用变分玻恩迭代方法重建二维非均匀介质结构

提出了用于二维轴对称非均匀介质结构的反演和成像的一种新的反演迭代方法──变分玻恩迭代方法（ＶＢＩＭ）．首先利用玻恩近似将非线性积分方程线性化,然后应用变分方法导出用于反演的电场积分方程．正演数据则利用高效的数值模式匹配方法获得．数值结果表明,ＶＢＩＭ与ＢＩＭ相比,其收敛速度、成像质量等均得到较大的改善。     

用变分坡恩迭代方法重建二维非均匀介质结构

提出了用于二维轴对称非均匀介质结构的反演和成像的一种新的反演迭代方法－变分坡恩迭代方法（ＶＢＩＭ）,首先利用玻恩近似将非线民生积分方程线性化,然后应用变分方法导出用于反演的电场积分方程,正演数据则利用高效的数值模式匹配方法获得,数值结果表明,ＶＢＩＭ与ＢＩＭ相比,其收敛速度,成像质量等均得到较大的改善。     

二维核磁共振变参量迭代快速反演方法

核磁共振二维谱应用在储层流体识别与评价中具有快速直观识别流体类型、储层参数估算精度高的特点,使之能高效率的完成测井资料解释工作,然而拥有稳健、可靠及计算快速的反演方法是获取高质量核磁共振二维谱的关键所在.通过对二维核磁共振子空间类型反演方法的大量研究,在奇异值截断公式上进行了分析和改进,使得反演方程组的奇异值矩阵能保留下更多的奇异值,为反演结果的保真性奠定基础,并对其进行分组处理使反演方程组的条件数降低,从而提高求解的稳定性;在迭代计算中提出变参量迭代算法,使求解更合理、快速及高效.在数值模拟中,变参量迭代快速反演方法能够准确地还原30×30、60×80扩散弛豫二维构造谱,计算用时都在1分钟内;在油水试验中,变参量迭代快速反演方法反演出的扩散—弛豫二维谱能够正确识别所测流体类型,含油饱和度估算结果的相对误差为0.6%,绝对误差为0.79%.变参量迭代快速反演方法能够快速有效得处理二维核磁共振数据,反演出的扩散一弛豫二维谱质量高,二维谱应用于解释中所得到的结论可靠性高,表明该方法具有一定应用价值.     

电磁波对轴对称二维层状介质的散射

本文讨论了任意N层平面分层,每层又可具有任意柱面分层的轴对称二维非均匀有耗介质结构,分析电磁波在其中的传播、散射特性.由于采用电磁场的数值模式匹配理论,径向用离散数值本征模式替代连续模,纵向则用模式匹配方法导出场递推关系的解析表达式,大大减少了数值计算量,而计算精度不变.场的数值结果可很好的再现地下电参数剖面.相应的数值分析程序可用于从感应测井到电磁波测井的计算机辅助解释.     

电磁波对轴对称二维层状介质的散射

本文讨论了任意N层平面分层,每层又可具有任意柱面分层的轴对称二维非均匀有耗介质结构,分析电磁波在其中的传播、散射特性.由于采用电磁场的数值模式匹配理论,径向用离散数值本征模式替代连续模,纵向则用模式匹配方法导出场递推关系的解析表达式,大大减少了数值计算量,而计算精度不变.场的数值结果可很好的再现地下电参数剖面.相应的数值分析程序可用于从感应测井到电磁波测井的计算机辅助解释.     

二维介质柱的电磁成像研究

从体等效原理出发得到用介质柱介电参数表示的体等效电流,并得到一个积分方程组求解散射问题．利用变分原理,对此方程组求变分,并化为矩阵方程组,消去含介质柱内总场变化的项,得到散射场变化与介质柱介电参数变化之间关系的矩阵方程．即反演方程．用算例检验此法的反演精度、收敛性能、多目标反演能力、抗噪声性能及利用不完备测量散射信息反演目标的能力．结果表明,此法是一种实用性很强的二维介质柱电磁成像方法．     

二维介质柱的电磁成像研究

从体等效原理出发得到用介质柱介电参数表示的体等效电流,并得到一个积分方程组求解散射问题．利用变分原理,对此方程组求变分,并化为矩阵方程组,消去含介质柱内总场变化的项,得到散射场变化与介质柱介电参数变化之间关系的矩阵方程．即反演方程．用算例检验此法的反演精度、收敛性能、多目标反演能力、抗噪声性能及利用不完备测量散射信息反演目标的能力．结果表明,此法是一种实用性很强的二维介质柱电磁成像方法．     

二维均匀介质中积分方程的快速精确算法

采用稳定型双共轭梯度快速Fourier变换(BCGS-FFT)算法精确计算二维均匀介质中的积分方程.采用一种新的插值函数作为基函数和试探函数对积分方程进行弱化离散,离散后的积分方程采用稳定型双共轭梯度迭代方法进行求解,从而得到异常体内电场的分布.计算时采用快速Fourier变换技术将积分方程内Green函数与电场的乘积表示成褶积形式以加快计算速度.数值计算举例说明了算法的精确性和有效性.     

二维介质粗糙面下方三维金属目标复合电磁散射的快速正演算法

研究了二维(2-D)介质粗糙面下方三维(3-D)金属目标的复合电磁散射问题.将表面积分方程(PMCHW)方程应用到介质粗糙面表面,电场积分方程(EFIE)应用于金属目标表面.基于矩量法,使用三角分域基函数(RWG)和伽略金法将表面积分方程离散为矩阵方程,并采用稳定的双共轭梯度迭代(BICGSTAB)算法对矩阵方程进行求解.针对矩量法(MOM)的高存储量和迭代过程中存在的矩阵向量积耗时的瓶颈,采用基于秩的多层矩阵分解法(MLUV),对矩阵元素进行压缩存储,以节省对计算机内存的需求,并加速迭代过程中的矩阵向量积运算.计算了高斯粗糙面下方球体的双站雷达散射截面积(RCS),并与最陡下降快速多级子算法(SDFMM)结果比较以验证该数值方法的正确性.最后分析了不同粗糙度、目标尺寸和目标位置对双站RCS的影响.     

基于非局部全核变分方法的稀疏角多能CT重建

稀疏角采样与减小X射线源电流可有效降低多能谱CT低辐射剂量,然而会导致投影数据不足且包含较大噪声,重建图像会严重降质。针对这一问题,本文对传统全核变分（TNV）正则化方法进行推广,利用非局部梯度向量构成的雅克比矩阵的低秩特性,提出非局部全核变分（NLTNV）正则化方法。该方法用单个正则项同时建模能谱CT图像的结构相似性、梯度域稀疏性与非局部自相似性3种先验信息,能恢复稀疏角度投影含较大噪声（剂量较低）时图像的结构特征,并且有效缓解了用多正则项建模多能谱CT图像不同先验信息所导致的正则化参数过多问题。此外,基于NLTNV的重建模型为凸优化模型,保证了算法的稳定性与收敛性。实验结果表明,与TNV正则化方法相比,本方法显著提升重建图像的整体质量。

     

透射波波场重建和介质层厚反演研究

本文以P波和SV波波场比值,提出层状介质情况下透射波波场的反向重建算法原理,并据此给出在已知介质速度值时,求介质层厚度的反演方法。文中还以深源远震记录波形资料给出反演算例,证实本文的算法是可行的。     

有序波前重建法的射线追踪

建立了一种新的计算最小走时和射线路径的方法——有序波前重建法. 文中算法按照波前面的实际扩展顺序外推计算走时，采用以计算点为中心的走时计算策略，直接记录计算点获取最小走时的前一节点坐标，同步计算最小走时和射线路径，得到一种全局算法. 该方法具有原理简单、易于实现、不受介质速度差异大小限制、计算速度快等优点. 数值实验表明有序波前重建法具有较高的计算精度和运行效率.     

轴对称有耗介质电磁问题的时域有限元方法

从Ｍａｘｗｅｌｌ方程出发推导出非均匀介质中含时间的Ｇａｌｅｒｋｉｎ能量泛函的弱化公式,然后应用线性插值原理得到普通的二阶常微分方程。采用中心差分离散,并引入一个比例因子　,分离时间与空间变量,得到了随时间步长变化的递推迭代公式,从而将差分与有限元方法相结合,并对非均匀介质中时域有限元的稳定性进行了讨论,给出了其稳定性条件。在均匀无耗介质和有耗介质中,用单匝磁偶极天线的瞬态响应的时域有限元数值计算分别与现有文献作了比较,给出轴对称非均匀介质中有井眼的瞬态测井响应。     

波前重建法折射成像及应用研究

根据实际工作需要对传统的地震折射资料解释方法的适用范围进行了讨论,指出了传统折射资料解释方法所存在的问题。采用重建波前的方法进行折射成像,通过改进震源函数,并在反演过程中使用有限差分技术解程函方程,进行波场外推,从根本上解决了传统折射资料解释方法存在的问题,计算精度高,速度快。通过理论模型和实际资料的对比计算和验证,效果良好。     

透射波波场重建和介质层厚反演研究

本文以P波和SV波波场比值,提出层状介质情况下透射波波场的反向重建算法原理,并据此给出在已知介质速度值时,求介质层厚度的反演方法。文中还以深源远震记录波形资料给出反演算例,证实本文的算法是可行的。     

利用P波到时确定近震震源参数的循环优化迭代法的误差分析

利用P波到时确定近震震源参数,文献[1]给出了一种迭代解法-循环优化迭代法。用这种方法对五个参数φ,λ,T₀,h,υ全面进行优化时,需要分别算出所得近似解的误差,只当它们全部满足精度要求时,才能做为我们所需要的近似解,否则,还要对不满足精度要求的量继续进行优化。如何计算所得近似解的误差,该文并没有真正解决这个问题。     

利用高阶交错网格有限差分法模拟地震波在非均匀孔隙介质中的传播

烃类储集层是一种复合多相介质，在固体颗粒的空隙中含有气体或液体. 研究弹性波在该类地层中的传播规律对于油气勘探开发，特别对于全波列声波测井有重要意义. 为了提高孔隙弹性介质数值模拟的计算效率，本文采用改进显式交错网格有限差分算法取代常用的空间域四阶和时间域二阶的速度 - 应力有限差分算法，算法的空间域为八阶、时间域为二阶. 虽然计算的时间步长略小于空间域四阶的情形，但高阶有限差分算法可以选择较粗糙的网格，因此补偿了计算的低效；同时高阶交错网格有限差分算法的空间频散性比低阶算法小. 利用该算法计算了一个两层模型的波场，同时还模拟了等效弹性和孔隙弹性模型中波的传播. 结果表明慢波及其影响明显，尽管慢波衰减很快，但被某一界面反射后，转换形成的P波和S波仍以正常的方式传播，且比慢波衰减小.     

用于速度图象重建的层析成象法

本文提出了一种用于速度图象重建的层析成象法。特别注意到地震学上的ST与医学上的CT的不尽相同之处,并处理了由此引起的困难。与速度图象重建有关的正问题的分析表明,不同频率范围的资料其分辨能力是不同的,因此,区域地震与远震资料的解释应予注意。本文有关速度图象重建的讨论不仅涉及到与成象方法有关的反演理论和方法,还给出了进行数值计算的内存量和运算量的分析。关于重建图象的质量评价,还给出了反演解的可靠性分析,为分辨特性的描述提供了一种既简便又形象直观的方案。 本文的方法与现行主要方法的比较表明:1.本文的方法允许存在速度间断面,有利于揭示不同构造区域的地壳厚度的差异;2.在常用的方法中,作为正问题假定的常速度块同反演结果解释时非常速度块之间不协调。由于我们把给定网格点的速度值的插值函数作为速度的空间函数,这一困难已被解决;3.相对于Aki等的一般方法,本文的内存量节省约一个量级、运算量减少约一半;4.相对于ART类方法本身不能给出成象结果的可靠性分析,本文的方法则具有显著的优点。 作者在分析了天然地震资料的状况之后相信,对充分利用我国地震台网的现有观测资料,本文的方法是有效的。     

用于速度图象重建的层析成象法

本文提出了一种用于速度图象重建的层析成象法。特别注意到地震学上的ST与医学上的CT的不尽相同之处,并处理了由此引起的困难。与速度图象重建有关的正问题的分析表明,不同频率范围的资料其分辨能力是不同的,因此,区域地震与远震资料的解释应予注意。本文有关速度图象重建的讨论不仅涉及到与成象方法有关的反演理论和方法,还给出了进行数值计算的内存量和运算量的分析。关于重建图象的质量评价,还给出了反演解的可靠性分析,为分辨特性的描述提供了一种既简便又形象直观的方案。 本文的方法与现行主要方法的比较表明:1.本文的方法允许存在速度间断面,有利于揭示不同构造区域的地壳厚度的差异;2.在常用的方法中,作为正问题假定的常速度块同反演结果解释时非常速度块之间不协调。由于我们把给定网格点的速度值的插值函数作为速度的空间函数,这一困难已被解决;3.相对于Aki等的一般方法,本文的内存量节省约一个量级、运算量减少约一半;4.相对于ART类方法本身不能给出成象结果的可靠性分析,本文的方法则具有显著的优点。 作者在分析了天然地震资料的状况之后相信,对充分利用我国地震台网的现有观测资料,本文的方法是有效的。