倾子资料三维共轭梯度反演研究

在对倾子响应和共轭梯度算法深入分析的基础上,我们实现了倾子资料三维共轭梯度反演算法.基于倾子资料的三维共轭梯度反演研究,探讨了利用倾子资料进行三维反演定量解释的方法.通过对理论模型合成数据 进行反演试算,验证了所实现的倾子资料三维共轭梯度反演算法的有效性和稳定性.该反演算法可用于对大地电磁测深和地磁测深(地震地磁台站进...     

大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演研究(英文)

在对张量阻抗数据、倾子数据和共轭梯度算法深入分析的基础上,我们实现了大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演算法。基于全信息资料的三维共轭梯度反演研究,探讨了同时利用五个电磁场分量整理得到的大地电磁资料进行三维反演定量解释的方法以及全信息数据在三维反演中的作用。理论模型合成数据的反演结果表明,在三维反演中使用张量阻抗和倾子数据结合的全信息数据的反演结果优于只使用张量阻抗数据(或只使用倾子数据)的反演结果,提高了反演结果的分辨率和可信度。合成数据的反演算例也验证了所实现的大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演算法的正确性和稳定性。     

HTI介质PS波叠前偏移及各向异性校正方法应用研究（英文）

在对张量阻抗数据、倾子数据和共轭梯度算法深人分析的基础上,我们实现了大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演算法。基于全信息资料的三维共轭梯度反演研究,探讨了同时利用五个电磁场分量整理得到的大地电磁资料进行三维反演定量解释的方法以及全信息数据在三维反演中的作用。理论模型合成数据的反演结果表明,在三维反演中使用张量阻抗和倾子数据结合的全信息数据的反演结果优于只使用张量阻抗数据(或只使用倾子数据)的反演结果,提高了反演结果的分辨率和可信度。合成数据的反演算例也验证了所实现的大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演算法的正确性和稳定性。     

大地电磁非线性共轭梯度拟三维反演

提出了非线性共轭梯度法大地电磁拟三维反演.该方法选取共轭梯度反演算法为拟三维反演的核心.在计算灵敏度（Jacobian）矩阵时,吸取近似灵敏度矩阵思想,采用一维灵敏度矩阵来代替三维灵敏度矩阵,并对非测点的灵敏度元素提出一种近似方法.在第一次反演之后,采用拟牛顿法更新灵敏度矩阵.拟三维反演法在很大程度上节省了计算时间,并且理论模型和实际资料的反演试算结果表明大地电磁拟三维反演法具有一定的实用价值.     

可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演研究

可控源音频大地电磁法在资源勘探等领域中发挥着重要的作用.我们把有限差分数值模拟方法用于可控源音频大地电磁三维正演,结合正则化反演方案和共轭梯度反演的思路,将反演中的雅可比矩阵计算问题转为求解两次"拟正演"问题,得到模型参数的更新步长,形成反演迭代,实现了可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演算法.该反演算法可用于对有限长度电偶源激发下采集到的可控源音频大地电磁全区(近区、过渡区和远区)视电阻率和相位资料进行三维反演定量解释,获得地下三维模型的电阻率结构.理论模型合成数据的反演算例验证了所实现的可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演算法的有效性和稳定性.     

井地电法的准解析近似三维反演研究

研究复杂地电模型上的井地电法三维反演一直是一个具有挑战性的课题。本文在准解析近似和重加权正则化的共轭梯度法的基础上,用visualFortran6.5开发了井地电法三维准解析近似反演程序。反演过程中的正演和Frechet导数矩阵计算都应用准解析近似大大提高了计算的速度。通过理论模型的合成数据反演试算,说明基于准解析近似法和加权正则化的共轭梯度法的井地电法三维反演程序有着计算速度快,反演精度高等特点。     

三维地质模型中地震波共轭梯度非线性走时反演

地震体波走时层析成像是探测地球内部速度结构的重要方法之一。基于三维块状建模以及三角形拼接的界面描述方式,结合快速高效的逐段迭代射线追踪方法,获得三维复杂地质模型中的地震射线路径与走时信息,采用共轭梯度非线性反演算法,进行地震波走时反演。实验结果表明共轭梯度反演算法在三维层状模型中具有较高的有效性。     

地面可控源频率测深三维非线性共轭梯度反演

讨论了地面可控源电磁勘探三维非线性共轭梯度反演的可行性以及反演过程中考虑场源的必要性.反演采用非线性共轭梯度反演方法.反演过程中,模型响应利用交错网格有限差分技术计算.反演数据采用与发射源平行的电场x分量E_x.利用层状导电模型作为背景,设计了两个理论模型进行数值试验:第一个模型中包含两个电阻率异常,以检验反演的有效性;第二个模型中,在测区外设置了一个低阻异常,以考察源的信息在反演中的作用.两个模型的反演分别从层状背景模型开始,迭代120次后终止.数值试验结果表明,(1)非线性共轭梯度反演所获得的电阻率分布和理论模型吻合较好;(2)非线性共轭梯度算法收敛速度较慢,需要较多的迭代次数完成反演;(3)对于可控源频率电磁勘探,必须考虑源位置信息.因此,本文采用考虑场源信息的地面可控源非线性共轭梯度反演方法能完成真正意义上的可控源频率电磁测深数据的反演.     

基于不等式约束的井地电阻率法三维非线性共轭梯度反演研究

基于共轭梯度的最小构造反演方法是三维电阻率反演的主要方法,是基于线性系统的线性反演,而反问题的不适定性很大程度上与非线性问题的线性化有关,且存在着多解性较强的问题.为了改善以上问题,本文利用目前较为主流的非线性共轭梯度法(NLCG)实现了三维井地电阻率法的反演,将表征模型参数变化范围的不等式约束作为先验信息以惩罚函数法的方式引入到NLCG反演方法中.通过对多种理论模型的反演结果比较,有效的改善了反演结果的精度,在一定程度上降低了反演的多解性.在目标函数中加入构造位置的先验信息作为局部不等式约束的反演算例表明,给出的范围越精确,反演结果就越准确.     

井地有限线源三维电阻率反演研究

有限线源的三维电阻率反演,是地学探测研究的重要课题之一.本文主要讨论了以下几个方面的内容:(1)结合反演方程式改进的共轭梯度算法;(2)基于扰动法的线源Jacobi矩阵的近似计算方法及光滑系数矩阵在各个方向上的光滑因子的计算公式;(3)通过分析阻尼系数与修改量校正量对反演结果的影响,提出了利用校正系数对模型修正量进行校正;(4)较为系统的讨论了阻尼系数λ对反演分辨能力的影响,较好的改善了三维电阻率反演中的电性异常体重心的"上漂"现象.数值实验表明,改进后的共轭梯度法反演对初始模型的依赖程度较小,反演能够稳定收敛,对模型的空间位置分辨率较高.     

基于矢量有限元的带地形大地电磁三维反演研究

研究了基于矢量有限元方法的大地电磁带地形三维反演算法并开发了三维反演计算程序代码.在大地电磁场正演数值模拟方面,采用并行直接稀疏求解器PARDISO且无需进行散度校正的快速正演方案,对典型地形模型,在中等规模计算条件下,与双共轭梯度法(BICG)计算结果比较,发现PARDISO比BICG快10倍以上;通过理论模型试算,并与前人的有限元法计算结果对比,验证了带地形三维正演计算程序的正确性.在反演方面,本研究基于共轭梯度方法编写了大地电磁带地形三维反演代码,为了避免直接求取雅可比矩阵,将反演中的雅可比矩阵计算问题转为求解两次“拟正演”问题,进而将PARDISO的快速正演方案应用于“拟正演”问题的求解,以提高反演计算效率.利用开发的反演算法对多个带地形地电模型的合成数据进行了三维反演,反演结果能很好地重现理论模型的电性结构,验证了本文开发的三维反演算法的正确性和可靠性.最后,利用该算法反演了某矿区大地电磁实测数据,反演得到的三维电性结构清晰地反映了研究区的地电特征,将反演结果与该区已有地质资料结合进行解释,应用效果明显,进一步验证了本文算法的有效性.     

A comparison of different radiomagnetotelluric data inversion methods for buried waste sites

This study deals with two-dimensional (2D) inversions of synthetic and observed radiomagnetotelluric (RMT) data on typical buried conductive waste sites in Europe, and with the practical aspects of different inversion algorithms. In the inversion calculations, we used smoothing and L2-norm stabilizers and compared the results. The resolution of the geometry of the highly conductive waste site, in particular, was investigated. In the inversion with the L2-norm stabilizer, we used the least-squares solution with singular value decomposition (LSSVD) and conjugate gradient (CG), whereas only the conjugate gradient solver was used in the 2D-inversion with the smoothing stabilizer. The inversion results of the synthetic data showed a better resolution of the geometry of the highly conductive waste site when a L2-norm stabilizer was applied in the inversion; in particular, a better detection of the bottom of the waste deposit was achieved. Additional model studies were carried out using synthetic RMT data in order to investigate the 2D inversion of RMT data observed on a 3D structure; these studies showed that the use of TM mode data yields a better resolution of the structure than joint inversion of TE and TM modes.2D inversions of RMT data on a waste site near Cologne showed that the inversion of the TM mode could resolve well the geometry, especially the bottom of the waste site, if information about the background conductivity structure was available. In this case study, inversion with the L2-norm stabilizer produced a sharper image of the waste site than inversion with the smoothing stabilizer, as indicated also by the inversion study that used synthetic data.     

基于柯西分布约束和快速近端目标函数优化的三维重力反演方法

优化算法的选取在很大程度上影响着三维重力反演的计算效率,从而制约着三维重力反演的实用性.在复杂地质构造背景下,不同岩性单元之间可能会发生物性突变,产生尖锐边界.为此,本文提出了一种新的基于柯西分布约束和快速近端目标函数（Fast Proximal Objective Function,FPOF）优化的三维重力反演方法.FPOF优化方法的一个突出特点是在每一步迭代过程中逐一计算剖分网格内的未知密度参数,因此,有较低的计算复杂度和较高的计算效率.此外,目标函数中柯西范数（Cauchy norm）的引入会对反演结果施加稀疏性,有助于产生块状效果.理论模型测试表明,本文方法不仅能产生更加聚焦的反演效果,而且反演所需的时间也比传统的共轭梯度优化方法少.最后将本文方法应用于我国西部某地区实际重力数据,反演结果与已知的地质信息有较好的一致性.     

基于瞬变电磁矩变换的快速三维反演方法

瞬变电磁法的严格三维反演计算复杂、占用资源多,在普通计算机上难以实现.本文引入瞬变电磁矩变换的概念,提出一种快速三维反演方法.该方法基于阻性限制(resistive limit)特性,建立包含异常体的三维大地的一阶矩响应正演算法,根据不同约束条件,选择优化的最速下降法实现瞬变电磁快速三维反演.文中通过含异常体的三维大地正演一阶矩与仿真数据一阶矩的对比,验证了快速三维正演算法的有效性,之后在不同约束条件下,利用优化的最速下降法实现了对含噪声的仿真瞬变电磁数据的快速三维反演.结果表明,该方法能够在普通计算机上短时间内较为准确地反演出地下异常体的体积和位置,在瞬变电磁数据的实时解释工作中具有良好的应用前景.     

利用共轭梯度法的电阻率三维反演研究

利用共轭梯度（ＣＧ）迭代技术,实现了直流电阻率测量数据的三维最小构造反演。 首先,运用共轭梯度迭代算法解反问题的线性方程组,只需求Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵Ｇ与任一向量ｘ的 乘积Ｇｘ及Ｇ^Ｔ与任何一向量ｙ的乘积Ｇ^Ｔｙ,再引入Ｇ的Ｒｏｄｉ算法,则Ｇｘ及Ｇ^Ｔｙ均可在每次反 演迭代中的一次正演计算后一并求得．因此,每次反演迭代仅需一次正演计算,大大加快了 计算速度;而且避免了直接求 Ｇ以及 Ｇ^ＴＧ的逆矩阵,也避免了存储 Ｇ和 Ｇ^ＴＧ所需庞大的存储 量。另外,由于反演参数太多,求模型光滑约束的最小构造反演能够有效地消除多余构造信 息,得到可靠的反演结果。将这３种方法和技术融合于三维反演中,取得了好的反演效果．为 改进传统最小构造反演收敛慢的问题,还提出了一种新的反演迭代技术,仅需１０次左右甚至 更少迭代即可收敛。     

APPLYING 3D INVERSION OF SINGLE-PROFILE MAGNETOTELLURIC DATA TO IDENTIFY THE SHADE AND YUNONGXI FAULTS

Many synthetic model studies suggested that the best way to obtain good 3D interpretation results is to distribute the MT sites at a 2D grid array with regular site spacing over the target area. However, MT 3D inversion was very difficult about 10 years ago. A lot of MT data were collected along one profile and then interpreted with 2D inversion. How to apply the state-of-the-art 3D inversion technique to interpret the accumulated mass MT profiles data is an important topic. Some studies on 3D inversion of measured MT profile data suggested that 2D inversions usually had higher resolution for the subsurface than 3D inversions. Meanwhile, they often made their interpretation based on 2D inversion results, and 3D inversion results were only used to evaluate whether the overall resistivity structures were correct. Some researchers thought that 3D inversions could not resolute the local structure well, while 2D inversion results could agree with the surface geologic features much well and interpret the geologic structures easily. But in the present paper, we find that the result of 3D inversion is better than that of 2D inversion in identifying the location of the two local faults, the Shade Fault(SDF)and the Yunongxi Fault(YNXF), and the deep structures. In this paper, we first studied the electrical structure of SDF and YNXF based on a measured magnetotelluric(MT) profile data. Besides, from the point of identifying active faults, we compared the capacity of identifying deep existing faults between 2D inversion models and 3D models with different inversion parameters. The results show that both 2D and 3D inversion of the single-profile data could obtain reasonable and reliable electrical structures on a regional scale. Combining 2D and 3D models, and according to our present data, we find that both SDF and YNXF probably have cut completely the high resistivity layer in the upper crust and extended to the high conductivity layer in the middle crust. In terms of the deep geometry of the faults, at the profile's location, the SDF dips nearly vertically or dips southeast with high dip angle, and the YNXF dips southeast at depth. In addition, according to the results from our measured MT profile, we find that the 3D inversion of single-profile MT data has the capacity of identifying the location and deep geometry of local faults under present computing ability. Finally, this research suggests that appropriate cell size and reasonable smoothing parameters are important factors for the 3D inversion of single-profile MT data, more specifically, too coarse meshes or too large smoothing parameters on horizontal direction of 3D inversion may result in low resolution of 3D inversions that cannot identify the structure of faults. While, for vertical mesh size and data error thresholds, they have limited effect on identifying shallow tectonics as long as their changes are within a reasonable range. 3D inversion results also indicate that, to some extent, adding tippers to the 3D inversion of a MT profile can improve the model's constraint on the deep geometry of the outcropped faults.     

基于初至波走时层析成像的Tikhonov正则化与梯度优化算法

初至波走时层析成像是利用地震初至波走时和其传播的射线路径来反演地下介质速度的技术.该问题本质上是一个不适定问题,需要使用正则化方法并辅之以适当的最优化技巧.本文从数值优化的角度介绍了初至波走时层析成像的反演原理,建立了Tikhonov正则化层析成像反演模型并提出求解极小化问题的加权修正步长的梯度下降算法.该方法可以从速度模型的可行域中迭代找到一个最优解.数值试验表明,该方法是可行和有应用前景的.     

A 3D magnetic structure of Izu-Oshima Volcano and their changes after the eruption in 1986 as estimated from repeated airborne magnetic surveys

A 3D magnetic inversion method using a conjugate gradient method (CG method) was developed for constructing 3D magnetization models of a volcanic edifice and applied to aeromagnetic anomalies of Izu-Oshima Volcano surveyed in 1986 and in 1997. The calculated results of the 1986 data show that the volcanic edifice of Izu-Oshima Volcano has a mean magnetization intensity ranging from 10.4 to 12.1 A/m. The derived 3D magnetic structure shows low magnetization zones beneath the west-northwest of the western caldera rim, beneath the west-southwest of Mt. Mihara and beneath Mt. Shiroishi. These features may be related with demagnetizations, reflecting a high thermal state due to magma activities in the 1986 eruption. The comparison between 3D magnetization models in 1986 and in 1997, indicates meaningful changes beneath the C-craters erupted in 1986, suggesting a recovery process of demagnetizations and a considerable decrease of magnetization intensities in the foot of Mt. Futago, indicative of demagnetizations. A derived magnetization model including Izu-Oshima Volcano and its surrounding sea areas clarifies the submerged volcanic edifices around Izu-Oshima Island, and suggests that the old volcanic edifices of Fudeshima, Gyojyanoiwaya, and Okata Volcanoes have been affected by eastward migrations due to massive intrusions of a dike-like structure inferred at the base of Izu-Oshima Volcano.     

SOTEM数据一维OCCAM反演及其应用于三维模型的效果

本文基于垂直磁场分量研究了SOTEM数据的一维OCCAM反演方法,并将其应用于理论三维数据及野外实测数据的反演.对于大部分一维模型,OCCAM反演可取得较好的反演效果,且反演结果不依赖于偏移距;噪声对SOTEM数据的OCCAM反演具有较大影响,但当信号含噪水平不超过5%时,反演结果仍具有较好的准确性;若浅层存在较厚的低阻层,OCCAM反演结果对下部地层的分辨能力下降,仅能获得具有平均效应的电阻率.将一维算法应用于SOTEM三维数据的反演,会产生较大的误差,尤其是在异常体边缘地带影响最为严重.该影响程度与异常体和背景电阻率之间的差异有关,对于大多数电性近似呈连续变化的真实大地而言,一维OCCAM反演算法仍可获得较好的效果.最后通过陕西某煤田深部富水性调查的实测SOTEM数据反演验证了本文的研究成果.     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(二)——反演数据极化模式选择

针对大地电磁二维反演中TE、TM极化模式的选择问题,设计了多个二维、三维模型进行了正演计算,从数据对比和反演结果对比两方面入手,分析研究了三维模型和二维模型响应数据的差异、反演中极化模式的选择、以及三维模型数据的二维反演近似等问题.研究结果表明:在三维模型条件下,利用二维模型进行反演时,TE模式对模型的二维的近似程度要求远高于TM模式;当三维结构影响较明显时,利用TM模式数据进行二维反演比利用TE模式或利用TE+TM模式联合反演都更合理,反演结果中的虚假结构明显减少;对于TM模式,相位受三维畸变影响较小,视电阻率较大,所以二维反演中可适当加大相位的权;对于实测数据的二维反演,应优先考虑采用TM模式数据进行二维反演,其次是TM+TE模式,一般不要单独采用TE模式.