半航空时间域电磁数据一维自适应正则化反演

半航空时间域电磁法集成了地面和航空电磁法各自的优势,不仅容易实现大发射磁矩,增大勘探深度,同时还可以提高勘探效率。但是由于半航空时间域电磁法在测量过程中,收、发距会发生变化,因此与地面和航空电磁法相比,其数据处理与反演解释更加困难。以长导线电性源半航空电磁法为例,将自适应正则化反演算法应用于半航空时间域电磁数据反演中。首先给出最平缓模型约束条件下的半航空时间域电磁数据自适应正则化反演算法,并引入并行技术实现了该反演算法的并行计算;然后对两种三层地电模型和一种六层地电模型的理论电磁响应加高斯白噪声后的数据进行反演计算;最后对其反演结果和并行计算的效率进行了详细地分析与讨论。实验结果分析表明:自适应正则化反演算法是一种有效的半航空时间域电磁数据反演解释方法,该方法具有很好的收敛性和稳定性;自适应正则化反演算法并行计算能大大减少反演计算时间,提高反演效率。     

大定源瞬变电磁一维自适应正则化反演

自适应正则化反演对初始模型要求较低,直接对瞬变电磁响应数据进行反演。正则化因子通过计算每次迭代的数据目标函数和模型目标函数自适应的得到,从而快速获得地下的地电结构。本文采用自适应正则化反演算法对大定源回线瞬变电磁一维层状模型进行反演,使用均匀半空间作为初始模型,首次采用模型对深度的二阶导数极小的模型约束,通过典型理论模型的反演计算,证明了TEM自适应正则化一维反演算法拟合效果好、精度高,由于不用反复搜索正则化因子,并且收敛速度快,体现了良好的稳定性和可靠性。     

带约束的多辐射场源半航空瞬变电磁一维自适应正则化反演方法

基于多辐射场源半航空瞬变电磁法,研究了一种带约束的适用于垂直分量的一维自适应正则化反演算法.该算法在Occam反演的基础上,采用CMD自适应调节方案改进了拉格朗日乘子的处理方式,利用自然边界条件和模型修正量可行下降方向法对反演过程进行约束,在提高反演过程计算效率的同时,保证反演结果的稳定性和可靠性.层状模型试算结果表明...     

半航空瞬变电磁自适应正则化-阻尼最小二乘算法研究

反演问题一直是地球物理的重点研究问题之一。本文以长导线源半航空瞬变电磁为例,对时间域半航空数据进行一维反演研究。将自适应正则化(ARIA)反演方法和阻尼最小二乘(LM)反演方法相结合,提出一种改进的反演方法:自适应正则化-阻尼最小二乘(ARIA-LM)反演算法。本文选用三层理论模型对比阻尼最小二乘算法、自适应正则化反演算法与本文方法,并使用四层理论地层模型来验证算法的有效性和可靠性。结果表明:该算法在一定程度上对高阻分辨率增强,能有效提高反演的精度及稳定性。     

半航空瞬变电磁一维聚焦反演研究

半航空瞬变电磁法(SATEM)是一种采用地面发射—空中接收的新兴地球物理勘探方法,具有灵活、高效的特点。目前应用于SATEM的反演方法往往基于最大平滑准则,使反演结果较平滑,无法较好地识别具体的层界面信息。本文将聚焦反演理论引入到半航空瞬变电磁一维反演中,通过选择合适的聚焦因子和正则化因子来确定聚焦反演稳定器,然后对包含聚焦反演稳定器反演目标函数进行求解,使得反演结果更能清晰识别层状地层突变的界面。设置多个层状地电模型验证聚焦反演的可靠性,同时与Occam反演结果进行对比,突出了聚焦反演识别界面的优势。对某地区地下水探测的实际数据进行聚焦反演计算,与水文地质资料、测井信息进行综合分析,查明了该区域地下含水层的位置及其空间展布情况,同时验证了半航空瞬变电磁对地下水探测的可行性。     

地面与半航空瞬变电磁法三维联合反演

瞬变电磁一维反演方法存在耗时长、参数难以调控、过于依赖初始模型等缺陷。为此,提出一种基于Attention机制的卷积−双向长短时记忆神经网络(AC-BiLSTM)瞬变电磁实时反演方法,充分利用时间差,在非观测时间进行模型训练,在观测时间对当下采集数据进行实时反演。整个过程中,以实测数据加入一定比例正演数据作为数据集,以监督学习方式将采样时间−视电阻率作为输入特征,以测井约束的Occam反演结果作为学习目标,基于卷积神经网络和长短期记忆神经网络搭建编码器−解码器模型,并针对数据特性,在解码器部分加入Attention机制对隐藏层输出数据进行重点提取,最后经全连接层获得深度−电阻率数据。研究结果表明：AC-BiLSTM算法能充分挖掘数据时空特性,快速获得符合地层电性特征的电阻率成像结果,在瞬变电磁正演数据集上的预测值与正演模型拟合优度达0.898、均方根误差18.44、平均相对误差0.065,与单一长短期记忆神经网络及Occam方法相比,拟合优度分别提高了0.086、0.176,均方根误差分别减小了2.97、9.32,平均相对误差分别减小了0.012、0.068。通过对V8电法工作站实测瞬变电磁数据的AC-BiLSTM反演,快速实现了研究区地层的精准分层、圈定了煤矿采空区分布范围,获得成果与真实情况一致。研究成果突破了传统反演方法局限性,提高了瞬变电磁数据解释精度及效率。

     

半航空瞬变电磁法响应特征分析及反演方法研究

半航空瞬变电磁法(Semi-Airborne Transient Electromagnetic Method)是一种新兴物探方法,可以在地形复杂的区域进行大面积的地毯式勘探,具有良好的发展前景。本文基于半航空瞬变电磁的一维正演理论,对半航空瞬变电磁的实际生产中采集的E_x分量和V_z分量进行了模拟响应分析,指出了E_x分量和V_z分量具有分布简单、均匀的特点。接着对阻尼最小二乘反演算法进行改进,加上正则项约束,降低对模型的依赖,通过改进的阻尼最小二乘约束反演方法进行模拟测算,得出该方法能较为准确的反映出地下电阻率,且对高阻探测能力有一定程度的提高的结论。     

航空瞬变电磁数据一维Occam反演

分析了奥克姆(Occam)反演法的原理和计算方法,并将其应用于时间域航空电磁一维反演中,给出了一种简便的正则化参数搜索方法,对迭代过程进行了改进,大大提高了反演速度,5次迭代约20s。在反演初始模型中,电阻率数据由原始感应电动势数据通过自动迭代法转换而来,深度数据由初始电阻率计算得出。经算例表明,收敛过程中满足拟合差最小的拉格朗日乘子μ值随迭代次数增加而递减;反演过程非常稳定,一般5次迭代至10次迭代就能达到收敛,对低阻层的反演深度和电阻率值都接近真实值,但对高阻层的反演深度和电阻率值误差较大。     

基于L1范数的波阻抗反演

提出了一种新的波阻抗反演方法,首先根据地下反射系数序列是一个稀疏脉冲序列这一假设,将地震波阻抗反演中的目标函数表示为L1范数约束下的L1范数优化问题,并将L1范数用一个平滑函数来近似,从而使得目标函数函数可微。然后将L1范数约束下的基追踪问题转化为无约束最优化问题,并利用基于导数的局部优化方法求解无约束优化问题,求得反射系数,进而计算得到波阻抗。模型和实际资料计算结果均表明该方法可行。     

基于L1正则化的地震谱反演方法

将L1正则化方法应用到地震谱反演的实现中,验证了谱反演方法在拓宽频谱宽度、提高分辨率上的可行性。对谱反演中L1正则化解的稀疏性和应用矩形窗造成结果不稳定的现象做了详细讨论,提出自动选择窗口长度进行谱反演的算法模式,并基于该模式对地震模型进行了试算。该方法有效地拓宽了数据的频谱宽度,提高了反射地震勘探的精度,为薄层的识别和更加复杂的地震勘探提供了一种新的思路。     

CSAMT自适应正则化一维全资料反演

相比于传统反演算法对初始模型依赖性强的弱点,自适应正则化对初始模型要求较低,正则化因子可以根据每次迭代的数据目标函数和模型目标函数的关系,快速计算得到.这里采用自适应正则化反演算法尝试对一维全资料CSAMT的层状介质进行反演,通过三层和五层模型及其使用近场视电阻率数据的反演计算,表明了CSAMT自适应正则化一维全资料反演算法稳定,也发现该方法不仅能够避免传统CSAMT近场校正带来的误差,而且由于不用反复搜索正则化因子,加快了迭代收敛速度.     

直流电阻率测深二维自适应正则化反演

直流电阻率测深二维反演中,正则化参数的选取影响反演结果分辨率及反演过程稳定性。利用主动约束平衡正则化因子,进行直流电阻率光滑约束最小二乘二维自适应反演,改善直流电阻率测深二维反演的分辨率与稳定性。在反演迭代过程中,正则化因子根据模型参数的空间展布函数进行自适应计算、正则化参数的自适应计算。模拟数据反演结果验证了该方法的有效性与可行性,反演结果能准确地反映地下模型的真实电性结构。     

大回线源瞬变电磁一维自适应反演方法及应用

提出了一种适用于大回线源瞬变电磁法框内任意测点垂直Z分量的一维反演方法。该算法采用CMD正则化因子优化方案、光滑度函数和自然边界条件对反演过程进行了约束,减小了初值的依赖度,保证了反演过程的自主性和反演结果的稳定性;在反演过程中,在保证模型残差沿梯度下降的同时,对模型修正量的最大值进行了限制,使反演模型不易陷入局部极小,保证了反演结果全局的收敛性;同时反演的灵敏度矩阵采用牛顿法进行更新,减少了整个反演计算的工作量。最后通过五层的双低阻层模型、双高阻层模型和实测资料证明了该算法可靠。     

地下瞬变电磁法一维反演

瞬变电磁法在地下工程中得到了广泛地应用,但目前地下瞬变电磁的解释方法却仍主要沿用地面勘探的理论。为了进一步提高地下瞬变电磁法的解释精度,介绍一种带约束一维反演方法。基本思想是利用电偶极子等效方法进行地下瞬变电磁正演,并合理构建目标函数,利用阻尼最小二乘法进行带约束反演。首先将回线源看成是多个电偶极子产生的场的叠加,利用偶极子叠加的原理求取回线的电磁响应,并进行全域视电阻率定义,以此建立反演的初始地电模型,最后利用阻尼最小二乘法实现地下瞬变电磁数据的带约束反演。利用带约束反演方法进行数据测试,取得了较好的效果。     

多辐射场源半航空瞬变电磁法薄层探测能力

多辐射场源半航空瞬变电磁法具有探测深度大、地形适应性强和工作效率高的优点,已逐渐成为当前的研究热点。为了研究其探测能力,本文基于一维正演理论,从多辐射场源布设方式入手,选定典型测点与辐射源组合,通过定义瞬变响应相对异常,分析对比不同模型薄层电阻率、厚度、埋深等参数对薄层探测的影响。结果表明：根据测点位置合理设置发射电流方向可以有针对性地增大采集信号强度,获得形态相对简单的B和dB场响应曲线;与单辐射源相比,多辐射源激励时瞬变响应不仅幅值更大,衰减速度也更快,对大地电阻率的变化更灵敏;B场更适合用于相对异常计算,探讨多辐射场源半航空瞬变电磁法的薄层探测能力,其中x分量的薄层探测能力最强;薄层电阻率与围岩差异越大、厚度越大、埋深越浅,相对异常曲线的幅值越大,薄层越易于分辨;薄层分辨能力与测点位置有关,当测点位于多辐射源内侧时B场各分量相对异常曲线幅值更大,对薄层分辨能力更强。     

瞬变电磁反演中的非线性规划遗传算法

经典非线性规划算法的局部搜索能力较强,遗传算法采用选择、交叉和变异算子进行搜索,全局搜索能力较强,而局部搜索能力较弱。结合两种算法的优点,文中提出了一种非线性规划遗传算法(NPGA)。经过函数测试证明,该算法提高了遗传算法的搜索性能。设计了多个不同的地电模型,将该算法应用于瞬变电磁地电模型数据反演计算中,结果表明该算法具有较快的收敛速度和较高的计算精度,反演效果较好。     

瞬变电磁法低阻薄层反演

瞬变电磁反演方法对瞬变电磁数据解释有极其重要的作用.在实际工程中,由于地下低阻薄层响应较弱,现有的反演方法很难将其分辨出来.文中基于正则化反演理论,提出了一种新的模型约束加权方法,对地层的光滑度施加了周期性大幅变化的权值,通过两次迭代可自适应的反演出低阻薄层区.小权值使模型对电性参数的大尺度变化有较高的敏感性,便于筛选出异常薄层;同时,与小权值交错分布的大权值能尽量保证反演曲线的连续性,降低反演的多解性.通过仿真验证,该方法对低阻薄层区的分辨能力比传统算法更高,对较厚区域低阻区的分辨能力与传统方法类似.该方法迭代稳定,不依赖地层先验信息,具有很高的工程实践性.     

瞬变电磁“烟圈”反演实现

目前应用较广的反演基于烟圈理论,简称"烟圈反演"。烟圈理论最早由M.N.Nabig-hian提出的。这里基于一种简单的、快速近似反演方法,实现瞬变电磁中心回线法反演程序的开发。由于这种简化的"烟圈"理论反演方法具有计算简单、不需要初始模型的特点,适合于在野外现场对观测数据进行初步解释。     

多辐射场源半航空瞬变电磁法多分量响应特征分析

多辐射场源半航空瞬变电磁法是对电性源半航空瞬变电磁法的发展和补充,具有探测深度大、地形适应性强和工作效率高的优点.基于一维正演理论,本文对平行辐射场源、带角度多辐射场源和单个源模型在空中产生的三分量瞬变响应特征进行分析,结果表明:整体来说z分量瞬变响应曲线形态最为简单,多辐射场源情况下响应增强的特点最明显,最利于数据处理和解释;x分量瞬变响应形态最为复杂,在全场域经常表现出极性反转的变号现象,但晚期信号幅值总是增大;y分量瞬变响应受电流方向和接收点位置的影响最大,曲线形态和响应幅值变化均较为复杂.结合偏移距变化下响应衰减幅度,建议工作区域偏移距控制在辐射源长度的5~6倍内为宜.本文的研究结果可为实际勘查工作的野外施工布置及定性分析提供参考,同时获得了对该方法的初步认识.     

航空瞬变电磁中MPI并行计算分析

由于航空瞬变电磁的数据量很大,外加瞬变电磁反演方法耗时较大地电磁更多,为了在后期资料处理时减少不必要的耗时,对正演计算中的频时转换的方法做了一定研究,采用基于拉普拉斯尺度变换性质的Gaver-Stehfest变换做频时转换,适当减少了编写程序代码的行数及程序计算的时间消耗。针对现在的计算机很多都是多核的特点,研究了航空瞬变电磁一维反演的MPI(Message Passing Interface)并行计算,大大地节约了运算时间,分析了并行计算时不同的多核CPU和不同的进程数时的加速比及并行效率。