一维层状介质大地电磁模拟退火反演法

大地电磁模拟退火反演法是一种最优化的非线性反演方法,与传统的线性反演方法相比该方法具有：（１）不依赖于初始模型的选择;（２）能寻找全局最小点而不陷入局部极小;（３）在反演过程中不用计算雅可比偏数矩阵等优点;通过对各种类型的大地电磁测深理论曲线试算,结果表明模拟退火法能准确地自动反演地电参数（地层电阻率,厚度）最后对实际资料进行了处理,取得了较好的效果。     

基于简单模型的大地电磁测深法薄层识别与约束反演

薄层识别一直是大地电磁测深法(MT)数据反演解释的重点和难点.约束反演能有效提高大地电磁测深对薄层的识别能力,这里采用在井资料约束上覆地层与围岩的电性条件下,进行MT约束反演.通过约束浅部地层,提高对深部地层的反演识别能力,达到对目标层的准确识别与精确探测.通过模型设计与计算,讨论了地电参数约束类型、约束数量、以及测量...     

大地电磁测深拟二维模拟退火约束反演

大地电磁测深(MT)资料解释的核心是反演问题,其反演方法可分为两大类:局部方法和全局方法。局部方法基于最小方差原理,依赖于目标函数的导数求解,因而其解依赖于初始模型,容易陷入局部极值,难以得到全局最优解。全局方法如模拟退火算法,它是近年发展起来的全局最优化算法。其主要优点是:不用求目标函数的偏导数及解大型矩阵方程组,即能找到一个全局最优解,而且易于加入约束条件,方法易于移植。目前模拟退火算法已开始用于解决非线性地球物理反演问题,但还存在计算效率低的缺陷。以快速模拟退火算法为基础,对大地电磁测深理论数据及实际资料进行快速模拟退火约束多参量的反演,效果较为理想。对H型地电断面的理论曲线反演和根据某盆地预探井实际资料对中生界厚度及基底埋深的反演作了举例说明。     

基于改进残差网络的大地电磁反演研究

针对传统反演方法存在依赖初始模型、反演时间较长等问题,提出一种基于改进残差网络的大地电磁反演方法。该方法首先构造不同形状和不同电阻率的地电模型,在TM模式下正演得到视电阻率数据,组成数据集;然后在经典的残差网络ResNet基础上进行改进得到一种新的反演网络iResNet(improved residual network),并使用上述数据集训练该网络;最后将视电阻率数据输入到训练好的网络中,直接得到反演结果。实验结果表明,该方法能快速、准确地反演出地电模型的位置、形态和电阻率值,具有较好的泛化能力和抗噪能力,并能有效解决大地电磁实测数据问题。     

采用生物遗传算法的大地电磁测深资料反演

本文用遗传算法（ＧＡ）进行大地电磁测深（ＭＴ）一维模型的反演。本反演方法无需初值，不用求导数，受噪声影响小，能有效克服反演中出现的局部极值，并能给出一组解     

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。     

大地电磁法的1D无偏差贝叶斯反演

应用贝叶斯理论对一维(1D)大地电磁反演问题进行无偏差不确定度分析。在贝叶斯理论中,测量数据和先验信息包含在后验概率密度函数(PPD)中,它可以解释成模型的单点估计和不确定度等贝叶斯推断,这些信息的获取需要对反演问题进行优化求最优模型和在高维模型空间中对PPD进行采样积分。采样的完全、彻底和效率,对反演结果有着重要的影响。为了使采样更有效、更完全,数值积分采用主分量参数空间的Metropolis Hastings采样,并采用了不同的采样温度。在反演中,同时采用了欠参数化和超参数化方法,数据误差和正则化因子被当成随机变量。反演结果得到各参数的不确定度、参数间的相关关系和不同深度模型的不确定度分布。COPROD1数据的反演结果表明模型空间中存在双峰结构。非地电参数在反演中得到了约束,说明数据本身不仅包含地球物理模型信息(电导率等),还包含了这些非地电参数的信息。     

基于差分进化的大地电磁反演

针对大地电磁线性迭代反演依赖初始模型,易陷入局部最优解的特点,设计一种基于差异进化的非线性反演方法.利用该方法对大地电磁一维层状介质G、H、HA型地电模型进行反演研究,在无噪声情况下反演结果和模型一致;在加入10%和20%噪声后,反演仍取得良好效果.数值实验结果表明,该反演方法不依赖于初始模型,具有较好的全局优化能力和抗噪声能力,能有效反演大地电磁数据.     

大地电磁测深资料的超球逼近反演

超球逼近方法是一种全局搜索的二次优化方法。将该优化方法应用到大地电磁测深资料的反演中取得较好的效果。在介绍了超球逼近方法的基本原理后,应用数值结果对该方法的可行性进行了检验。     

时移可控源音频大地电磁法三维反演研究

时移地球物理监测是观测地下物性参数随时间动态变化的有效方法。地球物理反演结果会受到测量误差、测量环境的噪声污染以及地球物理反演多解性等系统性因素的影响。如果对时移地球物理数据进行不同时刻数据的单独反演,可能会导致不同时刻的反演结果可对比性差,从而影响时移地球物理的监测效果。针对可控源音频大地电磁法在监测领域的实际需求,将不同时刻的观测数据放在一起反演,不同时刻的电阻率模型相互约束,实现了时移可控源音频大地电磁法三维反演。设计三种类型模型进行合成数据的单独反演和时移反演对比试算,验证了时移反演算法的有效性。反演结果表明：通过加入相邻时刻模型约束,时移反演可以更好地聚焦异常体的位置,降低噪声以及测量环境变化对反演结果的影响,防止反演伪影掩盖真实的地下变化。研究成果为时移可控源音频大地电磁法的实际应用奠定了良好基础。     

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。     

融合先验物理信息的高精度智能可控源电磁反演算法

可控源电磁反演利用人工信号获取地下结构信息,为地质勘探和资源开发提供准确的数据支持。然而,传统电磁反演方法面临低分辨率的挑战,主要是由于简化处理和观测数据的限制,导致模型平滑、细节丢失,从而削弱了反演的准确性,影响了电磁勘探的效率。为了解决这一问题,本文提出将传统反演结果与响应数据同时作为深度网络的输入数据,为深度网络反演提供先验物理信息,并结合深度学习算法提升可控源电磁反演的计算效率。通过模型试验,对合成的电阻率模型分别进行了传统反演、智能反演以及融合先验物理信息的智能反演。结果表明,融合先验物理信息的智能反演能够更好地刻画异常体结构特征,有效提升反演效率,并且得到的电阻率参数更符合实际。最后,将该反演技术应用于金川铜镍矿床的可控源数据反演解释,取得了较为可靠的应用效果。     

Straightforward inversion scheme (SIS) for one-dimensional magnetotelluric data

This paper presents a Straightforward Inversion Scheme (SIS) for interpreting one-dimensional magnetotelluric sounding data. The basic steps of SIS are (i) parameterization of the layered model such that the layer thickness, expressed in units of its skin depth, is a constant (α); (ii) expansion of the reflection function at each interface as a power series in parameter u = exp(-2(1 +j)α√f);(iii) development of a recurrence relation between the coefficients of the same powers ofu in the power series of reflection functions of any two successive layers; (iv) estimation of the impedance power series coefficients using regressed minimum norm estimator; and (v) evaluation of layer resistivities and thicknesses using the inverse recurrence relation. The power of SIS is established by inverting four synthetic data sets and two field data sets. The effect of noise is extensively studied on a synthetic data set, deliberately corrupted with increasing levels of Gaussian random noise up to 25%. It is found that the scheme can retrieve broad features of the true model even with noise levels as high as 25%. On the basis of findings of different experiments conducted on SIS, it is concluded that SIS is an efficient, robust algorithm with high resolving power. Further, being linear, it is non-iterative and it dispenses with the requirement of having to choose an initial guess model.     

基于Hilbert-Huang 变换的大地电磁去噪研究

大地电磁信号易受噪声干扰产生近场效应,严重影响采集的信号质量。现阶段使用较为广泛的远参考-robust方法在压制近场干扰方面还有所不足。本文在使用数值模拟验证希尔伯特-黄变换(HHT)对噪声的压制效果后,将其用于处理一个近场干扰较严重的大地电磁信号,得到了较为显著的效果;同时,使用极化方向的分布函数计算电场和磁场的极化分布,也发现分布函数的高斯性得到了修复,从另一个角度验证了HHT在压制近场干扰方面的有效性。     

起伏地形大地电磁二维反演

为了适应地形起伏的实际地质情况,开展带地形的最小二乘二维反演研究。鉴于大地电磁（ MT）反演的不适定问题,引入Tikhonov的正则化方法,从而获得关于总目标函数的方程,利用光滑约束最小二乘法求解总目标函数方程。由于正则化因子值与反演精度以及稳定性相关,采用主动约束平衡方法获取最优化的正则化因子,以确保反演精度和稳定性都达到最佳。与此同时,利用电磁场互易定理以节省反演迭代过程求解雅可比矩阵的计算时间。构建了若干地质构造模型进行试算,分别讨论TE、TM模式以及二者联合模式的反演结果,并与前人研究工作对比以说明本文方法的反演效果。     

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.     

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。     

Simulated annealing technique in discrete fracture network inversion: optimizing the optimization

Simulated annealing (SA) has the capacity to handle complex problem of fracture heterogeneity. However, its applications to characterization and modeling of an actual discrete fracture network are limited. Borrowing the context of geothermal reservoirs (where extensive discrete fractures exist), this paper attempts to solve several key practical issues that persist in current models: objective function’s (OF’s) formulation, modification scheme, and stop criteria. The improvements are examined in a case study on an actual fracture outcrop, where results are compared with a current and advanced SA work.     

基于分形先验信息的非线性反演

基于分形先验信息的非线性反演方法能综合利用测井数据和地震信息,在贝叶斯框架下,通过分形高斯噪音算法得到基于分形理论的先验信息,然后根据地震资料构建似然函数,最终利用基于快速模拟退火算法(Very Fast Simulated Annealing,VFSA)改进的粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法(VFSA-PSO)实现后验概率密度的抽样。与确定性反演结果相比,该方法能够有效地融合测井资料中的高频信息,提高反演结果的分辨率,并且目标函数的建立融合了确定性反演中的低频约束,从而得到宽频带的反演结果。数值模拟试验表明:基于分形先验的非线性反演结果与理论模型吻合较好,实际资料的应用效果也证明了该反演方法的有效性。