二维大地电磁测深交互式正、反演系统的实现及其应用

目前，大地电磁测深的资料处理与正、反演软件都是FORTRAN语言编写的，由于FORTRAN语言本身的局限性，使得这个软件存在很多的缺陷，但是因为用FORTRAN语言编写的算法已经比较成熟，将它全部用其他语言移植也比较费时费力，为了避免资料的浪费，提高大地电磁测深的资料处理与交互式系统的开发效率，并且更加完善其功能，在开发大地电磁测深二维交互式正反演系统时，对大地电磁测深中的计算部分仍用现有的FORTRAN程序，对有关的界面与图形诉开发部分用VC＋＋语言来编写，以增强和体现其交互式的功能。     

基于矢量有限元的大地电磁快速三维正演研究

本文采用直接求解器PARDISO且无需散度校正的正演方案,求解矢量有限元法对应的大型线性方程组,获得不同地形(水平和起伏)条件下地电模型的大地电磁响应,提高了大地电磁三维正演计算的速度。在中等规模计算条件下,通过本文的计算方法与带散度校正的迭代求解法对比,计算速度可提高十倍以上。     

基于Julia语言的大地电磁三维正演模拟

在编写电磁法正演模拟代码这类高级且复杂的计算程序时,通常需要采用动态语言和静态语言相结合的双重编程语言来完成,这给研究工作者带来了诸多不便.为了提高编程效率,降低编程复杂性,这里采用全新的、能有效地简化编写工作量的Julia语言来编写大地电磁三维正演程序,正演代码实现由有限体积法(MFV)建立的基于各向同性介质的三维模...     

大地电磁三维正演聚集多重网格算法

为了加快大地电磁三维正演的求解速度,本文将一种新型的代数多重网格算法——聚集多重网格（aggregation-based algebraic multigrid, AGMG）算法引入大地电磁三维正演模拟中。首先从准静态条件下的麦克斯韦方程出发,利用交错网格有限体积法进行离散,并采用第一类Dirichlet边界条件形成大型稀疏复线性方程组;然后阐述AGMG算法的粗化策略和套迭代技术,并实施3种不同的AGMG求解算法：1）传统的V循环AGMG算法;2）AGMG预处理共轭梯度（AGMG-CG）;3）AGMG预处理广义共轭残差法（AGMG-GCR）。最终实现大地电磁法三维正演模拟。对典型地电模型进行正演模拟,并与已有的大地电磁三维正反演程序（ModEM）进行结果对比,以验证本文算法的准确性。另外,不同剖分网格和极化方式正演模拟结果与准残量最小化（QMR）迭代算法的对比表明,AGMG预处理求解算法（AGMG-CG、AGMG-GCR）不仅能够改善算法的稳定性,而且能够快速有效地求解正演问题;其中AGMG-GCR迭代次数更少,求解速度更快,误差衰减曲线更光滑,在144×152×104网格剖分情况下,相对于现有ModEM程序能够提高十几倍的计算速度,尤其适合大规模大地电磁三维正演问题。     

三维地质体对AMT二维反演的影响研究

为探究三维地质体对二维反演结果地影响以及二维反演中极化模式的选择问题,设计了一系列二维、三维地电模型进行正演计算,并对正演结果进行二维反演计算。研究结果表明:相位受到三维畸变的影响较小,视电阻率较大;当三维异常体模型走向延伸较小时,TE模式的反演结果误差较大,TM模式的反演结果相对较好,但是反演得到了虚假的下覆构造,TE+TM联合反演结合了TE和TM模式反演的优点,可以较好地反映异常体的赋存位置及电阻率值;当三维异常体模型走向延伸长度增大时,三维数据的二维反演结果是可靠的,用TM和TE+TM模式反演都比较合理。     

基于边缘计算的大地电磁法三维反演分布式计算实现

随着大地电磁法三维勘探及处理技术的逐步推广,导致数据计算量成倍增长,需要具备高性能计算能力的系统才能满足计算需要.提出基于边缘计算的理念,采用容器技术构建具备大规模计算资源池的分布式计算环境,实现了大地电磁法三维反演的分布式并行计算.基于松耦合的软件架构设计研发了大地电磁法三维反演分布式计算软件,实现了人机交互操作和反...     

大地电磁面积性资料和稀疏测线资料的三维反演解释

对理论模型合成的稀疏测线数据和面积性数据以及实测单一测线数据进行了三维反演。通过对比分析合成稀疏测线数据和面积性数据的三维反演结果发现,使用4个张量阻抗元素作为反演数据的稀疏测线数据的三维反演结果可以较好地反映三维目标体,虽然效果可能不如面积性数据的三维反演结果。实测单一测线数据的三维反演结果也较好地揭示测线周围地下基岩界面的三维起伏情况。合成数据和实测资料的三维反演结果表明:可以采用三维反演解释的方法对大地电磁稀疏测线资料进行反演解释。同时,从合成数据的三维反演结果分析可以看出,对大地电磁稀疏测线资料进行三维反演,应尽可能反演所有张量数据;对大地电磁面积性资料进行三维反演,可以只使用两个非对角元素数据,但使用所有张量数据的效果更好。     

Transformer网络在大地电磁反演成像中的应用

传统大地电磁反演通常是基于确定性梯度的迭代求解,不仅需要大量时间计算雅可比矩阵,还依赖于初始模型的输入和正则化因子等参数的设置。近年来学者们不断引入机器学习方法以试图改善大地电磁反演,该方法不需要计算雅可比矩阵,不用输入初始模型,训练好的网络仅需几毫秒就可实现反演成像。这里利用Google团队提出的Transformer神经网络经典框架搭建大地电磁数据和模型之间的映射网络,以9240组正演数据为样本,对Transformer网络参数进行训练。采用南非开源大地电磁数据,实现了由视电阻率图像到电阻率模型的反演成像。研究表明:①经训练后的Transformer网络可以较准确的反映出异常体位置和大小;②网络实现了简单的矩阵并行化运算,大幅度提高训练的效率,且成像效率高于传统的反演。     

大地电磁测深三维反演系统及应用

大地电磁测深是基于电磁感应原理,在地表采集正交的电、磁场来研究地壳乃至上地幔电性结构的地球物理方法,后期衍生出采集高频天然场信号的音频大地电磁测深和采集人工源信号的可控源大地电磁法。此类方法在深部构造研究、矿产资源勘查、油气资源探测等多领域得到了广泛应用。近几年来,虽然其野外工作趋近三维勘探水平,但其采集数据的处理和三维反演研究仍然存在不足,限制了地质解释的准确度和效率。针对这些问题,我们开发了大地电磁测深的三维反演软件系统,系统主要分为静位移校正、三维反演的初始模型构建和三维反演3个模块,有效地解决了数据处理中的静位移问题和数据解释中的三维反演问题,并且其中涉及的很多算法改进了现有技术,在计算精度、计算效率和成本节约方面有很大优势,具有良好的应用前景。     

基于积分方程法的大地电磁三维反演

采用积分方程法计算均匀半空间中三维异常体的大地电磁响应,然后利用阻尼最小二乘法反演得到地下三维异常体电阻率分布。在计算灵敏度矩阵时,将灵敏度矩阵分为线性项和体现反演过程非线性的偏微分项进行求解,提高了计算精度。理论模型反演结果表明,反演较准确,对初值依赖性小,且只针对异常体剖分单元进行反演,反演效率较高。     

大地电磁测深反演技术有效性对比试验

设计了一个简单的三维模型:三维低阻异常体和高阻异常体位于一维层状介质模型中,以"十"字型和"米"字型观测剖面方式作为模拟方式,开展模型一维、二维、三维反演技术有效性对比试验,其中一维反演计算采用自适应正则化(ARIA)反演,二维反演计算采用非线性共轭梯度(NLCG)反演,三维反演计算采用REBOCC三维反演,将剖面下方不同的反演结果与原始模型进行对比分析,发现:在该模型条件下,一维和二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,REBOCC三维反演更偏向重建原始模型的宏观电性特征;在一维反演结果中,对于深部的电性结构特征,通常TE极化模式的反演结果好于TM极化模式,TE/TM几何平均值反演结果介于前两者之间;在二维反演结果中,通常TM极化模式的反演结果好于TE极化模式,TE/TM联合模式反演结果与TM极化模型相当,甚至更好;模型REBOCC三维反演相比一维、二维反演更易受反演结果多解性影响,REBOCC三维反演结果偏向重建原始模型的宏观电性特征。     

考虑激电效应的二维大地电磁测深正演

通常情况下地下岩矿石在通电的情况下,不仅表现出电磁效应,还表现出激电效应,在激电效应强烈的地区两者难以分离。笔者通过对均匀半空间中两种极化体的正演模拟,分析Cole--Cole模型参数对极化体的影响规律。模型正演结果表明:激电效应的存在会使视电阻率值增大,不同激电参数对视电阻率产生的影响不同,其中极化率对视电阻率的影响最大;极化率越大,视电阻率越大。     

大地电磁二维反演方法对比研究

由反演方程出发, 从构造目标函数和方程求解方面, 比较了国际上通用的OCCAM (奥可姆法)、RRI(快速松弛法)和REBOCC(简化基奥可姆法), 并由两个合成模型分析比较了OCCAM、RRI和REBOCC的反演结果。试验表明, REBOCC是继RRI之后又一种较快的反演方法, 可为电法勘探资料处理提供新的途径。而在RRI和REBOCC反演时, 网格的划分对结果很有影响, 这是值得注意的地方。     

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...     

邻近算法在一维大地电磁反演中的应用

总结了大地电磁法( MT)中常用的各种反演算法,并指出其局限性。对邻近算法( NA)加以概述,并将其引入MT反演中。对一维MT合成数据进行反演分析,得到的最大似然模型十分接近理论模型。虽然NA与遗传算法( GA)抗陷入局部极小值的能力大体相等,但NA算法生成的采样点分布密度与误差函数大体一致,因此NA更有利于应用基于积分的参数估值方法。本研究表明,NA收敛速度比GA更快。这说明在一维MT反演中,NA算法比GA算法更具优势。     

三维AMT正反演技术对贵州马坪含金刚石岩体探测的精细解释

贵州镇远马坪"东方一号"岩体是我国首次发现的含金刚石原生矿母岩,马坪地区发现的岩体属于金伯利岩浆体系的浅部相,其深部可能存在规模较大的隐伏岩管或岩筒。为揭示马坪地区深部含金刚石隐伏岩管或岩筒的空间展布特征,在区内开展了80 mx40 m高密集网度的音频大地电磁勘探工作;利用三维正演技术模拟研究区纯地形响应并在实测数据中去除,得到的定性解释结果在一定程度上恢复了被静态效应扭曲的AMT阻抗相位不变量分布形态;使用AR-QN拟牛顿反演方法对数据进行三维反演,根据研究区岩性统计结果设定地下单元的电阻率变化区间,获得了可靠的三维电性结构;最后依据地表发现的岩筒、钻孔揭露的多条岩脉等地质资料对该地电模型进行精细解释,勾画出了隐伏岩管(岩筒)的形态,为区内下一步金刚石原生矿找矿方向及预测提供了地球物理依据。     

Normalized impedance function and the straightforward inversion scheme for magnetotelluric data

This paper investigates the performance of normalized response function obtained by normalizing the Cagniard impedance function by a suitable factor and then rotating the phase by 45‡ to make it purely real for homogeneous half-space and equal to the square root of the half-space resistivity. Two apparent resistivity functions based on respectively the real and imaginary parts of this response function are proposed. The apparent resistivity function using the real part contains almost the same information as that yielded by the Cagniard expression while the one using the imaginary part qualitatively works as an indicator of the number of interfaces in the earth model. The linear straightforward inversion scheme (SIS), developed by the authors employing the concept of equal penetration layers, has been used to validate the proposed apparent resistivity functions. For this purpose, several synthetic and field models have been examined. Five synthetic models are studied to establish the veracity of the new functions and two well-studied published field data sets are inverted through SIS for comparison. We noticed that the new function and SIS compliment each other and lead to better understanding of the data information and model resolution.     

基于ADIPI的单程波三维VSP正演模拟方法

三维VSP正演模拟在三维VSP观测系统设计、三维VSP波场分析及三维VSP偏移成像方法研究中均有重要的作用。以三维单程波动方程为基础,采用基于正交方向加插值(ADIPI)的傅里叶有限差分(FFD)算子,实现了三维VSP正演模拟。克服了对三维算子的双向正交分裂所导致的方位各向异性误差,既保证了模拟精度,又提高了计算效率,还可根据实际需要单独模拟上行波或下行波。模型试验结果证明了方法的有效性。