约束优化的微分进化算法在波动方程反问题中的应用

本文提出了一种约束优化的微分进化算法,该算法使得种群在演化过程中能保持较好的多样性,且参数设置简单,不容易陷入局部最优,并能在较短时间内找到约束优化问题的最优解.结合有限元法对波动方程反问题进行研究,在对一维及二维波动方程反问题的数值模拟中都得到了较好的结果,表明了该算法具有较好的稳定性和较强的抗噪能力.     

波动方程参数反演方法研究进展

根据波场信息重建波动方程系数项是地球物理反演中一个重要研究方向.波动方程参数反演方法按照求解方式的不同,可以分为直接反演方法、迭代反演方法、搜索类反演方法、混合优化反演方法和联合反演方法.目前发展的参数反演方法多数都处于理论计算阶段.研究能求解实际地震资料的参数反演方法具有重要意义.为取得可靠的反演结果,信息的转化开发...     

二维波动方程约束反演的大范围收敛广义脉冲谱方法

针对二维波动方程，将大范围收敛的同伦 方法引入算子参数识别反演的过程，并结合求解不适定问题的Tikhonov正则化方法，设计了二维波动方程反演的大范围收敛广义脉冲谱方法，并利用测井资料进行了约束反演. 大量 的数值模拟结果以及抗噪实验均表明了方法的有效性.     

二维地震资料波动方程非线性反演

针对反演的要求和实际问题的需要,提出利用地震资料叠前数据进行二维波动方程反演,采用最小平方拟合修正模型参数的非线性反演方法,构造了问题的加速迭代算法．反演算法充分利用了冗余的叠前数据和多道相关性,可以分离噪声和信号,使噪声不参与或很少参与反演,算法抗噪能力强．数值模拟例子表明算法有效和稳定,得到了令人满意的结果．     

二维地震资料波动方程非线性反演

针对反演的要求和实际问题的需要，提出利用地震资料叠前数据进行二维波动方程反演，采用最小平方拟合修正模型参数的非线性反演方法，构造了问题的加速迭代算法．反演算法充分利用了冗余的叠前数据和多道相关性，可以分离噪声和信号，使噪声不参与或很少参与反演，算法抗噪能力强．数值模拟例子表明算法有效和稳定，得到了令人满意的结果．     

二维波动方程速度的正则化－同伦－测井约束反演

针对二维波动方程反问题,将大范围收敛的同伦方法引入速度参数的反演过程中,并将其与求解不适定问题的Tikhonov正则化有机结合,提出了一种新的、特别适用于非线性的、不适定的、多极值的地震勘探反演问题的反演策略：正则化－同伦方法. 为了充分利用测井资料和地震资料的互补特征,进一步提高反演分辨率并压制噪声,设计了正则化-同伦－测井约束联合反演方法. 大量数值试验结果表明了这两种方法的有效性.     

层状介质的声波波动方程反演

基于广义反射透射系数矩阵正演方法 ,讨论了层状介质的声波波动方程反问题 .推导出波数频率域中的雅可比矩阵的解析表达式 ,其计算在正演过程中求出 .采用最小二方法可得到层介质参数 .数值结果表明反演方法的正确有效性 .     

波动方程反演的全局优化方法研究

复杂介质波动方程反演是地球物理研究中的重要问题,通常表述为特定目标函数最优化,难点是多参数、非线性和不适定性.局部和全局优化方法都不能实现快速全局优化.本文概述了地震波勘探反演问题的理论基础和研究进展,阐述了反演中优化问题的解决方法和面临的困难,并提出了一种确定性全局优化的新方法.通过在优化参数空间识别并划分局部优化解及其附近区域,只需有限次参数空间划分过程就能发现所有局部解（集合）;基于复杂目标函数多尺度结构分析,提出多尺度参数空间分区优化方法的研究方向.该方法收敛速度快,优化结果不依赖初始解的选取,是对非线性全局优化问题的一个新探索.     

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。     

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.     

基于混合差分进化算法的地球物理线性反演

地球物理反问题线性化处理之后, 各种反演算法归结为对病态线性方程组的求解. 为了快速准确地计算出地球物理参数, 本文提出了一种全新的基于LSQR算法的混合差分进化算法(Hybrid Differential Evolution Algorithm, HDE). 该算法利用LSQR算法给出DE算法的初始种群, 提高DE算法的计算速度和稳定性. 在不同噪声水平下, 对四种正则化方法Tikhonov、TSVD、LSQR和HDE的反演结果进行详细比较. 理论模型和实际数据反演的结果都表明: 改进的HDE算法应用于地球物理反问题的求解是成功的: 反演结果与原设定模型具有较高的相关性, 在稳定性和准确性上较常规的反演算法都具有一定的优势; 而且不需要给定正则化参数, 具有更强的实用性.     

基于改进粒子群算法的地震标量波方程反演

针对标准粒子群优化(PSO)算法存在易出现早熟而陷入局部最优以及进化后期收敛速度慢等缺陷,通过考虑粒子所处位置间相互作用,提出了一种改进的并行粒子群优化算法.由于引入粒子位置间的相互影响,减少了粒子搜索过程盲目性,因此能有效提高算法的收敛速度.数值试验表明,这种改进的粒子群算法适用于二维标量波方程的速度反演,且算法具有对初始模型依赖性低、收敛速度快、反演结果稳定、抗噪能力强等特点,为进一步将该反演算法用于弹性波波动方程以及弹性参数反演提供了理论依据.     

基于走时约束的分频分步零偏VSP波动方程多参数反演

在地震勘探中,描述复杂介质的正演和反演问题通常包含许多反映介质不同特性的参数.同时获得这些参数对进行更准确的岩性描述和油藏预测具有重要的理论和现实意义.为了提高频率域黏弹性波动方程的零偏VSP多参数反演的精度,本文对多参数反演的可行性进行分析,明确了目标函数的敏感程度及参数之间的耦合情况,提出了一种基于走时约束的分频分步多参数反演策略.首先利用零偏VSP资料构建先验信息,然后分别利用高、低频数据进行两步反演,也就是"三个参数反演+五个参数反演"的过程,以提高反演的稳健性和精度.利用此方法可同时得到零偏VSP数据可靠的弹性波速度、密度和品质因子,为精确的时-深关系及含油气的解释和预测奠定基础,同时也可以为地面地震叠前反演提供可靠有效的约束,增强地面地震反演精度.     

有限元算法在声波方程数值模拟中的频散分析

针对有限元算法在地震波数值模拟中的数值频散问题,利用集中质量矩阵双线性插值有限元算法,推导了二维声波方程的频散函数.在此基础上采用定量分析方法,对比分析了网格纵横长度比变化时的入射方向、空间采样间隔、地震波频率以及地层速度对数值频散的影响.数值算例和模型正演结果表明：当采用集中质量矩阵双线性插值有限元算法时,为了有效地压制数值频散,在所使用震源子波的峰值频率对应的波长内,采样点数目应不少于20个;减小网格长度的纵横比可以有效地抑制入射角(波传播方向与z轴的夹角)较小的地震波的数值频散;地震波频率越高,传播速度越慢,频散越严重,尤其是当相速度与其所对应的频率比值小于2倍空间采样间隔时,不仅会出现严重的数值频散,还会出现假频现象.     

基于改进差分进化算法的大地电磁测深和重力宽范围物性约束联合反演

宽范围物性约束技术容易实现、具有一定容错性,目前已在大地电磁测深（MT）和地震、MT和重力联合反演中实现,但该技术是结合模拟退火算法实现的.差分进化算法（DE）是一种全局优化算法,但该算法在地球物理联合反演领域应用较少.基于此,本文以双种群设置方案为框架改进了DE算法,并提出了基于改进DE算法的宽范围物性约束技术.MT和重力联合反演的模型试验表明：与传统的DE算法相比,改进的DE算法收敛速度更快,寻优能力更强;基于改进DE算法的宽范围物性约束技术可以促进不同岩石物性参数在一定"范围"内实现耦合,既可以利用岩石物性关联的导向作用,又可以发挥优化算法的寻优能力,进而降低地球物理联合反演对先验信息的要求;此外,该技术的实现也验证了宽范围物性约束思想在联合反演领域中的适用性,具有进一步推广至其他优化算法中的潜质.     

基于改进差分进化算法的大地电磁测深和重力宽范围物性约束联合反演

宽范围物性约束技术容易实现、具有一定容错性,目前已在大地电磁测深（MT）和地震、MT和重力联合反演中实现,但该技术是结合模拟退火算法实现的.差分进化算法（DE）是一种全局优化算法,但该算法在地球物理联合反演领域应用较少.基于此,本文以双种群设置方案为框架改进了DE算法,并提出了基于改进DE算法的宽范围物性约束技术.MT和重力联合反演的模型试验表明：与传统的DE算法相比,改进的DE算法收敛速度更快,寻优能力更强;基于改进DE算法的宽范围物性约束技术可以促进不同岩石物性参数在一定"范围"内实现耦合,既可以利用岩石物性关联的导向作用,又可以发挥优化算法的寻优能力,进而降低地球物理联合反演对先验信息的要求;此外,该技术的实现也验证了宽范围物性约束思想在联合反演领域中的适用性,具有进一步推广至其他优化算法中的潜质.     

Differential evolution with subpopulations for high‐dimensional seismic inversion

Seismic inversion has drawn the attention of researchers due to its capability of building an accurate earth model. Such a model will need to be discretised finely, and the dimensions of the inversion problem will be very high. In this paper, we propose an efficient differential evolution algorithm and apply it to high‐dimensional seismic inversion. Our method takes into account the differences among individuals, which are disregarded in conventional differential evolution methods, resulting to a better balance between exploration and exploitation. We divide the entire population into three subpopulations and propose a novel mutation strategy with two phases. Furthermore, we optimise the crossover operator by applying the components having the best objective function values into the crossover operator. We embed this strategy into a cooperative coevolutionary differential evolution and propose a new differential evolution algorithm referred to as a differential evolution with subpopulations. Then, we apply our scheme to both synthetic and field data; the results of high‐dimensional seismic inversion have shown that the proposed differential evolution with subpopulations achieves faster convergence and a higher‐quality solution for seismic inversion.     

积分道与基于Born散射的一维声波方程速度反演

基于Born散射理论，推导了适用于常速和变速背景的一维速度反演公式。与经典的Bleistein逆散射反演公式相比，本文考虑了声波在一维有限空间中的传播，选取的边界条件更合理。改进后的公式也揭示了积分道(对反射系数的积分)与绝对速度的关系，更有实用价值。     

基于VSP直达波资料的粘弹介质参数遗传算法反演

粘弹性参数变得越来越重要,其反演算法也逐渐成为众多研究者的研究热点。而遗传算法是一种随机、自适应、启发式的算法, 具有很好的鲁棒性和全局收敛性, 本文基于VSP直达波方程,引入了遗传算法来进行粘弹参数反演, 首先将频率域直达波方程表示为复速度的函数,然后通过遗传算法反演出复速度。而复速度和品质因子又是复速度的函数,从而便可很容易的得出。但若直接反演复速度, 反演参数太多, 不容易实现, 所以又将复速度表示成参数C0和C∞的函数,以减少反演参数数量。最后给出了理论模型实验,以证明该算法的有效性。