基于深度神经网络的重力异常反演

为解决传统线性反演方法容易陷入局部极小,计算效率低等问题,本文提出了一种基于深度学习的重力异常反演方法.该方法首先构造不同形状的二维密度模型,正演得到重力异常,组成数据集;然后用该数据集训练深度神经网络;最后将重力异常数据输入到训练好的深度神经网络,直接得到反演结果.实验结果表明,该方法能快速、准确地反演出地下异常体的...     

基于遗传算法优化的BP神经网络在密度界面反演中的应用

BP神经网络方法在二维密度界面的反演中取得了较好的效果,但在反演三维界面时,由于模型更复杂、参数更多,BP神经网络的收敛速度和反演精度都有一定程度的下降。为了改善反演效果,本文利用遗传算法对BP神经网络的权值、阈值选择过程进行优化,获得了更好的网络模型;并将此模型应用于密度界面模型的反演中,预测误差从上百米减小到数十米,同时迭代计算步数减少了近2/3,有效减少了计算时间,反演结果更准确。利用基于遗传算法优化的BP神经网络反演了法国某地区莫霍面深度,预测相对误差仅为1.8%,取得了较好的应用效果。基于遗传算法优化的BP神经网络在密度界面的反演中具有良好的应用价值和研究前景。     

复杂条件二维重力场及重力张量场空间波数域正演方法

随着传感器技术的发展,重力场与重力张量场测量技术发展迅速,为实现地下密度分布精细反演提供了数据保障。正演是反演的基础,解决任意密度分布复杂地质体重力场与重力张量正演高效、高精度计算问题,是实现重力高效、精细反演、人机交互反演解释的关键。针对起伏地形和任意密度分布这种复杂条件下二维重力场及重力张量场高效高精度正演问题,这里提出了一种空间波数混合域正演算法,其关键环节包括:①结合新的矩形二度体组合模型波数域表达式和一维Gauss-FFT算法,提出了一种任意密度分布和起伏地形下重力场及重力张量高效、高精度正演算法;②采用新的二维正演算法,计算观测最高点和最低点之间多个不同高度水平网格重力场及重力张量,结合三次样条插值方法,实现了起伏地形上重力场及重力张量场高效、高精度正演。模型算例结果表明,新方法具有高效、高精度的显著特点。     

任意密度分布复杂地质体重力异常快速三维正演方法

解决任意密度分布复杂地质体重力异常三维正演快速、高精度计算问题,是实现重力三维反演、人机交互解释建模的关键。针对该问题,从积分方程出发,提出一种波数域重力异常三维正演方法,其关键环节包括三个方面:(1)将研究区域剖分成许多规则小棱柱体,每个小棱柱体密度值可以任意给定,以此刻画任意密度分布和起伏地形条件下的复杂地质体;(2)给出一种新的高精度均匀棱柱体重力异常二维波数域的计算公式,用于计算组合棱柱体模型的重力异常;(3)采用Gauss-FFT法将重力异常从波数域转换到空间域,保证计算效率的同时,有效克服了传统FFT法引起的边界效应问题。模型算例检验结果表明,该算法计算速度快、精度高,对于剖分为百万个棱柱体的模型,耗时只需几秒。     

二维密度界面的遗传算法反演

二维密度界面的反演可表述成非线性优化问题，本文用遗传算法进行反演计算，首先把连续的密度界面分割成若干单元，在单元中用形函数拟合，再用高斯积分求解重力异常值，把约束条件和拟合方差组合成目标函数，用园柱体和二维盆地模型的反演实例表明，用遗传算法，反演二维密度界面是可行的     

大地电磁交错采样有限差分二维正反演研究

交错采样网格能自动保证电磁场分布遵守能量守恒定律。本文基于交错采样网格,推导了大地电磁二维有限差分正演过程,实现了二维正演程序;通过与一维解析解对比,验证了算法的正确性且具有较高的计算精度。随后利用有限内存拟牛顿最优化算法,实现了交错采样有限差分二维反演;通过理论模型反演,验证了反演算法的稳定性,揭示有限内存拟牛顿反演计算效率明显优于非线性共轭梯度法。最后,通过对宕昌县官鹅沟大地电磁资料反演解释,查明了测区深部构造特征,表明算法具有较强实用性。     

用边界元法进行二维重力异常反演

重力异常正演计算的边界元方法是利用格林公式将通常的沿整个密度体的体积分转变为沿密度体边界的积分,这样使问题的维数降低了一维,从而加快了计算速度、提高了计算精度。本文利用边界积分公式解反问题,这样减少了求解参数,提高了稳定性。理论模型计算表明,该法适用于形状复杂均匀密度体的反演,特别是它能用于地下起伏密度界面的确定。     

基于GA-BP神经网络算法的高密度电法非线性反演

高密度电法技术在煤矿地质灾害勘探中发挥着重要的作用。近年来,以BP（Backpropagation）神经网络为代表的一类非线性反演方法被广泛运用到高密度电法的反演中。针对BP神经网络方法在高密度电法反演中存在的易陷入局部极小、收敛缓慢、反演精度差等问题,将BP神经网络算法与遗传算法（Genetic Algorithm,简称GA算法）联合演算,实现高密度电法的二维非线性反演。通过典型地电模型对该方法进行验证,结果表明遗传算法能有效优化BP神经网络的权值和阈值,提高了算法的全局寻优性。      

海洋可控源电磁法快速成像研究

海洋可控源电磁法在正反演算法上受到计算速度和精度的限制,需要大量的时间得到地下结构断面数据。为了海上快速识别海底高阻异常区域,提出一种通过计算视电阻率快速成像的算法,避开复杂的反演计算,在极短的时间内得到电性分布拟断面图,定性解释地下地质结构。算法通过一维和二维模型计算验证其可靠性和稳定性,代入海试数据计算拟断面图,与传统海洋电磁法反演结果对比各自优劣。结果表明,在一维和二维模型中,算法可靠且稳定,高阻异常体横向边界分辨率较高,拟断面图高阻异常分布与模型结构拟合度高,海试实测数据计算结果同样显示了与反演断面图有较高相似度的高阻异常分布,且运算时间远远小于反演计算。     

AMT数据地形畸变影响与带地形反演效果研究

在山区进行音频大地电磁测深(AMT)时,电磁场易受地形起伏影响发生畸变。为研究起伏地形对AMT数据的影响,采用WinGlink软件基于有限差分算法的正演模块,建立二维起伏地形和平地地电模型,并对比分析了两个理论模型的正演响应。结果表明:TE模式的视电阻率曲线在高频段受干扰程度相对较大,在低频段影响减小甚至消失;TM模式的视电阻曲线变化正好相反;二者相位受地形影响则较小。对含异常体的带地形地电模型进行正演计算,在正演响应中加入2.5%的随机误差模拟实测数据,利用WinGlink软件基于非线性共轭梯度(NLCG)算法的反演模块,分别进行带地形和不带地形的TE、TM和TE+TM模式的二维反演。各反演结果的对比表明,带地形的二维反演结果明显优于不带地形的反演结果,能够较好地反映出异常体的位置、形态及电阻率值。依据得到的认识,对青海祁连隧道工程的AMT实测数据进行带地形二维反演,取得了理想的应用效果。     

基于重力全张量数据的Parker-Oldenburg算法研究

相比重力数据,重力张量数据通常包含更多的异常信息。本文根据重力数据与重力张量数据的关系,利用位场转化技术,将重力张量数据应用于传统的Parker-Oldenburg密度界面反演算法中。通过模型试验,证明了在网格间距较大或者数据存在一定噪音时,使用本文算法进行反演能得到更好的效果。实验结果说明利用重力张量数据可以有效地提高密度界面反演的分辨率。     

重力异常AlexNet深度神经网络反演

针对传统反演方法存在的初始模型依赖、计算时间较长等问题,提出了一种新的基于AlexNet深度神经网络的重力异常反演方法。该方法首先借鉴经典的深度神经网络AlexNet设计了一种用于重力异常反演的Alex反演网络(AlexInvNet),接着设计大量密度异常体模型并通过正演计算得到带标签的数据集,然后用该数据集训练AlexInvNet网络,最后将重力异常数据输入训练好的AlexInvNet网络直接得到反演结果。理论模型反演结果表明,该方法相较于全连接网络深度学习反演方法,能够更好地反演出异常体的位置和密度,具有较好的泛化能力和抗噪声能力。实测数据反演结果表明,该方法能有效解决重力异常反演问题。     

基于结构模型的磁性基底反演

常规磁性基底反演方法往往忽略基底磁性变化采用常磁化强度模型,这里分析了其中的局限性,提出了先构建相关搜索重磁三维定量反演技术的变磁化强度模型,然后通过Parker界面反演算法进行基底反演.其中,对反演磁化强度所需磁异常分离采用了小波变换方法,并分析了该方法的关键技术和措施.通过利用该方法对某工区进行了实际资料处理后,得到较好效果.     

基于GPU的任意三维复杂形体重磁异常快速计算

提出了基于图形处理单元的任意三维复杂形体的重磁异常快速正演计算方法。将地下半空间剖分为大小相等规则排列的一组长方体单元,任意三维复杂形体可以表示成很多不同体积和密度(磁性)的长方体的近似组合。用解析方法计算出所有这些长方体在计算点的重力(磁力)异常,并累加求和,就可以得到整个模型体在计算点引起的重(磁)异常值。为了提高近似程度,需将地下半空间剖分得很细,用传统的CPU串行程序计算相当耗时。GPU在处理能力和存储器带宽上相对CPU有明显优势,采用GPU并行算法,可大大提高计算速度。相关试验结果表明,用GPU实现的正演快速算法计算结果正确,效率明显提高,为重磁异常三维物性反演提供了基础。     

应用改进的遗传算法反演多层密度界面

利用具有全局优化功能的遗传算法直接反演多层密度界面.首先根据重力反演的特点对遗传算法进行改进, 使遗传算法基因交换过程中交换位置的确定同重力异常的拟合情况相结合, 给出适合于重力反演特点的遗传算法.然后利用改进后的遗传算法直接反演多层密度界面.理论模型和实际剖面的计算表明改进是有效的.      

Review of Density Interface Inversion Method in Spatial Domain

Inversion of density interfaces using gravity data has traditionally been an important part of gravity research, and plays an increasingly important role in areas such as regional tectonic research and oil and gas exploration.The density interface inversion methods can be divided into the frequency domain and spatial domain methods according to different computing domains. The frequency domain inversion methods have been considered in previous literature. This paper briefly introduced the rationale and the advance of the direct iterative method, the ridge regression method and the regularization method,which are most studied and used among the spatial domain methods. The performance of the three methods showed that the inversion results of the direct iteration method and the ridge regression method are both the smooth shape density interfaces, while the regularization method can estimate the density interfaces of non-smooth morphology, and is convenient to add prior constraint information. The inversion results of density interface are greatly determined by the precision of potential field separation. The prior information should be used as constraints for gravity field separation as far as possible or the layer-by-layer separation technique could be adopted. The density contrast of the density interface also has noticeable impact on the inversion result. It is necessary to make full use of the rock density data to build a three-dimensional density contrast variation model that conforms to the tectonic features to improve the inversion accuracy.In terms of the theory of inversion method, it is also necessary to combine prior constraint information (which can be obtained through drilling and seismic data, etc.) to improve the accuracy of inversion.More importantly, it is necessary to define the corresponding relationship between the inverted density interface and the geological structure interface in order to evaluate the inversion results correctly.Finally, this paper discussed the developing trend and study emphasis for density interface inversion.The inversion methods that are suitable for large regional or global scale need to be studied with the rapid development of gravity observation technology and the diversification of research objectives. With the increasing difficulty of geological target exploration, it is also urgent to study the optimal single-density interface inversion method conforming to the tectonic features and develop the multi-layer density interface inversion method.     

天津市重力数据反演解释

重力数据反演是获取地下地质信息的有效手段。本文通过对天津市全区密度和电性参数的统计分析,了解天津市地层的物性分布规律。在对研究区布格重力异常数据采用归一化总水平导数垂向导数（NVDR-THDR）技术处理的基础上,对断裂构造进行了识别,对构造单元进行了划分。然后结合研究区地质资料,应用Geosoft软件中的密度界面反演模块对各构造单元内的密度界面起伏进行反演。并以GOCAD软件为平台,构建了天津市三维可视化地质模型,借助大地电磁（MT）测深点虚拟钻孔,实现了对主要地质界面和构造的标定。最后利用布格重力异常数据拟合同位置地质剖面,验证了模型的可靠性。应用上述反演成果,结合区内地质认识,推断宝坻断裂（F₁）、蓟运河断裂（F₂）、F₃、杨柳青断裂（F₄）、F₇在中生代后活动性较强,沧东断裂（F₆）和天津断裂（F₃₀）在古近纪后活动性较强。     

RGIS软件重磁联合反演在1：20万区域重力调查中的应用

在黑龙江省五常县—沙兰站公社1：20万区域重力调查工作中,运用重磁电数据处理与解释软件系统（RGIS）的2.5D人机交互可视化重力和磁异常联合反演,对于工作区的深部构造、莫霍面、地壳深部密度界面等问题作出了一定的探讨。