带约束的多辐射场源半航空瞬变电磁一维自适应正则化反演方法

基于多辐射场源半航空瞬变电磁法,研究了一种带约束的适用于垂直分量的一维自适应正则化反演算法.该算法在Occam反演的基础上,采用CMD自适应调节方案改进了拉格朗日乘子的处理方式,利用自然边界条件和模型修正量可行下降方向法对反演过程进行约束,在提高反演过程计算效率的同时,保证反演结果的稳定性和可靠性.层状模型试算结果表明...     

剥皮算法在瞬变电磁低阻异常分离中的应用

一维反演方法是瞬变电磁法数据解释最为成熟和常用的方法,相关研究成果较多.但是在实际应用中,对于同时存在规模相当的两层低阻层时,一维反演结果只能显示为综合的一层低阻层.为将同时存在的两规模相当的低阻层在瞬变电磁法一维反演结果中区分开,通过剥皮算法,在理论模型中建立一定的假设条件,近似地求得剥除上层低阻层的响应后的瞬变响应,对于实际条件中不满足假设条件的情况,提出了更加粗略的假设条件,并且对反演结果可能造成的影响进行了讨论.理论模型计算结果表明,瞬变电磁剥皮算法可以有效地反映出下方低阻层,实现了良好的异常分离效果.     

基于自适应纯形模拟退火法一维大地电磁测深视电阻率和相位反演研究

针对大地电磁测深反演中线性化方法容易陷入局部极值,而全局优化方法收敛慢等问题,这里采用自适应纯形模拟退火综合优化方法进行大地电磁测深数据反演。该优化方法综合了下降纯形法和模拟退火法各自的优点,已被证明具有全局搜所能力和收敛速度快的特点,并且实现了视电阻率和相位同时反演,减小多解性的同时提高了反演的分辨率。通过H、K和HKH型模型的数值计算,验证了这种综合优化方法的搜索效率和全局收敛性;所有模型合成数据的反演结果都能较好地反映真实模型的结构特征。对于中间层为相对高阻的模型,虽然相对其他层结构恢复差些,但是反演后该层结构基本得到恢复。     

基于边界约束有限内存的拟牛顿CSAMT一维反演及应用

可控源音频大地电磁法（CSAMT）正演具有计算耗时、精度低的特点;常规的反演方法边界处理简单,占用内存大,搜索方向也难以精准,严重影响反演效果。为了实现CSAMT快速高精度正演,改善边界处理方法以减少内存占用,优化搜索方向以减少迭代反演次数,提出基于边界约束有限内存的拟牛顿CSAMT一维反演方法。首先,在CSAMT正演中基于高斯积分与并行算法实现了一维介质模型条件下有限长导线源激发的水平电场快速高精度计算。其次,在反演方法中,分别构建了基于相对误差和绝对误差的两种目标函数,并引入光滑模型约束,采取自适应正则化策略更新正则化因子,并采用基于边界约束的有限内存拟牛顿算法（LBFGS_B算法）,实现了CSAMT一维准确快速反演。以含低、高阻薄层的多层地电模型的水平电场E_x振幅为反演数据进行直接反演和模型检验。结果表明,该方法能够反映出地层电阻率随深度变化的趋势,并对高、低阻薄层有较好的分辨能力,低阻薄层分辨效果更佳。实际CSAMT资料的反演剖面的分辨率优于常规的连续介质反演方法,地质效果明显,表明该方法具有良好的应用前景。      

基于横向约束的中心回线瞬变电磁一维反演

在中心回线瞬变电磁反演过程中,为保证反演结果横向连续性,可施加横向约束,将多个测点组合成一个整体进行反演,在相邻测点之间建立相关联系,从而保证反演结果的连续性。本文横向约束使用横向加权、垂向粗糙度约束来增强相邻测点之间联系,提高反演精度。在反演过程中引入自适应正则化因子,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的范数自适应得到,可改善反演过程中对初始模型的依赖。最后使用该算法对基于非结构时间域有限元三维正演数据及实测数据进行反演,与实际结果相符,表明该算法可增强反演结果的连续性且具有很好的抗噪能力。     

瞬变电磁法低阻薄层反演

瞬变电磁反演方法对瞬变电磁数据解释有极其重要的作用。在实际工程中,由于地下低阻薄层响应较弱,现有的反演方法很难将其分辨出来。文中基于正则化反演理论,提出了一种新的模型约束加权方法,对地层的光滑度施加了周期性大幅变化的权值,通过两次迭代可自适应的反演出低阻薄层区。小权值使模型对电性参数的大尺度变化有较高的敏感性,便于筛选出异常薄层;同时,与小权值交错分布的大权值能尽量保证反演曲线的连续性,降低反演的多解性。通过仿真验证,该方法对低阻薄层区的分辨能力比传统算法更高,对较厚区域低阻区的分辨能力与传统方法类似。该方法迭代稳定,不依赖地层先验信息,具有很高的工程实践性。     

太康隆起东段地热资源远景区调查评价与研究

应用大地电磁测深法(MT)对太康隆起东段深部地层结构及隐伏断裂进行探测研究,共布设了4条MT剖面,获得了97个测深点,并对所获得的MT数据的二维偏离度、构造走向等进行计算和分析,采用非线性共轭梯度(NLCG)二维反演方法对TE和TM模式的数据进行联合反演,得到了可靠的地下介质二维地电模型。研究结果表明,商丘凸起电性结构纵向上具有典型的分层特征,从上到下可分为三层,即低阻层-中高阻层-高阻层。根据该电性结构模型,结合研究区域重力、航磁、地震及区域地质资料,绘制了商丘凸起基岩地质图,同时根据深部基底隆起形成的高阻异常与区域地温场高值区具有较好的对应关系,据此圈定了2处地热异常远景区。     

大地电磁测深反演技术有效性对比试验

设计了一个简单的三维模型:三维低阻异常体和高阻异常体位于一维层状介质模型中,以"十"字型和"米"字型观测剖面方式作为模拟方式,开展模型一维、二维、三维反演技术有效性对比试验,其中一维反演计算采用自适应正则化(ARIA)反演,二维反演计算采用非线性共轭梯度(NLCG)反演,三维反演计算采用REBOCC三维反演,将剖面下方不同的反演结果与原始模型进行对比分析,发现:在该模型条件下,一维和二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,REBOCC三维反演更偏向重建原始模型的宏观电性特征;在一维反演结果中,对于深部的电性结构特征,通常TE极化模式的反演结果好于TM极化模式,TE/TM几何平均值反演结果介于前两者之间;在二维反演结果中,通常TM极化模式的反演结果好于TE极化模式,TE/TM联合模式反演结果与TM极化模型相当,甚至更好;模型REBOCC三维反演相比一维、二维反演更易受反演结果多解性影响,REBOCC三维反演结果偏向重建原始模型的宏观电性特征。     

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。     

TEM探测深部煤层上覆多电性层的OCCAM反演

瞬变电磁法（TEM）以其对低阻体反映灵敏而被广泛用于煤矿水文地质勘探中,当煤层埋藏较深,上覆地层纵向上有多种电性层存在时,瞬变电磁法晚期经验公式计算结果已不能反映实际情况。通过深入研究OCCAM反演算法,认为选择使误差目标函数达到最小的正则化参数,在反演迭代步长过大时进行压缩迭代步长的控制方法,以及最光滑的模型约束,可以提高反演分辨率。在瞬变电磁数据处理中使用加入了上述参数、控制和约束的反演技术,经对理论模型数据进行反演,反演结果与模型的电性分布规律吻合,表明算法正确;在华北煤田深部采场的瞬变电磁法探测应用中,OCCAM反演分辨出了煤层上覆多种电性地层,效果较好。      

定源回线TEM数据的约束反演方法及应用效果

为消除TEM定源回线装置增大接收区域后明显的边框效应,且提高TEM的分层能力,达到提高对不同电性地层精细分辨的目的,采用带约束的正则化反演方法。在反演算法中,拉格朗日因子采用CMD正则化因子的自适应调节方案,自主调整。为保证反演过程的高效、稳定且结果收敛性,使反演模型每一层的厚度按照等对数间隔进行离散,减少矩阵方程的病态性;同时对反演电阻率值采用可行的上下限约束,使迭代的结果不至于出现极值或错值,降低反演的多解性。通过对多层理论模型的计算,证明了约束反演算法的正确性和可靠性,将其用于实测瞬变电磁法勘探数据的反演计算中,反演电阻率纵向分布规律与已知地层电性资料吻合,解释的异常区得到了钻探验证,结果可靠。      

波阻抗反演中的全局寻优策略

针对常规基于模型的波阻抗反演方法严重依赖于初始模型的选择和易陷入局部最优等局限性，提出了一种新的全局寻优策略。该反演策略是在常规测井约束反演的框架中加入一定次数的遗传全局搜索机制。如果迭代过程一旦陷入局部最优解；就可以把已经形成的局部最优解作为寻优的新起点，在此基础上进行全局遗传寻优，搜索更优的反演结果。通过模型数值计算和实际资料处理，表明该反演策略具有跳出初始模型控制的优良性能和良好的实际反演效果。     

基于遗传算法优化的BP神经网络在密度界面反演中的应用

BP神经网络方法在二维密度界面的反演中取得了较好的效果,但在反演三维界面时,由于模型更复杂、参数更多,BP神经网络的收敛速度和反演精度都有一定程度的下降。为了改善反演效果,本文利用遗传算法对BP神经网络的权值、阈值选择过程进行优化,获得了更好的网络模型;并将此模型应用于密度界面模型的反演中,预测误差从上百米减小到数十米,同时迭代计算步数减少了近2/3,有效减少了计算时间,反演结果更准确。利用基于遗传算法优化的BP神经网络反演了法国某地区莫霍面深度,预测相对误差仅为1.8%,取得了较好的应用效果。基于遗传算法优化的BP神经网络在密度界面的反演中具有良好的应用价值和研究前景。     

基于大炮初至的近地表层析反演方法研究及应用

详细研究了射线追踪、层析反演方法原理以及层析反演数值求解算法,提出了利用大炮初至直接建立初始地震模型,由小折射和微测井进行约束的层析反演近地表速度模型的处理流程,提出了基于多次回溯的高精度快速射线追踪算法和层析反演数值求解算法。采用双重网格技术提高正演模拟计算精度和层析反演的成像质量,另外,充分考虑多种质量控制方案,确保最终的反演速度模型精确。设计了10种不同地表地质条件的理论模型,进行模型试算,并在实际生产中应用,理论模型试算和实际资料反演结果证明了本文方法的正确性。     

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。     

基于细化分层法探讨面波频散曲线反演参数的简化

常规频散曲线反演过程中需要不停地改变分层数、层厚度和层速度等参数,实现过程相对繁琐,而采用细化分层法对反演参数进行简化则避免了上述缺点。具体思路为：根据目的层探测深度（如20m）将地下介质分为若干个（20个）厚度为1m的薄层和1个均匀半空间层（共21层）,这样在反演中分层数和层厚度均为已知参量,反演过程只需修改速度参数即可,避免了改变分层数和层厚度等参数,显著简化了反演计算过程。正演计算和反演结果均表明：细化分层与实际分层计算出的频散曲线是等效的,细化分层反演结果的总体效果与真实模型非常接近,这说明细化分层方法用于频散曲线反演是切实可行且有效的;将地下介质划分为1m厚的薄层,反演后每层均可得到1个横波速度,能满足反演分辨率的要求;由于实际地下介质的速度是随深度渐变的,细化分层后比按频散曲线拐点分层（每分层的厚度可能是几米或几十米,同一分层内介质的横波速度相等）更接近实际情况。     

应用改进的遗传算法反演多层密度界面

利用具有全局优化功能的遗传算法直接反演多层密度界面.首先根据重力反演的特点对遗传算法进行改进, 使遗传算法基因交换过程中交换位置的确定同重力异常的拟合情况相结合, 给出适合于重力反演特点的遗传算法.然后利用改进后的遗传算法直接反演多层密度界面.理论模型和实际剖面的计算表明改进是有效的.      

花岗岩巴西劈裂试验的矩张量反演研究

为了研究岩石张拉破坏的过程和机制,首先通过模拟计算,验证了加权反演法在进行巴西劈裂试验矩张量求解方面的优越性;其次基于花岗岩的巴西劈裂试验,进行声发射监测、事件定位及矩张量反演,并分析标准反演法和加权反演法对应矩张量结果的差别;使用聚类分析K均值算法对矩张量结果进行分簇研究。研究结果表明：模拟计算中加权反演法可以降低巴西劈裂试验矩张量反演误差;室内花岗岩巴西劈裂试验中,加权反演法较大程度地优化了声发射事件的剪切成分以及压/拉应力轴的分布,使得反演结果更加合理。针对加权反演结果,所有事件可分成3簇,同簇内事件的破裂类型、应力状态、破裂机制、辐射模式等均相近;不同簇中的事件在时空上交叉分布,试验后期在圆盘东?西方向上具有较为明显张拉特性的事件骤增,于圆盘中心附近聚集并占据主导,最终导致试样的宏观破裂。研究结果解释了花岗岩巴西劈裂试验的破裂过程和破裂机制,为岩石力学行为研究提供进一步指导。     

基于模拟退火粒子群优化算法的裂缝型储层各向异性参数地震反演

发育垂直定向排列裂缝的地下岩石可等效为具有水平对称轴的横向各向同性（horizontal transverse isotropic,HTI）介质。针对HTI介质模型,本文研究了裂缝型储层的各向异性参数地震振幅随方位角变化（amplitude variations with azimuth,AVAZ）的反演方法。首先,在地震AVAZ反演流程中,提出采用模拟退火粒子群优化算法实现裂缝型储层各向异性参数反演。之后,通过理论模型测试,验证了基于模拟退火粒子群优化算法的地震AVAZ反演的有效性。最后,将反演方法应用于四川盆地龙马溪组页岩气储层实际方位地震数据;在反演之前先利用傅里叶级数方法估计裂缝方位并对实际数据进行方位校正,以提供更准确的输入数据;通过计算得到的P波、S波各向异性参数可用于评价裂缝发育程度。反演结果表明,研究区域构造顶部裂缝较发育,与地质基本理论一致,验证了反演方法的合理性。