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。     

水平层状介质电磁法数据时频联合反演

通过一维层状介质电磁法数据的时域和频域正演结果,对不同电阻率大小的电阻层进行了反演计算,说明了在这种情况下电磁法数据时频联合反演的合理性.正演计算了一维层状模型下水平电偶极频率域水平电场响应及利用G-S变换计算时间域垂直磁场导数响应;利用最光滑模型约束反演方法建立了时频联合反演迭代公式.通过理论模型反演试算表明,该反演效果较好.     

航空瞬变电磁数据一维Occam反演

分析了奥克姆(Occam)反演法的原理和计算方法,并将其应用于时间域航空电磁一维反演中,给出了一种简便的正则化参数搜索方法,对迭代过程进行了改进,大大提高了反演速度,5次迭代约20s。在反演初始模型中,电阻率数据由原始感应电动势数据通过自动迭代法转换而来,深度数据由初始电阻率计算得出。经算例表明,收敛过程中满足拟合差最小的拉格朗日乘子μ值随迭代次数增加而递减;反演过程非常稳定,一般5次迭代至10次迭代就能达到收敛,对低阻层的反演深度和电阻率值都接近真实值,但对高阻层的反演深度和电阻率值误差较大。     

基于CDI和拟二维反演的时间域航空电磁数据级联解释方法

时间域航空电磁法(ATEM)是一种具有大面积探测,探测速度快、相对成本较低、受地形地貌影响较小等优点的地球物理方法。由于航空电磁数据量巨大,三维反演成本太大,目前主要使用一维反演或者拟二维反演方法来进行解释。对于航空电磁探测而言,大面积探测区域和复杂地形条件使得研究人员很难获取到勘探区域的地质信息,因此反演时选取初始模型变得很困难。而电导率-深度成像(CDI)无需建立初始模型,即可快速获得地下介质的大致电性分布情况。因此CDI结果可以用来作为反演的初始模型,应对缺少地质信息的区域。本次研究中,提出CDI与拟二维反演的级联解释方法。首先使用CDI方法来近似估计地下介质的电导率和深度;其次在此基础上建立反演的初始模型;最后采用横向约束反演(LCI)方法对ATEM数据进行反演。通过对理论数据和实测数据的实验得出,CDI与拟二维反演的级联解释方法能够在获得较好的反演结果的同时减少计算时间。     

覆盖层影响下圆锥型瞬变电磁Occam约束反演

在地表浅层瞬变电磁勘探中,覆盖层是影响瞬变电磁探测效果的重要因素之一。为了进一步验证覆盖层影响下圆锥型场源装置的探测效果,在瞬变电磁全区视电阻率理论基础上,引入地层信息约束的Occam反演方法,研究了覆盖层不同参数影响下下伏地层的电磁响应特征。研究结果表明:目标层电磁响应强度与覆盖层和目标层电阻率比值有关;当覆盖层电阻率逐渐增大时,目标层反演电阻率与实际电阻率拟合度呈现先提升后降低的趋势,临界点出现在覆盖层与下伏高阻层电阻率相等时;当覆盖层厚度增大时,下伏地层的电磁响应相应减弱,异常区电磁响应峰值出现时间提前,反演后电阻率峰值深度加深。通过加入地层信息约束,下伏地层电阻率与实际电阻率拟合度及层界面分辨率均得到有效提升。研究成果为圆锥型场源野外数据处理与解释提供理论参考。      

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。     

时间域航空电磁法在多年冻土调查研究中的应用

多年冻土空间分布调查在冰冻圈研究中具有重要意义。目前国内冻土空间分布调查通常采用地面物探结合测井的探测方法,获得局部点上或线上数据,或者采用不同的遥感模型,模拟估算区域性多年冻土厚度。笔者利用获取的时间域航空电磁数据,根据电阻率计算结果推断多年冻土空间分布特征。推断结果与已知测井资料对比分析表明,根据时间域航空电磁数据反演结果推断的多年冻土层厚度与已知测井测温确定的结果平均误差为18.5%,表明采用时间域航空电磁法开展多年冻土厚度调查是有效的,具有较高的准确性。由于时间域航空电磁测量具有高效、受地形影响小等技术优势,可应用于青藏高原、东北大兴安岭等地区的大面积、快速、定量化的多年冻土调查,为全面调查研究多年冻土空间分布及其对生态环境变化的影响提供新的、有效的技术解决方案。     

带有横向约束的全局优化波阻抗反演方法及应用

地震波阻抗反演是一种基于地震数据得到波阻抗参数的非线性优化问题。不依赖于目标函数梯度信息的全局优化算法是求解地震波阻抗反演问题的有效方法。然而这类方法采用逐道反演的策略,忽略了相邻地震道的空间相关性,导致反演结果的横向连续性差。针对该问题,提出了一种融入旁道最优解的模型空间初始化方法约束波阻抗反演的搜索空间范围,以改善反演结果的横向连续性,进而提出了一种带有横向约束的多组变异差分进化地震波阻抗反演方法。合成地震记录算例表明,该方法相比于传统方法不仅具有更快的收敛速度,而且反演结果具有更好的横向连续性。此外,该方法被应用于胜利油田某区块的储层波阻抗参数反演,反演结果与测井资料有很好的一致性,且有效地刻画了储层砂岩厚度。     

航空大地电磁法在辽宁省丹东地区的应用

本文简要介绍了航空大地电磁法原理、测量系统、倾子总散度、总相位旋转参数及二维、三维反演等;利用正演程序,计算了横向电性异常体倾子响应,结果表明倾子资料对横向电性分界面反映明显;最后结合实际地质情况,利用实测倾子及反演电阻率资料,推断解释了区内岩体、控矿构造的分布特征。实际应用表明,航空大地电磁法在探测断裂、岩体等方面具有较好的效果。     

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。     

时间域航空电磁电阻率和磁导率全时反演

为了减小时间域航空电磁法在强磁性地区应用时产生的磁极化电流对反演的影响,提出了一种在雅可比矩阵中加入磁导率偏导数,将电阻率、磁导率和层厚进行全时同步反演的方法。将磁性均匀半空间模型、单个磁性模型和多个磁性层模型的时间域响应添加高斯噪声作为模拟数据进行全时反演,得到的模型与理论模型拟合较好,拟合误差均在3%以下,验证了本文算法的有效性,说明在强磁性地区本文提出的算法能有效解决地下介质的电性分布。     

Smart Interpretation – automatic geological interpretations based on supervised statistical models

A method that infers a statistical model, which describes a relation between the knowledge of a geologist (quantified by geological interpretations) and the available information (such as geophysical data, well log data, etc.) that a geologist uses when he/she interprets is proposed and tested. The statistical model is then used to perform automatic geological interpretations wherever the same kinds of information, as used for the initial interpretations, are available. This methodology is named Smart Interpretation (SI). In this study, we look at two different approaches to infer such a model, and we demonstrate the applicability of the model to predict the depth to a low resistivity subsurface layer, based on interpretations from a geological expert, using a 19-layered resistivity model obtained from inversion of airborne electromagnetic (AEM) data. This study shows that SI is capable of making predictions with great accuracy. The method is fast and is able to handle large amounts of data of different origin, which suggest that the method may become a very useful approach to assist in geological modeling based on increasingly large amounts of data of different nature.     

用剩余信息量最小准则实现直流电测深数据的二维自动反演

自Pelton等发表第一篇直接电测深数据的二维反演文章以来，电测深数据的二维反演解释已广泛应用于资源勘探和环境监测，并取得一定效果。然而，由于该方法中加入了人为确定的平滑约束，其反演解释结果具有很大不确定性，使其在实际生产中普及应用受到限制。因此，如何在现有方法的基础上进一步改进完善成为该方法普及应用的关键。为了使反演解释结果既忠于实测数据，又合理地反映地下介质的变化，作者在本文中讨论了基于最大熵谱原理的剩余信息量最小准则实现电测深数据的二维自动反演。作者在文中还介绍了正演计算和偏导数求取中，提高精度和计算效率的技巧。用三个数值模式算例对本文的自动反演方法进行了验证。数值模拟结果表明，基于剩余信息量电小准则的二维自动反演给出的解释结果基本不受人为因素影响，能反映地下介质电阻率的详细变化。     

Normalized impedance function and the straightforward inversion scheme for magnetotelluric data

This paper investigates the performance of normalized response function obtained by normalizing the Cagniard impedance function by a suitable factor and then rotating the phase by 45‡ to make it purely real for homogeneous half-space and equal to the square root of the half-space resistivity. Two apparent resistivity functions based on respectively the real and imaginary parts of this response function are proposed. The apparent resistivity function using the real part contains almost the same information as that yielded by the Cagniard expression while the one using the imaginary part qualitatively works as an indicator of the number of interfaces in the earth model. The linear straightforward inversion scheme (SIS), developed by the authors employing the concept of equal penetration layers, has been used to validate the proposed apparent resistivity functions. For this purpose, several synthetic and field models have been examined. Five synthetic models are studied to establish the veracity of the new functions and two well-studied published field data sets are inverted through SIS for comparison. We noticed that the new function and SIS compliment each other and lead to better understanding of the data information and model resolution.     

天津市重力数据反演解释

重力数据反演是获取地下地质信息的有效手段。本文通过对天津市全区密度和电性参数的统计分析,了解天津市地层的物性分布规律。在对研究区布格重力异常数据采用归一化总水平导数垂向导数（NVDR-THDR）技术处理的基础上,对断裂构造进行了识别,对构造单元进行了划分。然后结合研究区地质资料,应用Geosoft软件中的密度界面反演模块对各构造单元内的密度界面起伏进行反演。并以GOCAD软件为平台,构建了天津市三维可视化地质模型,借助大地电磁（MT）测深点虚拟钻孔,实现了对主要地质界面和构造的标定。最后利用布格重力异常数据拟合同位置地质剖面,验证了模型的可靠性。应用上述反演成果,结合区内地质认识,推断宝坻断裂（F₁）、蓟运河断裂（F₂）、F₃、杨柳青断裂（F₄）、F₇在中生代后活动性较强,沧东断裂（F₆）和天津断裂（F₃₀）在古近纪后活动性较强。     

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...     

2.5D重力双重加权聚焦反演及其应用

针对聚焦反演方法在实测数据应用中存在的趋肤效应和反演结果发散问题,设计应用深度加权和数据加权的双重加权系数灵敏度矩阵,进行核函数处理。通过反演拟合理论正演模型实验,证明了该方法的可靠性。将双重加权系数运用到山东某矿区的实测数据,反演结果清晰地反映出地下异常体的边界和深度,与剖面电阻率结果比较,两者异常位置接近,该方法可反应实际异常情况。     

三维地质体对AMT二维反演的影响研究

为探究三维地质体对二维反演结果地影响以及二维反演中极化模式的选择问题,设计了一系列二维、三维地电模型进行正演计算,并对正演结果进行二维反演计算。研究结果表明:相位受到三维畸变的影响较小,视电阻率较大;当三维异常体模型走向延伸较小时,TE模式的反演结果误差较大,TM模式的反演结果相对较好,但是反演得到了虚假的下覆构造,TE+TM联合反演结合了TE和TM模式反演的优点,可以较好地反映异常体的赋存位置及电阻率值;当三维异常体模型走向延伸长度增大时,三维数据的二维反演结果是可靠的,用TM和TE+TM模式反演都比较合理。     

考虑激发极化效应的瞬变电磁一维Occam反演

大地的感应激发极化效应有时会在瞬变电磁晚期响应上产生负值变号现象。常规实电阻率瞬变电磁反演由于没有考虑激发极化效应,对于观测数据负值部分的解释一直存在问题,这影响了反演解释的真实性和可信度。对此,本文首先将Cole-Cole复电阻率模型加入正演计算,并验证了计算的准确性。然后在阻尼最小二乘法的基础上加入Occam平滑约束来构建反演方程,能够同时反演出零频电阻率、充电率、时间常数以及频率相关系数,实现了一维瞬变电磁复电阻率反演算法。最后,建立具有不同程度激发极化效应的典型层状理论模型进行反演试算与结果分析,结果表明,在激发极化效果明显的低阻高极化地层中,复电阻率反演效果更好。与实电阻率反演结果的对比说明,瞬变电磁复电阻率反演既可以达到实电阻率的常规反演效果,也能解决实电阻率无法实现的负值拟合问题。     

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。