在大地电磁二维Occam反演中求取拉格朗日乘子方法改进

Occam反演具有可靠性和加上各种先验信息可行性的优点,但是因为求取拉格朗日乘子需要很长时间,所以前人提出了几个直接选取方法。笔者改进了二维大地电磁测深Occam反演中求取拉格朗日乘子的方法。在搜索过程中加上观测数据拟合差与其期望值的比较。这样,在Occam反演的拟合差下降阶段的最后迭代和模型光滑阶段,能够排除多余的正演计算。这种改进对反演结果没有影响,但却使得反演速度加快并且更符合于Occam思想。根据模型实验和野外数据处理,可以减少正演次数20%~50%。     

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。     

频率域航空电磁资料Occam反演研究

通过对频率域航空电磁测量常用装置类型电磁响应分析和Occam反演方法介绍,成功地将Occam思想运用到频率域航空电磁资料的反演解释工作中.Occam反演是一种正则化的反演方法,它在追求模拟数据与原始测量曲线最大拟合的同时,要求模型数据最平滑或最圆滑,因而受初始模型影响小,能够达到稳定收敛.经过对理论模型和实测数据试算表明,该方法运算稳定,收敛速度快,是一种有效的航空电磁数据处理解释方法.     

一维大地电磁Occam反演拉格朗日乘子的搜索

在大地电磁反演中,Occam法因其在反演稳定性和模型分辨率等方面的优势,得到广泛应用。但由于其每次迭代都需要不断地搜索拉格朗日乘子,因而拉格朗日乘子的搜索效率对Occam法反演的运算速度起着至关重要的作用。为提高拉格朗日乘子的搜索效率,这里提出将拉格朗日乘子的搜索从自然数域中转到以10为底的对数域中进行,同时在区间最小值的搜索中采用二次函数极小值搜索法。通过大量一维大地电磁反演验证,该方法将拉格朗日乘子的搜索效率提高了20%~50%,大大提高了Occam反演的运算速度,方便了其在高维反演中的应用。     

混合遗传算法在大地电磁一维反演中的应用

遗传算法是近些年来产生和发展的一种模拟生物进化过程的自适应启发式全局优化的搜索算法。它不完全依赖于初始猜测,且具有全局收敛的特点,可以被用来解决各种复杂的实际问题,如工程优化设计,人工智能和决策系统,以及地球物理反演等。尽管遗传算法是一种效率很高的全局优化算法,但许多仿真结果表明,它具有计算时间长,局部搜索能力弱的缺点。而共轭梯度法属于非启发式全局优化搜索方法,收敛速度快,但容易陷入局部极值,且严重依赖初始猜测。根据遗传算法和共轭梯度法的特点,这里提出了一种混合遗传算法,用来进行地球物理反演。该算法既具有遗传算法的全局收敛性,又有共轭梯度法的快速收敛性,经实际应用,取得了良好的效果。     

Occam反演及其在瞬变电磁测深中的应用

Occam反演技术被应用中心回线瞬变电磁测深数据的反演中.理论模型和实际数据的反演结果表明,利用Occam反演技术可以较为准确地获得地电断面的电阻率分布.一般5次迭代目标函数就可以收敛到5×10-2.     

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。     

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。     

大地电磁三维正、反演多核并行计算的设计与实现

首先以频点为并行粒度,完成了MT三维正演并行计算,然后将该算法引入共轭梯度法MT三维反演过程中的正演求数据的残差、反演方程右端项的求取、共轭梯度求解模型增量这三个计算环节中,使得MT三维反演中的主要计算量实现并行化。对编制的MT三维正、反演并行计算程序,在多核工作站上通过理论地电模型进行了正演试算和反演验证,并在串行和并行两种计算方式下进行了计算效率对比。     

可控源音频大地电磁法方位非各向同性层状介质Occam反演

目前,可控源音频大地电磁法测深资料反演主要基于各向同性介质,在复杂的地电体中,由于岩石裂隙或矿物形状等原因使得在各个方向的电阻率不同。本文主要探讨更为符合实际地质体情况的方位非各向同性层状介质在正交水平电偶源激发条件下的可控源音频大地电磁数据的反演。运用Occam反演方法,实现了可控源音频大地电磁法方位非各向同性层状介质反演。构建理论地电模型,通过理论模型合成数据的反演算例检验了所实现的可控源音频大地电磁法方位非各向同性层状介质反演算法的有效性和稳定性。同时,不同数据的反演结果表明：方位非各向同性介质的反演应同时使用视电阻率ρsxy、ρsyx和相位?xy、?yx数据。     

岩土工程亿级单元有限元模型可扩展并行计算

讨论了亿万单元有限元模型的可扩展并行计算方法。从软件和硬件两个方面提出了前处理、并行计算方法、程序算法、后处理实现等核心问题的解决方案。采用网格加密方法生成一亿单元的有限元模型,利用对偶原始有限元撕裂内联法（FETI-DP）求解系统方程。基于图论理论建立了子区域间的通讯拓扑关系,实现了子区域间点对点通讯,避免速度慢、通信量大的全局通讯。在自主开发程序基础上,增加相应模块,采用面向对象编程技术和MPI消息传递库开发程序。对一个一亿多单元的工程实例运用5 000核并行计算,得到了超线性加速比。计算结果在专用图形工作站上进行后处理,显示和交互操作速度良好。研究在两方面实现了突破：一是将模型规模提高到了一亿多单元;二是同时调用了5 000个计算核来并行运算,并得到了很高效率。高分辨率有限元并行模拟研究成果可为岩土工程中结构特别复杂、计算区域特别大、地质情况复杂等模拟提供很好的技术方法和实现手段。     

基于解析雅克比矩阵的E-E_x广域电磁法一维并行约束反演

对于野外实测数据的反演解释,一维反演仍然占据着重要地位。提出一种使用探测深度和等对数域剖分的方式来剖分层厚、只进行电阻率单参数反演的方案。反演时,先使用MT反演来建立初始模型,之后采用MATLAB自带的parfor循环和最优化工具箱来进行最优化计算,使用解析法来计算雅克比矩阵,从而大大提高了计算速度。对于实际地电模型,充分考虑到已有的先验信息,通过使用井震约束反演有效降低了反演多解性,使反演结果更加接近真实的地层情况。     

大地电磁测深不同反演方法的应用效果对比——以安徽皖江地区页岩气调查为例

在安徽皖江地区页岩气地质调查中,开展了大地电磁测深(magnetotelluric sounding,MT)剖面研究,通过对比4种不同反演方法和不同极化模式的反演结果,分析各方法的优缺点.4种反演方法各有特点,不同极化模式也具有不同的反演效果.地质与钻孔资料表明,二维带地形共轭梯度反演TM极化模式的电性特征清晰,迭代收敛效果最佳,与地质资料吻合较好,可成功识别二叠纪泥页岩低阻异常.初步推断了皖江地区断裂空间展布特征及页岩气目标层分布,可为其他类似地区大地电磁测深勘探反演方法的选取提供参考.     

BP、Hopfield神经网络在位场反演中的应用比较

比较了BP、Hopfield二种神经网络模型的特性及其运行机制,分别用于位场反演,还比较了各自在位场反演中的应用效果。结果表明:这二种神经网络模型虽然都可用于位场反演,但由于Hopfield网络缺乏学习能力,不能较好地利用已知地质、地球物理信息而受到限制。而BP神经网络具有较强的学习能力,能从已知的信息中得到有利于解决最优化问题的结论,比Hopfield神经网络更加适合于位场的反演问题。     

大地电磁测深在中上扬子地区油气调查中的作用

使用大地电磁( MT)测深技术,结合测区的地质和物性特征,对中上扬子地区的断裂、褶皱、地层展布进行了地面、地下对比分析,证实了该区构造划分与地面构造分布基本一致;综合地层分布、电阻率异常显示和地质情况,解释了局部构造发育情况。根据局部构造的发育位置和层序,结合油气地质分析,初步认为,剖面西部和中部局部构造电性特征清楚,构造落实程度较高;寒武系、震旦系埋深在4 km以下,上部志留系—上奥陶统低阻层分布稳定,盖层发育广泛,断层封堵性较好,有利于寒武系、震旦系油气的保存。     

地质统计反演在苏里格气田致密薄砂体预测中的应用

苏里格气田盒8段储层岩性结构复杂、砂体薄、孔隙度低,砂、泥岩波阻抗叠置严重,常规的确定性反演结果难以满足识别高孔单砂体的需求.针对这一现状,在详细分析储层敏感参数与反演关键参数基础上,开展了地质统计反演的应用研究.研究表明,地质统计反演方法能有效综合地质、测井与三维地震数据,极大地提高预测结果的纵、横向分辨率,有效地解决了盒8段砂泥岩薄互层的单砂体识别问题;根据纵波阻抗与孔隙度的统计关系能准确刻画了高孔隙度砂体的空间展布,应用效果非常明显.应用实践证明,地质统计反演是陆相致密碎屑岩性油气藏进行储层精细描述的有效方法,具有广阔的应用前景.     

EEI反演技术在南海A区开发气田中的应用

南海A区某开发气田为岩性一断圈气藏,受断层影响,为多个小型断块气藏的集合,每块气水界面不统一,气藏情况复杂。常规的AVO反演技术往往只能定性地识别含气性,无法定量地识别储层的含水饱和度。为了满足气田合理高效开发的需求,查清每块气藏的气水充注程度,在高分辨率三维地震资料中,采用了EEI反演技术来预测储层的含水饱和程度。研究结果表明,在该区运用EEI反演技术得到的EEI属性,能有效地识别出含水饱和度低于60％的气层,研究成果对气田进入开发后期调整井布署、提高采收率具有不可替代的作用。     

大地电磁测深方法在内蒙古西部银根-额济纳旗盆地石炭系—二叠系油气地质调查中的应用

对银-额（银根-额济纳旗）盆地以石炭系—二叠系为主要目的层开展了油气地质调查实施的7条大地电磁测深剖面资料的处理和定性分析,在综合信息反演和成像的基础上建立了重磁电综合反演剖面图。以钻井、地震和区域地质调查资料为约束条件,确定了电性层标定和解释的基本原则。利用大地电磁测深反演电阻率低阻标志层,准确地界定了中生界的埋深和厚度,次高阻层半定量地刻画出了石炭系—二叠系的分布,对剖面的地质层位进行了追踪划分,对研究区地层、电性特征进行了系统的总结。研究成果表明,大地电磁测深法是获取中生界、古生界分布的重要手段。在银-额盆地复杂地质条件和沙漠区恶劣的施工条件下,大地电磁测深法显示出的优势和良好的勘探效果尤为明显,在该区石炭系—二叠系油气地质调查中起到了重要作用。