人工神经网络专家系统在瞬变电磁法反演中的应用

目前在瞬变电磁法反演方法中, 人们使用较多的是电磁场反演拟合的方法。但往往存在以下不足:首先这些反演方法理论复杂, 不易掌握;其次它要求工作人员有丰富的工作经验, 缺乏延续性, 很难推广;再次数据处理量大, 计算复杂。本文提出一个基于人工神经网络的专家系统。它避开了具体复杂的电磁场计算, 只要经过适当的学习训练就能够解决复杂的实际问题;而且还具有学习记忆功能, 使得瞬变电磁法的反演工作具有延续性和继承性。随着专家系统的不断完善, 该方法将有广阔的发展前景。      

考虑关断时间效应的瞬变电磁一维反演

为克服因关断时间校正而带来的误差,尝试直接对包含关断时间效应的瞬变电磁资料进行反演。正演采用将斜阶跃波离散为多个阶跃波之和的方法,反演采用经典的马奎特法。对模型试算的结果表明,采用该方法直接对斜阶跃响应进行反演,结果比较理想,计算速度也可以接受。     

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MPI瞬变电磁测深一维反演并行算法探究

在瞬变电磁测深反演中运用并行技术可以减少计算时间,提高反演的运算效率。MPI（Message Passing Interface）是目前最重要的并行编程工具,它具有移植性好、功能强大、效率高等多种优点。这里基于在Windows系统下使用FORTRAN和MPICH2相结合的开发工具,编写瞬变电磁并行算法程序,对瞬变电磁一维采用直接反演法,通过理论模型对该算法进行试算,计算结果证明了该算法的正确性、高效性和稳定性。     

基于极限学习机的遥感地球化学反演模型

地球化学勘查研究涉及大量采样工作,但在工作环境恶劣人们难以到达的地区,大范围、大比例尺的地球化学数据极难获取。本文基于极限学习机（ELM）构建遥感地球化学反演模型,弥补因为区域数据不足导致的找矿工作困难。依据偏最小二乘回归（PLSR）方法选取与地球化学数据相关性强的遥感影像成分,并根据极限学习机建立地球化学数据与遥感影像之间的非线性对应关系来获取未知地球化学异常,以此来指导找矿工作。实验中,选取研究区铜元素1：20万土壤地球化学数据与Landsat 8 OLI遥感影像进行反演分析。实验结果表明,基于ELM的遥感地球化学反演所取得的异常分布与已知矿点具有很好的对应度,验证了本文所提出模型的有效性。     

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。     

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.     

考虑激发极化效应的瞬变电磁一维Occam反演

大地的感应激发极化效应有时会在瞬变电磁晚期响应上产生负值变号现象。常规实电阻率瞬变电磁反演由于没有考虑激发极化效应,对于观测数据负值部分的解释一直存在问题,这影响了反演解释的真实性和可信度。对此,本文首先将Cole-Cole复电阻率模型加入正演计算,并验证了计算的准确性。然后在阻尼最小二乘法的基础上加入Occam平滑约束来构建反演方程,能够同时反演出零频电阻率、充电率、时间常数以及频率相关系数,实现了一维瞬变电磁复电阻率反演算法。最后,建立具有不同程度激发极化效应的典型层状理论模型进行反演试算与结果分析,结果表明,在激发极化效果明显的低阻高极化地层中,复电阻率反演效果更好。与实电阻率反演结果的对比说明,瞬变电磁复电阻率反演既可以达到实电阻率的常规反演效果,也能解决实电阻率无法实现的负值拟合问题。     

回线源瞬变电磁测深快速反演方法

回线源瞬变电磁测深法(简称瞬变电磁法或TEM法)是以不接地回线为场源,在回线内、外测量电磁场的一种电磁测深方法,已经广泛用于固体矿产、工程地质和水文地质调查工作之中[1,2]。目前,回线源瞬变电磁法主要采用中心回线和重叠回线两种测量装置,测量回线内垂直磁场产生的感应电动势。“烟圈”反演方法是瞬变电磁反演的主要计算方法,“烟圈”反演利用地表瞬变电磁响应与某时刻电流源镜像等效原理,计算勘探深度和对应电阻率。这里给出了回线源瞬变电磁测深一维“烟圈”反演解释方法的基本原理、计算方法和应用实例。结果表明,一维“烟圈”反演解释结果纵向分辨率较高,能反映出地下电性变化情况,可以用于瞬变电磁测深资料解释工作。     

多辐射场源地空瞬变电磁一维反演方法研究

地空瞬变电磁法融合了地面与航空瞬变电磁的方法原理与观测模式,将发射源置于地表,并利用航空器在空中接收响应信号。因此,地空瞬变电磁法同时具有地面装置大测深、高信噪的优势以及航空装置中采集高效的优势。先有研究偏重于单一辐射源,忽略了多辐射场源在勘探深度与信噪比上的优势。因此需要研究适用于多辐射场源地空装置的数据解释方法。在解决多辐射场源地空瞬变电磁正演问题之后,以Occam反演理论为基础,对多辐射场源地空瞬变电磁一维反演进行研究。首先要构建目标函数,本文通过引入拉格朗日乘子,将数据拟合差及模型粗糙度组合起来进而构建目标函数;其次解决灵敏度矩阵的构建问题。模型计算结果表明本文多辐射场源地空瞬变电磁法一维反演算法的有效性,可为三维反演与精细解释提供良好的基础。通过对典型模型的反演计算,从其理论模型及反演结果的对比可以看出,Occam反演方法可以应用到多辐射场源地空瞬变电磁系统中,为多辐射场源地空瞬变电磁解释增加了新途径。     

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.     

频散介质中的瞬变电磁响应特征和反演特性分析

真实大地固有频散特性,较强的频散效应叠加到瞬变电磁响应之中,会给传统的数据处理手段带来困难.目前考虑频散效应的瞬变电磁数据多参数联合反演解释方法,具有显著的多解性和初始模型依赖.为分析这种现象产生的原因,并探究可能的解决途径,这里首先引入Cole-Cole模型,结合数字滤波方法实现了频散介质中瞬变电磁响应的正演,通过与...     

定回线源瞬变电磁三维异常特征反演

分析了实现定回线源瞬变电磁三维异常特征反演的可行性,简要地介绍了改进的广义逆反演方法基本原理,给出了定回线源瞬变电磁三维异常特征反演的流程。对正演模拟数据进行反演的实例表明,定回线源瞬变电磁三维异常特征反演已得到初步实现。     

一种井中瞬变电磁异常反演方法

井中瞬变电磁法在深部找矿中得到广泛应用并取得丰硕成果,然而解释技术目前仍以定性和半定量为主,这在很大程度上制约了该方法的运用和推广。鉴于此,笔者采用遗传算法开展了基于等效涡流的井中瞬变电磁纯异常反演研究,反演以导体内感应电流环为对象,能够准确地确定井中或井旁异常体的尺度、倾角、中心坐标等参数。对Maxwell软件薄板模型的正演数据和实测数据的反演结果进一步验证了算法的正确性和适用性。     

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。     

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。     

电偶源瞬变电磁测深研究(六)——瞬变场资料的反演解释

阐述了用广义逆矩阵反演瞬变电磁测深资料的方法和实际效果,重点解决大偏移距电偶源瞬变电磁测深资料的反演。      

Occam反演及其在瞬变电磁测深中的应用

Occam反演技术被应用中心回线瞬变电磁测深数据的反演中.理论模型和实际数据的反演结果表明,利用Occam反演技术可以较为准确地获得地电断面的电阻率分布.一般5次迭代目标函数就可以收敛到5×10-2.     

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。

     

基于深度学习的中心回线瞬变电磁全区视电阻率计算

深度学习是人工神经网络算法的扩展,对复杂函数有很好的逼近能力,本文将其引入用于瞬变电磁视电阻率计算.首先,建立归一化感应电动势与瞬变场参数单一映射关系的5层深度神经网络,通过对单一隐含层不同神经元个数所训练的误差情况进行分析,确定5层深度神经网络各隐含层神经元个数为13,8,5,8,13.训练算法选择了改进的具有自适应学习率的Nadam算法,该算法可加速训练过程.对训练好的深度神经网络模型进行仿真实验,采用典型地电模型加以验证,发现其对不同的地电模型均具有较好的反映,证明本文采用的基于深度学习计算视电阻率的可行性.应用结果表明训练好的深度神经网络模型可快速准确计算视电阻率.