基于共轭梯度法的垂直有限线源三维电阻率反演

利用垂直有限线源研究油田注水分布和剩余油分布成为一种新型电测方法。本文对该方法实际应用的有效性进行了分析和说明,并利用共轭梯度迭代技术实现了垂直有限线源三维电阻率反演。结果表明,反演稳定可靠,计算速度快。      

电阻率三维反演稳定性和可靠性研究

电阻率三维反演参数太多,将导致反演不稳定性和高度非唯一性等诸多方面的问题。比较传统的最小二乘反演方法,利用共轭梯度的电阻率三维最小构造反演显示了更好的效果。讨论了初始模型选择及数据误差对三维反演结果的影响,说明了反演方法的稳定性和可靠性。      

三维电阻率成像新方法及应用

三维电阻率成像法包括近似三维反演因子和综合子空间解释器,三维反演因子用于正向线性电阻率近似解译,综合子空间法是共轭梯度法的变换,是求解大型最优化问题的有效方法.三维成像是线性反演问题,不需正演模拟或敏感度修改.在非线性三维反演中,三维电阻率成像技术可直接获取三维电阻率的分布信息,或提供中间过程的模式修改.野外资料验证表明,三维成像技术可提供电阻率空间的分布信息.     

基于共轭梯度法的全波形反演

全波形反演是一种全新的地震成像方法,主要利用全波形信息反演地下介质参数,通过非线性优化波场理论值和观测值的残差实现波形反演。基于时间域声波方程,建立了时间域波场残差目标函数,以分层模型为例,分别从波场精度、目标函数收敛性和运行时间3个方面,比较了共轭梯度（Conjugate Gradient,CG）算法和拟牛顿算法（Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,BFGS）反演的效果。同时,应用共轭梯度法对正、逆断层模型和Marmousi模型进行了速度结构反演。反演结果表明:共轭梯度法计算效率较高,反演得到的速度模型精度更高,反演效果较好,是一种有效的波形反演方法。      

基于积分方程法的任意形状源多次激发三维电磁场反演

利用积分方程和阻尼最小二乘法,对任意形状源多个位置激发下三维异常体的电磁场进行了反演计算。计算中将任意形状源条件下多组激发点和接收点的电磁场数据统一考虑,求出了此种条件下的雅克比矩阵,反演得到了地下异常体的电阻率分布。模型试算结果表明,反演收敛速度快,对初值依赖性小,结果准确可靠。     

Zohdy方法在三维电阻率测深数据反演中的应用

三维电阻率测深数据采用Zohdy方法近似反演,正演计算采用有限单元法,反演初始模型由测量视电阻率数据给出,通过比较实测视电阻率值和预测模型计算的视电阻率值对数差来修改模型网格电阻率.为了解决任意电极距测深数据的反演,采用大、小双网格剖分,大网格反映地下电性分布情况,小网格用于实际有限元正演计算.文章对加5%随机噪声的模型理论视电阻率测深断面数据和实测视电阻率测深断面数据进行反演.结果表明该反演方法需要的内存小、计算量少,并能够取得很好的反演效果.     

基于并行预处理算法的三维重力快速反演

随着地球物理设备和探测技术的不断发展,快速处理大规模地球物理数据的需求也随之增长。为了解决三维重力数据密度反演的耗时问题,提出一种并行的预处理共轭梯度算法来提高计算效率。本文分别采用两种不同的预处理算子通过组合模型数据反演进行测试比较,并利用迭代残差和计算用时共同评价其加速效果。结果表明：对称逐次超松弛预处理方法比对角预处理方法反演计算速度快,密度结果更贴近实际模型;与传统串行的共轭梯度算法相比,本文并行预处理快速算法可以获得近19倍的加速比。将该算法应用于美国Vinton盐丘的实测重力数据中,反演结果能够很好地圈定出岩体的位置,验证了本文并行预处理共轭梯度法在三维重力数据快速反演中的高效性和可行性。     

高密度电阻率法二维勘探数据的三维反演及其在岩溶探测中的应用

三维高密度电阻率法可以有效地解决二维高密度电阻率法在探测空间形态上的不足。将高密度电阻率法二维勘探数据做三维反演,不仅实现了地下空间结构的三维电阻率成像,还克服了传统三维高密度电阻率法在经济成本上的限制。将此方法应用到岩溶勘探中,利用DUK-2A高密度电法仪系统采集数据;然后,把二维高密度数据拼接转化成三维可反演数据,再将反演得到的结果通过三维成像软件实现任意三维地电切片,从而获得丰富的地电结构信息;最后,结合三维切片与钻孔资料对溶洞进行解释,为工程的顺利施工提供科学依据,从而证明该方法的可行性和有效性。     

非线性共轭梯度三维反演在山西河津铁矿音频大地电磁数据勘察中的应用

利用非线性共轭梯度反演方法,对采集到的近正交的两条音频大地电磁剖面数据构成的主阻抗数据集进行三维反演。结果显示,山西省河津市地下结构呈现较明显的三层构造特征,推测第一层高阻异常是侵入岩或变质片麻岩,第二层低阻异常是铁矿富存区,高阻的第三层异常反映研究区的花岗闪长岩基底。根据地球物理电性参数资料,铁矿体为低阻,电阻率<10Ω·m。因此,推测10Ω·m的电阻率等值面大致勾勒出大地电磁反演结果推测的铁矿的成矿有利区。在两条剖面正交位置下方,矿体规模较小;但在2号线60-100号点和3号线476-492号点的下方1 km深的位置附近发现了新矿体。结果表明,利用大地电磁法寻找类似热液型铁矿这类局部异常体,三维反演是获得可靠结果的必要技术手段;即使是剖面性观测数据,也可以进行三维反演,并取得良好效果。     

直流电阻率三维正演的预条件共轭梯度法研究

三维电阻率法对反演的精度和速度的要求越来越高,而正演是反演的基础,因此直流电阻率三维正演计算的速度和精度是三维电阻率反演实用化的关键。这里利用对称超松弛预条件共轭梯度法(SSOR-PCG),求解有限差分法离散生成的大型稀疏线性方程组,预条件矩阵的选择大大降低了系数矩阵的条件数,结合矩阵的一维非零元素压缩存储模式,使得正演计算速度得以提高,而内存占用量明显减小。在直流电阻率三维正演中采用异常场法,提高了电源点附近的解的精度。利用编制的有限差分正演程序,对两层模型、垂直接触带模型和低阻异常体模型进行了数值模拟,计算结果表明该算法是可行的,且可以明显提高正演计算的速度和精度。     

3D behaviour of contamination in landfill sites using 2D resistivity/IP imaging: case studies in Portugal

Aiming at defining a valid spatial contamination model, resistivity and induced polarization (IP) measurements were used to investigate contamination plumes in the vicinity of two municipal landfills (Ovar and ílhavo). Previous geophysical surveys and underground water samples confirmed the contamination. However 2D resistivity/IP surveys enabled in obtaining a more accurate spatial model. The Ovar survey consisted of two profiles with nine Wenner soundings each; the ílhavo survey was carried out along two individual lines using a Wenner standard pseudo-section. In both situations, negative IP values were found associated with positive IP values, which can be explained mainly by 2D or 3D geometric effects caused by the presence of the conductive plumes. The data were modelled using a 2D inversion program (RES2DINV) and the resulting resistivity and chargeability distributions were displayed as pseudo-sections. The resistivity and chargeability pseudo-sections define the contamination plumes and the sedimentary structure. These case studies illustrate the advantages of 2D resistivity/IP surveys for the mapping of shape and dimension of contamination associated with landfills.     

直流激电测深二维反演的若干问题研究

目前,激电数据的二维反演主要针对高密度激电数据,而对于常规的激电测深则很少涉及.据此,针对常规激电测深二维反演所涉及到的一些技术难点进行探讨.在正演过程中,根据实测数据实现有限元网格自动剖分,并采用双网格系统,用相邻节点电导率双线性连续进行有限元模拟,并对模拟的误差进行校正.在反演过程中,利用互换原理和Broyden的方法计算偏导数矩阵;采用与奇异值分解算法精度相当的共轭梯度算法求解偏导数矩阵方程.最后通过对模拟数据和实测数据进行反演试算,验证本计算方法是可行的.     

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。     

Geoelectrical survey over perched aquifers in the northern part of Upper Sakarya River Basin,Türkiye

In this study, a groundwater exploration survey was conducted using the DC Resistivity (DCR) method in a hydrogeological setting containing a perched aquifer. DCR data were gathered and an electrical tomography section was recovered using conventional four-electrode instruments with a Schlumberger array and a two-dimensional (2D) inversion scheme. The proposed scheme was tested over a synthetic three-dimensional (3D) subsurface model before deploying it in a field situation. The proposed method indicated that gathering data with simple four-electrode instruments at stations along a line and 2D inversion of datasets at multiple stations can recover depth intervals of the studied aquifer in the hydrogeological setting even if it has a 3D structure. In this study, 2D inversion of parallel profiles formed a pseudo-3D volume of the subsurface resistivity structures and mapped out multiple resistive (>25 ohm·m) bodies at shallow (between 50–100 m) and deep sections (>150 m). In general, the proposed method is convenient to encounter geological units that have limited vertical and spatial extensions in any direction and presents resistivity contrast from groundwater-bearing geologic materials.     

二维电阻率倾斜各向异性对海洋可控源电磁场响应的影响

地下介质的电阻率常常表现为各向异性,海底褶皱带、逆冲断层带和倾斜层状沉积序列等地质构造可能形成宏观电阻率倾斜各向异性。这里采用规则矩形网格剖分有限元法,实现了二维电阻率倾斜各向异性海洋可控源电磁(CSEM)正演算法,模拟了二维电阻率倾斜各向异性模型海洋可控源电磁场响应。模型计算结果表明,电阻率倾斜各向异性围岩对含有海底高阻薄层的海洋可控源电磁响应产生严重畸变影响。因此,在海洋电磁资料解释中,电阻率倾斜各向异性的影响应该得到重视,忽略该影响将可能会导致数据解释错误。     

Induced polarization,resistivity, and self-potential: a case history of contamination evaluation due to landfill leakage

This article compares the efficiency of induced polarization (IP) and resistivity in characterizing a contamination plume due to landfill leakage in a typical tropical environment. The resistivity survey revealed denser electrical current flow that induced lower resistivity values due to the high ionic content. The increased ionic concentration diminished the distance of the ionic charges close to the membrane, causing a decrease in the IP phenomena. In addition, the self-potential (SP) method was used to characterize the preferential flow direction of the area. The SP method proved to be effective at determining the flow direction; it is also fast and economical. In this study, the resistivity results were better correlated with the presence of contamination (lower resistivity) than the IP (lower chargeability) data.     

五极纵轴激电测深三维有限元正演模拟

本文研究了五极纵轴激电测深三维有限元正演模拟方法。首先,从三个点电流源总电位的边值问题出发,导出了异常电位的边值问题,证明了与异常电位的边值问题对应的变分问题。然后,基于三维连续电性介质模型,推导了有限元法求解变分问题的计算过程,编制了五极纵轴激电测深的三维模拟程序。最后,通过模拟水平层状介质模型的五极纵轴激电测深曲线,发现最大相对误差小于0.25%,耗费时间为18 s;从精度和效率的角度验证了算法和程序是正确的,为后续模拟复杂地电模型五极纵轴激电测深曲线、分析曲线异常特征规律以及开展反演工作奠定了基础。     

基于环形扫面测量的三维直流电阻率法任意各向异性模型响应特征

高精度地下任意各向异性介质电性分布特征识别是当前的热门研究课题。本文以国内外前人工作为基础,基于非结构化网格,利用基于梯度恢复的后验误差估计指导网格自适应细化过程,实现了直流电阻率法三维有限元数值模拟。通过与一维模型半解析解的对比,验证了本文算法的有效性。考虑到电各向异性介质在观测中存在视电阻率反常现象,本文采用了环形扫面测量方法。通过对几种典型各向异性模型的模拟分析,得到了相应的各向异性影响规律和识别特征,各向异性主轴电阻率之间的比值大小决定了椭圆型视电阻率极性曲线长轴与短轴的比值大小,主轴电阻率的旋转方向会改变视电阻率极性曲线的形状。本文的算法研究及数值模拟技术可为直流电法数据精细处理和解释提供技术支撑。