) data show that this algorithm is effective. Comparing the impedance phase estimated using dispersion relation with the observed phase, it can be checked whether the dispersion relation between the observed apparent resistivities and phase data was satisfied. The use of phase data corrected using the dispersion relation in the joint inversion for MT impedance is advantageous to obtain more reliable inversion results. The problems on the one-dimensional joint inversion for the (MT) apparent resistivity and the apparent resistivity of the frequency electromagnetic sounding (FEMS) with horizontal electric dipole, whose observed frequency bands are linked up each other, are studied. The observed data of two kinds of electromagnetic (EM) methods at two sites are used to inverse, the comparison with the drilling data show the results are more reliable. To supply the phase data of FEMS using the dispersion relation, for the apparent resistivity-phase data and impedance real part-imaginary part apparent resistivities of two kinds of EM methods the imitated MT joint inversions are made, and more similar results also are obtained. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,15, 91–96, 1993. The projects sponsored by the Chinese Joint Seismological Science Foundation.     

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.     

大地电磁测深三维正演模拟及异常特征研究

为了实现大地电磁测深三维高效快速正演算法,本文研究了大地电磁测深积分方程三维正演模拟的理论与方法.首先详细地推导了Fredholm型积分方程;然后给出积分方程的离散方法、并矢格林函数积分的求解方法以及大型矩阵方程的存储与求解方法;最后,通过理论地电模型的计算检验了方法和程序编制的正确性,并展示了几种理论地电模型的数值计算结果,分析其异常特征.算例结果表明,该正演算法在CPU主频为1.81GHz、内存为1GB的计算机上能正确地模拟多个异常体的异常特征;地表电性不均匀体会使地表视电阻率曲线产生十分严重的畸变;TE模式相对TM模式纵向分辨率比较好,而TM模式的横向分辨率较好;随着异常体埋深的增加,反映异常的分辨能力进一步降低.     

利用拟牛顿法和信赖域法联合反演震中分布与一维速度结构

本文将拟牛顿法与信赖域法相结合的反演方法用于地震震中和一维速度结构的联合反演. 通过数值试验比较发现：用拟牛顿法构造Hessian矩阵,虽然仅利用目标函数的一阶导数信息, 但由于保证了正定性和拟牛顿条件, 比解析求得Hessian矩阵更加高效稳定, 通过与信赖域方法的结合,使得该联合反演方法与经典的联合反演方法相比不仅具有较高的计算效率和较高的反演精度,同时也具有更强的总体收敛性.利用本文方法对台湾集集地震重新定位结果（纬度23.86°N, 经度120.80°E, 深度10km, 发震时刻1999年9月21日17:47:16.0）与前人主流结果一致.此外,该方法对不同初始速度模型以及不同的地震到时数据集均可给出较一致的结果,进一步表明该方法的优越性.本文还利用1998～2001年间华北遥测地震台网40个台站记录到的64次地震的971条P直达波和首波到时资料,采用本文提出的方法吩北京及其邻区的一维地壳P波速度结构进行联合反演, 结果表明该地区浅层地壳速度较低,中部地壳速度较高, 下部地壳速度逐渐递增.     

基于贝叶斯方法的二维大地电磁尖锐边界反演研究

针对常规大地电磁（Magnetotelluric,MT）反演方法对电阻率异常体边界不太敏感的问题,本文尝试基于贝叶斯理论开展二维大地电磁电阻率尖锐边界反演研究.在反演中,模型参数由边界位置及内部电阻率组成,通过贝叶斯理论将模型参数与数据相联系,采用Markov Chain Monte Carlo（MCMC）的Metropolis-Hastings（MH）方法对后验概率密度函数（Posteriori Probability Density,PDD）进行采样.采样过程中无罚值函数约束,完全以数据自身所包含的信息对模型进行约束,同时与有限约束进行比较,并考虑不同起始采样点对结果的影响.以接受率为参考,用模型算例说明MH方法中建议分布函数选择的重要性.当模型参数间相关性较弱时,使用边缘概率分布对采样结果进行分析.该方法能给出模型参数的分布范围,并给出该模型参数范围对应的数据范围.通过与已知模型的对比及数据拟合情况分析检验了该反演方法的有效性.该方法有助于提高大地电磁尖锐边界反演的分辨能力.