预条件共轭梯度反褶积及其应用

预条件共轭梯度反褶积方法是结合稀疏反褶积的实现,运用优化的预条件共轭梯度法,完成反射系数的反演。用该方法处理地震资料时可提高资料频率,展宽有效频率宽度。但由于地震信号具有时变性,因此本文将该反褶积过程中的子波用多尺度时变子波代替。由数值算例可以看出,该方法可取得较好的实用效果。     

预条件共轭梯度法在地震数据重建方法中的应用

基于最小平方的Fourier地震数据重建方法最终转化为求解一个线性方程组, 其系数矩阵是Toeplitz矩阵,可以用共轭梯度法求解该线性方程组.共轭梯度法的迭代次数受系数矩阵病态程度的影响,地震数据的非规则采样程度越高,所形成的系数矩阵病态程度越高,就越难收敛和得到合理的计算结果.本文研究了基于Toeplitz矩阵的不同预条件的构造方法,以及对共轭梯度法收敛性的影响.通过预条件的使用,加快了共轭梯度法的迭代速度, 改进了共轭梯度算法的收敛性,提高了计算的效率.数值算例和实际地震数据重建试验证明了预条件共轭梯度法对计算效率有很大的提高.     

柯西约束盲反褶积技术在井间地震的应用

利用地面三维地震资料将二维井间地震资料推广到井间范围以外。对于提高井间地震的效益,加快其应用十分重要．为了将井间地震二维资料推广到井外三维,需要从地面地震低频信息提取层位、断面的几何信息,反褶积方法是重要的部分．本文给出了盲源反褶积方法的一种具体实现。并结合优化的预条件共轭梯度法以改善算法的稳定性,同时减少计算量．然后对经过高频恢复的地面地震数据与井间地震数据进行联合约束反演,有效地提高了地面地震的频带．并用实际资料的处理给予证实．     

预条件方程组及其应用

建立了与一般Toeplitz方程组ANX=B所对应的ω循环型预条件方程组PN［ω］Xω=B.通过采用不同的准则构造预条件矩阵,可以得到不同的预条件方程组,计算出合理的ω值.理论分析和实际计算证明了该方法所得到的近似计算结果优于普通Fourier变换方法(ω=1)的分析结果.     

三维地震数据离散光滑插值的共轭梯度法

针对三维地震数据插值,提出采用Laplacian算子进行光滑约束的插值方法,并借鉴Mallet研究的离散光滑插值思路,采用预条件共轭梯度法,直接生成网格节点上的值,从而回避寻求满足插值方程的函数. 为了实现其中Laplacian算子的快速求逆,文中引入Claerbout螺旋坐标系谱因式分解理论. 在螺旋坐标系下,Laplacian算子的表示矩阵具有Toeplitz结构,其快速求逆可由谱法LU分解实现. 基于二维离散光滑插值,文中还给出共轭梯度法与NMO相结合的沿时间切片逐层处理的离散光滑插值流程. 最后,应用该方法对模型数据和实际三维地震数据进行了处理.     

共轭梯度法在图像重建中的应用

图像重建常常被转化为解非线性无约束极值问题,通过范数极小化推导出共轭梯度法的一般算法。通过对模拟数据和实际工件断层扫描数据进行图像重建,估计了算法的有效性,结果表明,与最速下降法相比,此算法更适用于不完全投影数据的图像重建,在保证重建图像拟合度的同时,大大提高了重建速度。     

三维地震数据离散光滑插值的共轭梯度法

针对三维地震数据插值,提出采用Laplacian算子进行光滑约束的插值方法,并借鉴Mallet研究的离散光滑插值思路,采用预条件共轭梯度法,直接生成网格节点上的值,从而回避寻求满足插值方程的函数. 为了实现其中Laplacian算子的快速求逆,文中引入Claerbout螺旋坐标系谱因式分解理论. 在螺旋坐标系下,Laplacian算子的表示矩阵具有Toeplitz结构,其快速求逆可由谱法LU分解实现. 基于二维离散光滑插值,文中还给出共轭梯度法与NMO相结合的沿时间切片逐层处理的离散光滑插值流程. 最后,应用该方法对模型数据和实际三维地震数据进行了处理.     

变阻尼共轭梯度算法及其性能分析

为了提高反演的分辨率和计算效率,本文在传统阻尼共轭梯度法的基础上,提出了变阻尼共轭梯度算法.由于在最小二乘线性反演过程中,多数情况下都要计算偏导数矩阵,而偏导数矩阵列向量的长度大小决定了解向量在对应分量方向上前进的快慢,变阻尼共轭梯度算法的提出正是利用了偏导数矩阵的这一特点.从理论上讲,它要优于传统的固定阻尼共轭梯度法.最后通过计算实例证明了该算法计算精度高,稳定性好,收敛速度快.因此采用变阻尼共轭梯度算法进行地球物理反演是切实可行的.     

重力数据三维共轭梯度聚焦反演及应用

基于共轭梯度算法对欠定线性目标函数进行求解。 为改善目标函数的多解性、 消除多余构造信息影响, 引入粗糙度系数矩阵; 为克服“趋肤效应”, 更好地反映地质体的真实形态, 在模型目标函数中引入深度加权函数; 为更好的反映地质体的某些尖锐构造和边界, 本文对目标函数添加了基于最小支撑泛函的聚焦反演约束。 通过对多种模型的计算, 验证了该方法具有较好的有效性和稳定性, 并将该方法应用于实际重力资料地下密度反演中去, 得到了较好的反演结果。     

核磁共振共轭梯度解谱方法研究

核磁共振（NMR）解谱技术是核磁共振资料应用的基础和关键.本文将核磁共振解谱的混定线性反演问题转化为求目标函数极小值的最优化问题,然后利用共轭梯度算法具有二次终止性、收敛速度快的特点解决上述最优化问题.将该方法应用于无噪声和不同信噪比的理论数据解谱以及岩心NMR实验解谱并与真谱及实验室国外软件解谱结果对比表明：在信噪比SNR≥5时解谱结果和真谱符合得很好,谱线光滑连续;随着信噪比的降低对初始点的要求随之提高;两块岩心解谱结果与实验室结果符合得很好,利用解谱结果计算的核磁孔隙度与实验室氦孔隙度绝对误差分别为0.78%和0.57%.因此,本文方法有效、实用,具有较强的抗噪能力,对初始点的要求不高,能够应用于生产和科研实践中.     

大地电磁法三维共轭梯度反演研究

Based on the analysis of the conjugate gradient algorithm, we implement a threedimensional （3D） conjugate gradient inversion algorithm with magnetotelluric impedance data. During the inversion process, the 3D conjugate gradient inversion algorithm doesn＇ t need to compute and store the Jacobian matrix but directly updates the model from the computation of the Jacobian matrix. Requiring only one forward and four pseudo-forward modeling applications per frequency to produce the model update at each iteration, this algorithm efficiently reduces the computation of the inversion. From a trial inversion with synthetic magnetotelluric data, the validity and stability of the 3D conjugate gradient inversion algorithm is verified.     

大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演研究(英文)

在对张量阻抗数据、倾子数据和共轭梯度算法深入分析的基础上,我们实现了大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演算法。基于全信息资料的三维共轭梯度反演研究,探讨了同时利用五个电磁场分量整理得到的大地电磁资料进行三维反演定量解释的方法以及全信息数据在三维反演中的作用。理论模型合成数据的反演结果表明,在三维反演中使用张量阻抗和倾子数据结合的全信息数据的反演结果优于只使用张量阻抗数据(或只使用倾子数据)的反演结果,提高了反演结果的分辨率和可信度。合成数据的反演算例也验证了所实现的大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演算法的正确性和稳定性。     

三维地质模型中地震波共轭梯度非线性走时反演

地震体波走时层析成像是探测地球内部速度结构的重要方法之一。基于三维块状建模以及三角形拼接的界面描述方式,结合快速高效的逐段迭代射线追踪方法,获得三维复杂地质模型中的地震射线路径与走时信息,采用共轭梯度非线性反演算法,进行地震波走时反演。实验结果表明共轭梯度反演算法在三维层状模型中具有较高的有效性。     

可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演研究

可控源音频大地电磁法在资源勘探等领域中发挥着重要的作用.我们把有限差分数值模拟方法用于可控源音频大地电磁三维正演,结合正则化反演方案和共轭梯度反演的思路,将反演中的雅可比矩阵计算问题转为求解两次“拟正演”问题,得到模型参数的更新步长,形成反演迭代,实现了可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演算法.该反演算法可用于对有限长度电偶源激发下采集到的可控源音频大地电磁全区(近区、过渡区和远区)视电阻率和相位资料进行三维反演定量解释,获得地下三维模型的电阻率结构.理论模型合成数据的反演算例验证了所实现的可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演算法的有效性和稳定性.     

倾子资料三维共轭梯度反演研究

在对倾子响应和共轭梯度算法深入分析的基础上,我们实现了倾子资料三维共轭梯度反演算法.基于倾子资料的三维共轭梯度反演研究,探讨了利用倾子资料进行三维反演定量解释的方法.通过对理论模型合成数据进行反演试算,验证了所实现的倾子资料三维共轭梯度反演算法的有效性和稳定性.该反演算法可用于对大地电磁测深和地磁测深(地震地磁台站进行的三分量地磁观测)所整理出的倾子资料进行三维定量反演,获得地下三维模型的电阻率结构.     

基于共轭梯度算法的重力梯度数据三维聚焦反演研究

重力梯度数据相对于传统重力数据,能够更细致、准确地描述地球浅部构造和研究矿产资源分布等信息.本文采用共轭梯度算法,在加权密度域求解重力梯度数据三维聚焦反演最优化问题,以恢复地下三维密度分布,目标函数包括数据不拟合函数和最小支撑稳定函数.首先,在推导目标函数对加权密度的一阶导数时,为了得到更合理的计算公式,我们考虑变加权函数中含有密度变量;此外,本文通过密度上下限约束,改善了传统聚焦反演中聚焦因子选取困难的问题.新算法获得的反演结果,对聚焦因子的选择约束较少,相比传统聚焦算法,能够更容易的获得理想结果.将方法应用于理论模型验证其有效性和正确性,并应用本文方法处理文顿盐丘地区的航空全张量重力梯度数据,得到了与已知地质信息匹配的密度分布,表明本文方法具有处理实际数据的能力.

     

Frequency‐domain acoustic‐elastic coupled waveform inversion using the Gauss‐Newton conjugate gradient method

We developed a frequency‐domain acoustic‐elastic coupled waveform inversion based on the Gauss‐Newton conjugate gradient method. Despite the use of a high‐performance computer system and a state‐of‐the‐art parallel computation algorithm, it remained computationally prohibitive to calculate the approximate Hessian explicitly for a large‐scale inverse problem. Therefore, we adopted the conjugate gradient least‐squares algorithm, which is frequently used for geophysical inverse problems, to implement the Gauss‐Newton method so that the approximate Hessian is calculated implicitly. Thus, there was no need to store the Hessian matrix. By simultaneously back‐propagating multi‐components consisting of the pressure and displacements, we could efficiently extract information on the subsurface structures. To verify our algorithm, we applied it to synthetic data sets generated from the Marmousi‐2 model and the modified SEG/EAGE salt model. We also extended our algorithm to the ocean‐bottom cable environment and verified it using ocean‐bottom cable data generated from the Marmousi‐2 model. With the assumption of a hard seafloor, we recovered both the P‐wave velocity of complicated subsurface structures as well as the S‐wave velocity. Although the inversion of the S‐wave velocity is not feasible for the high Poisson's ratios used to simulate a soft seafloor, several strategies exist to treat this problem. Our example using multi‐component data showed some promise in mitigating the soft seafloor effect. However, this issue still remains open.