地震—大地电磁数据非线性联合反演方法研究

在地球物理数据广义线性联合反演方法的基础上，研究了地球物理数据非线性联合反演方法。对这两种方法的反演效果进行了比较、分析，得出了非线性联合反演方法比广义线性联合反演方法更优越的结论。还对解决迭代公式中数量级不一致的问题进行了论述     

地形对不同反演的影响

[摘 要]根据观测数据和模型参数之间的关系,将求误差函数的最优问题的方法通常分为线性反演和非线性反演; 线性反演要求有相当准确的背景介质模型的条件,这和地球物理问题中的实际情况相矛盾。特殊情况下,线性反演甚至出现发散的情况。而非线性反演不用求目标函数的偏导数,全局随机搜索模型空间的最优解的办法,避免了问题的线性化,在山区复杂地形条件下,通过对比论证,非线性反演能够获取更合理的真实地电模型,从而说明由于非线性反演适应性较强、精度较高已被广泛的应用于地球物理的各个领域。     

地形对不同反演的影响

根据观测数据和模型参数之间的关系,通常将求误差函数的最优问题的方法通常分为线性反演和非线性反演;线性反演要求有相当准确的背景介质模型的条件,这和地球物理问题中的实际情况相矛盾。特殊情况下,线性反演甚至出现发散的情况。而非线性反演不用求目标函数的偏导数,全局随机搜索模型空间的最优解的办法,避免了问题的线性化,在山区复杂地形条件下,通过对比论证,非线性反演能够获取更合理的真实地电模型,从而说明由于非线性反演适应性较强、精度较高已被广泛地应用于地球物理的各个领域。     

重磁联合广义反演磁、密度界面

本文利用广义线性反演技术,讨论了综合重磁两种地球物理资料集,联合反演磁、密度界面的方法及效果,所做的模型实验证明了重磁联合反演方法在削减解的非唯一性,提高解的可信度方面,是一种有前途的综合反演方法。     

地球物理反演中的差分进化算法

为避免传统线性反演过程中极度依赖初始模型的选取、易陷入局部最优解的问题,在综合研究现有地球物理非线性反演方法的基础上,引入了非线性领域群体智能算法—差分进化算法,并以电测深方法为例,建立起了差分进化算法的非线性反演模型,通过对所建模型试算及实测数据验证,证实该方法具有反演速度快、精度高等优点,并可推广应用于二维或三维电测深反演理论之中。最后将该算法在内蒙古某多金属矿勘查中进行了实际推广,取得了较好的效果。     

应用地球物理数据处理与分析

从理论和方法技术两个角度讨论了应用地球物理学数据分析当前存在的问题,并对当前学科发展前沿的非线性反演问题进行了重点分析。笔者认为,当前这个领域主要存在８个理论问题,它们影响了学科的发展,同时还存在４个方法技术问题,限制了应用效果。由于从地球物理数据中提取信息和数据处理中不可避免地产生人造假象是相互矛盾的,当前的研究方向是“最大限度地从地球物理数据中提取信息的同时,有效地抑制人造假象”。主要的研究应集中在非线性技术与地球物理反演的结合部上,以开创非线性反演的理论体系。这个体系应突破正则化思维的束缚,引入非线性系统自组织、地球物理场的非线性属性等新概念,融信息科学、数理科学与地球科学为一体,为全球能源资源的勘查开发和环境监控服务。     

大地电磁与地震反射波走时数据二维联合反演

由于地球物理反演存在固有的多解性问题,如何减小多解性,提高地球物理方法反演结果的可靠性和准确性是当今地球物理领域研究的热点。为了减小大地电磁与地震反射波走时资料反演的多解性,在Gallardo和Meju研究的交叉梯度理论的基础上,实现大地电磁与地震反射波走时数据的二维联合反演算法;设计理论地电模型和速度模型进行合成数据的单独反演和联合反演试算,并验证大地电磁和地震反射波走时数据二维联合反演算法的正确性和有效性。反演结果表明,利用交叉梯度方法耦合大地电磁电阻率参数和地震波速度参数能使联合反演过程中的这两个模型在更新的时候相互约束,联合反演结果比单一反演结果更接近真实模型,从而使反演结果更可靠,减少了反演解的多解性。     

一种基于地质模型的电性与速度界面不一致的联合反演方法

当电性与速度界面不一致进行联合反演时,存在参与联合反演的数据不同源的问题,如果做界面一致的假设,会降低反演的可靠性,建立电性与速度统一的反演模型是解决问题的关键.文章分析了地球物理勘探各类目标之间的相互关系,建立以地质模型作为速度和电性联合反演的统一模型,根据地质模型与物性模型、以及地球物理场分布特征的关系,模拟实际地质、地球物理状况,采用基于模式识别的联合反演算法,以直流电测深与地震数据为例进行了模拟实验,实验结果表明:以地质模型作为速度与电性不一致的联合反演统一模型是可行的.     

重、磁、电联合反演在银额盆地定量解释中的应用

依据大地电磁测深连续二维反演结果初步确定构造与地层,通过综合分析区内物性特征给定地层与岩石的物性参数,建立正演地质一地球物理初始模型,在地质、钻井、地震资料约束下进行重、磁、电联合反演,不断修改地质一地球物理模型和大地电磁测深连续二维反演结果,使重、磁正演数据和实测数据拟合度达到最佳。在银额盆地构造与地层解释中的应用结果表明,重、磁、电联合反演可以有效克服单方法解释的多解性,准确识别地质层位,大大提高定量解释的精度。     

利用重力和面波联合反演确定四川地区三维岩石圈速度结构

基于不同地球物理数据对地下结构不同的敏感性和数据分布,联合地球物理反演可以减少反演的非唯一性和提高反演模型的可靠性。在研究中,利用噪声成像得到的地震面波相速度,并结合当地的布格重力异常数据对四川地区的岩石圈速度结构进行了联合成像研究。地震面波频散数据主要对地下岩石的横波速度敏感,而重力数据对地下介质的岩石密度有很好的约束性,为了将两种数据归并统一到同一个联合反演系统中,利用了地震波速度和岩石密度之间的经验关系。基于面波和重力联合反演成像算法,得到了四川地区岩石圈的三维横波速度模型。该模型不仅与地表已观测到的地质特征有较好的吻合性,而且能够比较好地拟合面波数据和重力数据,新的模型对于研究四川地区的地震灾害有着重要的参考意义。     

基于贝叶斯理论面波频散曲线随机反演

面波频散曲线反演是获得地下横波速度结构的重要地球物理方法。常规基于迭代最小二乘等线性反演方法依赖于初始模型,且存在多极值、容易陷入局部最小、反演精度低等问题。基于贝叶斯理论的随机反演方法是一种可以融合先验信息的非线性反演方法,该方法无需人为给定初始模型,仅利用先验信息对模型进行随机采样,根据概率分布筛选接受合适的后验概率密度估计结果,可达到对细节信息的准确估计。本文针对瑞利面波频散曲线,提出了基于GPR数据先验资料约束的贝叶斯马尔科夫蒙特卡洛(MCMC)随机反演方法,通过随机改变模型参数并计算其频散曲线与实际频散曲线的似然函数来选择是否接受新的模型参数,不断重复此过程,最终得到与实际频散曲线拟合效果最佳的最优解以及横波速度解的后验概率密度分布。通过理论模型以及实际数据反演测试,验证了该方法与常规无约束的随机反演相比,可以有效地提高反演速度和反演精度。     

改进的遗传算法在电测深反演中的应用

遗传算法是地球物理数据非线性反演中常用的方法,但在使用中所需内存较多,容易"早熟"或陷入局部极小。为了在电阻率测深反演中更好地使用遗传算法,提出了利用统计学建模获得精细初始模型后,再利用改进的遗传算法反演。改进了传统遗传算法评价解的方法、增加了局部目标函数并限制遗传基因的繁殖方向。对理论模型的反演计算证明改进的遗传算法可以减少计算量,改善电阻率测深的反演效果。     

地震波速层析成像方法研究进展

本文回顾了利用天然地震观测获取地下速度结构的方法。尽管有不同的新方法涌现,天然地震波速层析成像方法,尤其是多震相联合反演的格点层析成像方法,是当今使用广泛使用的层析成像方法之一,是对地球内部成像的最有效方式。波速层析成像方法的未来发展首先是提高第一手的观测资料,即增加接收地震波信息的地震台站分布密度;同时,通过多种地球物理方法联合反演相互约束可以给出较为严格的地球物理模型,并来降低了地球物理反演和解译的多解性,这是地球物理探测研究的趋势,也是天然地震波速层析成像方法的研究趋势。     

粒子群算法在磁测资料井地联合反演中的应用

粒子群优化算法是一种新兴的高效并行优化算法,目前被广泛应用于各领域,但在地球物理反演中很少运用.磁测资料井地联合反演是结合井中与地面磁测数据的各自优势,进行地球物理反演的一种新方法.笔者以立方体为模型,通过理论模型试验和大冶危机矿山实例,将粒子群优化算法运用于磁测资料井地联合反演,取得了比较好的效果,不仅验证了粒子群算法在地球物理反演中的可行性,而且也论证了井地联合反演的优越性.     

航磁ΔT解析信号确定线性构造隐伏形态的算法及阿尔金的应用

本文研究了模拟线性地质构造具有普遍意义的有限延深薄板状体ΔＴ的解析信号强度与其几何参数之间的超定方程关系,运用奇异值分解和广义逆技术求解超定方程,获得了高精度的理论反演方法,同时给出了定性解释板状体产状的辅助方法。对阿尔金地区隐伏断裂形态的反演结果,为西藏地体的“北推东移”提供了定量化的地球物理解释证据。文章还勾画了阿尔金与塔里木的深部界线。     

重磁反演约束条件及三维物性反演技术策略

重磁资料反演与其他地球物理反演一样也存在严重的多解性,要想得到好的结果,必须附加约束条件,而且尽可能是各种约束的组合。三维反演中多解性更加严重,同时与约束的结合又更加艰难。非线性的广义随机算法使反演求解过程稳定,约束条件容易结合,但计算速度和维数困难同样制约其发挥作用,采取针对性措施后,使三维反演进入实用化阶段。     

地球物理反演

地球物理反演是近年来发展很快的地球物理学中利用地球表面及钻孔中观测到的物理数据,推测地球内部介质物理参数分布和变化的新方法。地球物理研究一般分为资料采集、处理和解释三个环节,地球物理反演是地球物理资料定量解释的理论和算法基础,也是地球物理资料处理技术的基础之一。在本世纪70年代以前,地球物理资料的定量解释从属于各种单一的观测方法,没有形成适用于各种地球物理方法的统一的反演理论。60年代末至70年代     

多波AVA地层参数反演

以Zoeppritz方程为基础，对多波AVA地层岩性参数反演进行探讨。根据给出的多层水平介质理论模型和实际多波地震资料，以广义线性反演作为数学工具，分别利用P－P波、P－SV波及P波与P－SV波联合进行了地层P波速度、S波速度及密度的反演。理论模型计算证明了该方法的正确性，并进一步验证了该方法对噪声有一定的抗干扰能力。实际多波数据计算结果也说明该方法可从多波地震记录反演得到较为准确的地层岩性参数。     

基于在线惯序极限学习机的瞬变电磁非线性反演

基于梯度下降法的传统人工神经网络瞬变电磁反演方法计算效率低,不能保证全局收敛。为了解决上述问题,提出一种在线惯序极限学习机(online sequential extreme learning machine, OSELM)的瞬变电磁反演方法。该方法针对瞬变电磁法所获取的高维勘探数据进行建模反演,首先,通过随机设定隐层参数(输入权值和偏差)来简化模型的学习过程;然后,将测试得到的预测样本加入训练样本中,作为下一次的更新信息,建立在线贯序极限学习机预测模型,从而最大限度提高反演精度;最后,设计了两个经典的瞬变电磁层状地电模型并进行了拟二维地电模型的反演。反演结果表明,该方法能够较好地解决瞬变电磁法高维数据非线性建模的反演问题,同时相较极限学习机(extreme learning machine, ELM),非线性反演方法具有更加准确的反演结果、更好的泛化能力以及更高的计算效率,为神经网络在地球物理反演中的应用提供了新思路。     

激发极化法测深曲线反演方法及对比分析

在电阻率反演的基础上,运用等效电阻率进行激发极化法测深曲线的反演.通过对线性反演法、精确形式法、非线性反演法三种极化率反演方法的计算与分析,编制程序对水平层状模型进行反演,对比其在耗费时间和反演效果等方面的差别,认为非线性反演是理论上最好的方法,而在实际生产中建议采用线性反演方法.