反插值法实现地球物理数据快速网格化

本文借鉴反演理论，采用反插值法实现地球物理数据的快速网格化.首先由已知点与未知网格点的反距离拓扑关系建立反演方程，用已知点值直接计算出其所在网格的未知网格点值，再利用Laplacian算子滤波，使得模型光滑，且能量最小化.利用预条件共轭梯度法求解网格化方程组，并结合螺旋坐标系思想和Wilson\|Burg谱分解法，将二维数据的滤波处理转换到一维空间进行处理，实现二维数据快速滤波.另外，引入了阻尼约束，保证求解稳定、迭代收敛.最后，应用该方法对合成数据和实际资料进行了试验.     

中国及其邻区地表气象数据预处理和网格化数值结果分析

讨论了与距离成反比和Ｋｒｉｇｉｎｇ等不同的２维插值方法在地表气象数据网格化中的应用,介绍了对中国及邻区１２００多个气象台站数据的预处理过程,对网格化后的数值结果进行了必要的可靠性分析。计算结果说明,在离散台站分布密度与网格节点分布密度大致相同的前提下,网格化处理后的区域气象数据能较好反映离散数据性质。     

一种稳定的位场数据最小曲率网格化方法研究

在进行位场数据处理和转换之前均要对离散数据进行网格化,网格化的精度直接影响位场处理和转换结果的精度、网格化方法的计算量大小直接影响位场处理和转换结果的效率.本文在已有最小曲率网格化算法的基础上提出了一种稳定的最小曲率网格化算法,该算法不但提高了网格化结果的精度,而且网格化结果受点(线)距大小的影响较小,通过实际资料验证...     

基于层位约束的不规则网格层析速度建模方法

网格层析成像采用离散网格点代替空间连续介质模型,通过更新网格点速度值对模型进行迭代优化,从而达到速度误差收敛的目的.常规网格层析是基于规则矩形网格进行网格剖分,横向及纵向网格采用等间距步长,该方法在网格剖分过程中没有考虑地层构造特点.本文提出一种基于层位约束的不规则网格层析成像方法.该方法通过截取时窗的策略对特殊构造部分采取加密网格的策略,从而实现根据地质构造指导网格剖分.对于简单的地质构造,本文提出方法与常规方法效果相当.对于复杂构造地层,尤其对于小尺度特殊地质构造体,本文提出方法更具针对性,对于特殊构造体速度建模精度更高.由实际数据应用证明,对于复杂地质构造,本文方法能够大幅提高速度场建模精度,为叠前深度偏移能够准确成像保驾护航.     

基于Surfer的1:50000规则测网重力数据网格化方法选取——以银额盆地赛汉陶来区块重力资料为例

为了选取1:50000规则测网重力数据网格化的最佳方法,本文以银额盆地赛汉陶来区块实测重力数据为例,采用surfer软件提供的12种网格化方法,分别对实测数据进行网格化,利用检查点法和交叉验证法统计各种网格化结果的残差指标,对网格化结果绘制的等值线图进行分析比较,讨论了不同网格间距对网格化结果的影响,并对网格化后的布格异常总精度进行对比.研究认为:银额盆地赛汉陶来区块1:50000规则测网重力数据网格化中,径向基函数法是最佳的网格化方法,且网格间距选择200m×200m较为合适.     

基于奇异谱分析的联合去噪及规则化方法

在地震数据处理中,噪音压制和数据规则化研究直接影响后期的地震处理及解释效果.本文提出一种基于奇异谱分析的联合去噪及规则化方法,在迭代时自动在地震道缺失的位置进行插值,在含有地震数据的位置压制噪声,并通过分步插值改善数据相干性.通过合成地震记录和实际资料的联合去噪及规则化处理结果表明:联合方法能够在补全地震道的同时有效地压制噪声.     

基于深度卷积神经网络的剪切波分裂质量检测

剪切波分裂是分析地震各向异性的一种重要手段,常规方法是利用网格搜索获取分裂参数,再通过不同方法的测量结果对比测量结果进行质量检测,这一过程会耗费大量计算时间。本文针对这一问题提出了一种利用深度卷积神经网络对剪切波分裂进行质量检测的新方法,对使用了Resnet残差结构的深度神经网络进行训练,直接对二分量剪切波波形数据的质量进行分类。整个过程为:神经网络通过卷积层提取波形特征,计算损失函数后反向传播训练模型参数,完成迭代训练后的模型对输入波形数据正向计算自动输出类型。本文利用川西台站接收到的实际数据以及随机生成的合成数据分别对该网络进行训练,均可以获得准确的分类结果。相比于通过多种剪切波分裂方法对比测量结果的质量检测方法,基于神经网络的方法可以省略网格搜索的计算过程直接判断质量类型,在运算速度上的优势明显,并可继续通过训练提高模型的精度,为提升剪切波分裂方法在数据处理过程中的操作效率提供帮助。     

基于数据驱动的小波域分贝准则强能量振幅压制方法（英文）

在对振幅值动态范围分布较大的地震数据进行强能量去噪处理时,针对常规方法通常会面临的阈值求取不准导致效果不理想、需要反复测试模块参数以及需要多轮迭代联合去噪才能达到预期效果等问题,本文提出了基于数据驱动的分贝准则小波域强能量振幅压制方法。与常规方法相比,该方法不直接对异常强振幅能量值进行统计分析,而是对振幅的能量级指数进行统计分析来确定去噪阈值,即分贝判定准则。本文采用小波变换在时频域选取最佳有效信号分布时窗进行阈值统计,然后分频压制,以进一步提升去噪效果。理论和实际数据测试表明,该方法能有效压制地震数据中的强能量振幅,对强能量振幅分布动态范围适应广、时窗依赖程度低、保幅性好,具有良好的应用前景。     

三维感应测井响应计算的交错网格有限差分法

应用交错网格有限差分法计算三维复杂环境中的感应测井响应. 其中，利用Krylov子空间不变性求解离散得到的大型稀疏复对称线性方程组. 在构造Krylov子空间时使用其系数矩阵的伪逆以改善迭代的收敛性. 迭代中，使用不完全Cholesky分解共轭梯度法求解4个三维Poisson方程以得到新的Lanczos向量. 通常迭代不超过20次可得到理想结果. 另外，提出一种新的物质平均公式以计算电导率平均值，可保证电流守恒.     

三维时间域航空电磁有理Krylov正演研究

常规的三维时间域航空电磁模拟通常采用隐式步长方法进行时间离散,需要几次矩阵分解和上百次右端源项回带,计算效率较低.为了提高正演计算效率,本文提出使用有理Krylov方法求解时间域电场扩散方程.首先使用非结构四面体网格进行空间离散,采用Nédélec矢量基函数近似四面体单元内的电场;然后基于有限元离散给出矩阵指数和矢量乘积表示的电场显式解;最后采用有理Arnoldi算法构造Krylov子空间内的正交基函数并进一步求解矩阵指数与矢量的乘积,直接得到任意时刻的电场解向量,避免步长离散过程.此外,本文还提出一种指数加权偏移参数优化方法,使得有理Arnoldi近似在瞬变衰减晚期具备更高的精度,从而降低Krylov子空间阶数并提高计算效率.通过和层状模型解析解的对比验证了有理Krylov方法的精度.针对三维异常体模型使用全局网格和局部网格剖分并和其他数值方法比较,进一步说明了有理Krylov方法的有效性.     

各向异性介质弹性波传播的三维不规则网格有限差分方法

提出一种新的三维空间不规则网格有限差分方法,模拟具有地形构造的非均匀各向异性介质中弹性波传播过程. 该方法通过具有二阶时间精度和四阶空间精度的不规则交错网格差分算子来近似一阶弹性波动方程,与多重网格不同,无需在精细网格和粗糙网格间进行插值,所有网格点上的计算在同一次空间迭代中完成. 针对具有复杂物性参数和复杂几何特征的地层结构,使用精细不规则网格处理粗糙界面、断层和空间界面等复杂几何构造, 理论分析和数值算例表明,该方法不但节省了大量计算机内存和计算时间,而且具有令人满意的稳定性和精度.     

一种块迭代的快速代数重建算法

常用的计算机层析成像的重建算法可分为:变换重建法、代数重建法和其它算法几大类.变换重建算法中最为常用的为"卷积反投影”算法,该算法重建速度较快,重建效果较好.但该算法也存在一些不足,它通常要求完全的、等间隔的平行采样数据.在天文、物探、地震成像等领域采样数据通常是不完全的和非等间隔的.代数重建算法简单,适用于不同格式的采样数据,对不完全数据亦可重建图像.还可以结合一些先验知识进行求解.可应用于工业检测、物探成像、天文成像等领域.其缺点主要是计算量大,收敛速度慢,难以重建大的图像. 计算机层析成像的重建问题,可离散化为线性方程组AF=P的求解问题,其中P是被采集的投影数据向量,A是投影系数矩阵,F是图像基函数.假设有M个投影数据,且重建的图像有N×N像素,则A为M行、N×N列矩阵.即使重建较小的图像,系数矩阵也是很大的,需要M×N×N个浮点数.A为大型稀疏矩阵,其非零元的个数约为2×M×N个浮点数.因此,想用代数重建算法重建中等或大的图像,必须寻找一种快速的投影系数矩阵实时计算方法. 其次,代数重建算法中迭代的收敛速度也是要解决的主要难点.初值的选取对收敛速度影响是很大的.如果选取的初值与原物体的密度分布较接近,迭代就容易满足收敛条件.传统的代数重建算法中,初值常选为零和某种平均值.在每次循环中都对N×N个图像值,进行逐线或逐点迭代修正.因此,需要大量计算时间,且收敛速度甚慢. 本文提出一种基于分块迭代的快速代数重建算法,其基本思想是采用对图像逐级分块,通过迭代使图像逐步细化,最终逼近于重建的图像.算法的实现过程如下:1.将重建图像按不同级别分块;2.根据块的大小,抽取投影数据,实时计算投影系数矩阵的非零元;3.对给定级图像块赋值,根据投影系数矩阵的非零元和阀值确定对哪些图像块的值进行修正:4.对给定级的图像块经一次循环迭代修正后,判断前后两次的图像是否满足该级迭代结束条件,满足时进入下一级块的迭代;最后一级块迭代满足条件后,块迭代结束.在每一级块迭代过程中,我们设计了求解系数矩阵非零元的快速计算方法,使得所需的系数矩阵的非零元可实时计算,而不必存贮. 利用X射线工业CT实采数据,我们对块迭代代数重建算法的测试结果表明:该方法重建速度快,重建图像精度高、伪影轻,并有较高的密度分辨率和空间分辨率.     

利用三维高斯射线束成像进行地震定位

常规的地震定位方法通常需要拾取地震记录的初至,当初至不明显或被较高水平的噪声淹没时精度较低.本文采用基于三维高斯射线束的偏移成像方法对震源进行定位,较好地解决了该问题.通过三维高斯射线束对台站记录进行偏移归位,并将各台站成像结果的交点作为地震能量释放的中心位置;当各台站成像结果不能交于一点时,采用三维空间高斯滤波方法可实现震源位置的自动获取.提出的变网格计算方案极大地减少了计算量,显著地提高了成像精度和计算效率.利用首都圈地震台网数据,对涿鹿、滦县以及房山三个地震事件进行试算,结果表明:基于变网格三维高斯束偏移成像的地震定位方法自动化程度很高,而且具有较好的抗噪能力,特别适合处理低信噪比资料的地震定位问题.     

一种基于频域外推的不完全角度CT重建算法

不完全角度重建问题一直是CT图像重建领域研究的重点和难点。目前,通常的不完全角度重建方法是基于空域的迭代方法,但由于正反投影的高计算复杂度,空域迭代方法存在计算耗时,对硬件资源需求大等问题。本文提出了一种基于外推的邻近网格迭代算法（INNG-TV）。首先,平行束采样的数据通过傅里叶变换和样条插值到频域空间,然后在迭代的过程中,傅立叶空间投影已知部分的数据始终不变,缺失部分数据通过对重建图像进行INNG外推得到,同时在图像空间对重建图像做非负、最小化总变分等先验及优化约束。     

基于非规则网格声波正演的时间域全波形反演

全波形反演是地震资料处理中速度建模的有力工具,相比层析成像等速度建模方法它能够得到速度场的更高频成分.本文给出了基于声波方程格子法正演的时间域全波形反演方法,该方法用非规则、非结构化的三角网格来离散计算区域及模型参数,能实现网格粒度与反演分辨率在空间上的自动匹配,内存需求少,计算效率高;采用L-BFGS优化方法,以分频段变网格的方式实施多尺度反演.以二维Overthrust模型进行了速度反演数值测试,显示了该方法的高效性和潜力.     

修正辛格式有限元法的地震波场模拟

三角网格有限元法具有网格剖分的灵活性,能有效模拟地震波在复杂介质中的传播.但传统有限元法用于地震波场模拟时计算效率较低,消耗较大计算资源.本文采用改进的核矩阵存储(IKMS)策略以提高有限元法的计算效率,该方法不用组合总体刚度矩阵,且相比于常规有限元法节省成倍的内存.对于时间离散,将有限元离散后的地震波运动方程变换至Hamilton体系,在显式二阶辛Runge-Kutta-Nystr9m(RKN)格式的基础之上加入额外空间离散算子构造修正辛差分格式,通过Taylor展开式得到具有四阶时间精度时间格式,且辛系数全为正数.本文从理论上分析了时空改进方法相比传统辛-有限元方法在频散压制、稳定性提升等方面的优势.数值算例进一步证实本方法具有内存消耗少、稳定性强和数值频散弱等优点.     

接地长导线源半航空瞬变电磁三维有限体积正演

基于有限体积法开发了长导线源半航空瞬变电磁三维正演方法.首先将均匀半空间产生的背景场和异常体产生的异常场进行电磁场分离,可获得双旋度方程,后采用有限体积法在控制体积内进行积分,可得到控制方程,对该控制方程采用交错网格离散,时间离散采用后向欧拉离散,离散后形成半航空瞬变电磁三方向离散方程,系数矩阵根据Yee网格尺寸和控制体积尺寸进行计算,根据时频转换可得到接地长导线源半航空瞬变电磁背景场,选用PARDISO直接求解器对方程进行求解,其中迭代时间步长逐渐递增,以降低时间步长对正演效率的制约,任意点电磁场采用对角体积加权平均的方法进行插值.最后,选用均匀半空间模型和层状模型进行精度验证,并采用山峰、山谷、山峰山谷混合三类模型分析了接地长导线源半航空瞬变电磁的响应规律,结果显示开发的程序可用于半航空瞬变电磁勘探,可为半航空瞬变电磁数据解释的发展提供理论指导.     

三维频域航空电磁法优化模拟方法

为了快速模拟具有较宽频带的三维频域航空电磁响应,本文利用交错网格的有限差分方法,依据麦克斯韦方程组的离散形式推导得出关于空间电场分布的大型稀疏复线性代数方程组,再将方程实虚部分离得到关于实数的大型稀疏线性代数方程组,利用稳定的双共轭梯度法求解方程组.结果表明该方法不仅可以提高方程求解速度,而且保证方程在较低频率下解的收敛性,满足航空电磁法宽频带的要求.然后根据航空电磁法本身特点,提出迭代初值优化和双重网格迭代的方法,该方法可以提高计算速度50%左右.     

有限元直接迭代算法及其在线源频率域电磁响应计算中的应用

采用有限元直接迭代算法实现了线源频率域测深电磁响应的二维正演计算. 首先给出了线源正演问题的有限元直接迭代格式,然后由迭代法进行求解. 在处理奇异源问题上,采用向内递推的组合网格技巧,在源点附近可进行局部加密,并实现粗细网格的对接,从而较好地解决了奇异源附近的计算问题. 还提出一种迭代求取全区视电阻率的方法,避免了远近区的划分. 通过对均匀半空间、层状介质和二维模型电磁响应的计算,获得了与大地电磁测深相似的视电阻率曲线,验证了算法的正确性;通过对计算结果的分析,在理论上说明了线源频率域近区测深的可行性.     

基于时间辛格式的傅里叶有限差分地震波场正演（英文）

地震波场正演模拟是地震资料处理、解释中最为重要的技术之一。地震波场正演模拟在大时间步长、长时程的波场延拓中,存在计算不稳定的问题。本文基于声波方程的Hamilton表述,在波动方程求解中用辛差分格式进行时间网格离散,用傅里叶有限差分进行空间网格离散,提出一种新的保结构地震波场正演模拟方法一辛格式傅里叶有限差分法,在保证计算精度的同时提高计算的稳定性。利用声学近似处理空间-波数混合域的积分算子,将该方法推广至各向异性介质。给出各向同性和各向异性条件下的地震正演模拟的计算流程,并将本文方法用于BP盐丘、BP TTI等模型的波场正演模拟。数值算例表明本文开发的方法适用于速度变化剧烈的复杂介质地震波场正演模拟,计算精度高,数值频散小,在各向异性介质正演中能够有效避免qSV波残余,在大时间步长的迭代计算中稳定性好。本文为在辛算法的框架下实现高精度地震正演模拟提供了一种新的选择。