地球物理三维电磁反演方法研究动态

正1研究现状地球物理电磁数据三维反演具有非线性、欠定和大尺度等特点,是非常难求解的最优化问题.过去20年,随着数值方法不断成熟和计算设备快速发展,地球物理电磁三维反演技术取得了巨大进步,多个基于正则化思想的三维电磁反演代码被成功开发并广泛应用于生产和科学研究.电磁数据三维反演的发展主要围绕以下几个方面.     

时间域地震全波形反演方法进展

地震全波形反演(Full Waveform Inversion)利用地震波场的运动学和动力学信息建立地层速度模型,能够精确刻画模型细节,成为近年来的研究热点.本文对日渐成熟的时间域全波形反演方法的研究进行了综述,着重评述了地震波场模拟方法、震源子波的处理方式、目标泛函的建立方式、优化反演方法、梯度预处理方式等关键环节的进展,指出了全波形反演方法向分频分尺度、全局搜索与局部搜索联合的优化反演、时间域正演和频率域反演的混合域反演等多种技术有机联合的方向发展.     

重磁数据三维物性反演方法进展

综述了重磁数据三维物性反演方法中的几个关键问题.主要包括正演快速算法、反演框架、约束因子讨论、反演算法实现等方面.正演快速算法主要讨论了等效存储几何格架技术、基于GPU加速的并行计算技术以及小波压缩技术.三维物性反演则是在最小二乘意义下使目标函数达到极小的线性或非线性反演.指出,对于特定地质问题需要谨慎选择不同且合适的约束方法乃至反演算法,才能达到好的效果.最后讨论了重磁数据三维物性反演较好的应用前景及发展方向.     

地震反射波反演二阶优化方法及其应用

常规地震数据大都缺乏低频成分与长炮检距信号,经典的全波形反演方法不易获取中、深层弹性参数模型的长波长分量,波动方程反射波形反演作为替代方法近来受到极大关注.然而,现有的反射波形反演方法几乎都采用梯度类的一阶优化算法,收敛性和精度都有待提高.本文在二阶优化理论框架下,推导弹性参数背景与扰动模型的反射波敏感核、泛函梯度以及海森算子,揭示海森矩阵对泛函梯度的去模糊化作用和改善反演的工作机制.推覆体模型合成数据实验表明,相比于常用的共轭梯度法,利用近似海森矩阵的高斯-牛顿法明显提升了反射波形反演的收敛性与宽谱建模能力.在东海实例中,本文方法超越常用的反射走时层析技术,通过改善中、深层偏移速度建模,支撑逆时偏移高分辨率刻画长江坳陷内部复杂的断裂系统,改善了深部基底的成像质量.

     

玻利维亚地震—地球内部一瞥

玻利维亚Alteplano(字面意思为“高台”)6月9日8.2级地震提出的最复杂的问题并不是在西半球强烈有感时它造成的轻微破坏,而是它激发起以前从未见过的地球的固有振荡,并可能使地球物理学家以50km的分辨率画出地球内部的图象。这是因为玻利维亚地震(h=640 km)震源深度在地下75-670km范围内,属于那类稀有的“深源地震”。地幔内的高温高压状态使岩石在应力作用下流动而不是断裂,深源地震如何能够发生,这是一个在20年代末期自从人们确认它的存在时就开始关     

地震与地球内部的温度

近来,已开始积累关于地震前在周围地区地球内部温度上升的资料。在1970年普尔热瓦尔斯克地震前的两个半月内,“普尔热瓦尔斯克”钻井的水温和水位都有升高;在达吉斯坦地震(1970)前的两年中热流增加了两倍;1974—1976年间在费尔干纳发生几次破坏性地震之前的10—20天中,费尔干纳洼地的钻井和温泉的水温都曾变化了好几度。同时还发现在日本的有珠火山附近岩石温度出现变化之后便伴有地震发生。然而,所有上述测量工作都不是系统进行的。     

重震联合反演方法及其应用进展

地球物理反演是探索地下结构的最佳途径之一.地震波可以穿透到地球深部进行直接采样,是探测地球深部的主要方法.重力是结构体密度分布与地表观测点之间距离的体积积分效应,重力异常随着源深度的增加衰减很快,其对浅部结构的灵敏度明显优于地震数据.地震和重力联合反演能够相互补充和约束,提高空间分辨率,使反演结果更加稳定可靠.本文首先介绍了联系地震和重力数据的速度-密度经验关系,随后分别介绍了重震联合反演的3种常用方法—顺序反演、同步反演和交叉梯度反演,简要阐述了各种方法在国内外的应用情况.分析认为顺序反演将两类数据分开独立进行计算,原理简单,易于操作实现.但是该方法依赖于先验模型和速度-密度经验关系,可能存在分辨率较低区域(如模型边界)的误差放大效应.同步反演采用将地震和重力数据放在同一方程组中同时反演的策略,减弱了单一数据先验模型对结果的影响,但两种数据的同时运用势必引入数据权重分配问题.交叉梯度寻求不同物理参数模型在结构上的相似性,对潜在的岩石物性关系做了最少的假设,一定程度上降低了反演的非唯一性,但强制性地匹配模型的结构不一定完全符合地下介质的物性分布.因此使用交叉梯度方法反演时应注意模型的推导需要遵循客观标准,以控制模型的结构相似性和数据拟合度.最后指出重震联合反演中的速度-密度经验关系和数据的权重分配仍是值得探究的问题.     

随机不动点地震反演方法

地震反演可以通过地表观测数据来推测地下介质模型参数,因此地震反演技术自提出至今都是储层预测最常用的手段之一.不动点地震反演方法（FPSI）通过将求解目标泛函转换为寻找目标泛函不动点来获得准确与高分辨率的反演结果.由于FPSI对地震信号的振幅变化具有较高的敏感性,因此即使地震剖面存在部分弱反射区域,利用FPSI仍然可以获得较为准确的反演结果.然而FPSI存在抗噪能力不足以及多解性强等问题.为提高FPSI的抗噪能力及实用性,本研究将随机反演框架引入至不动点反演理论,提出随机不动点地震反演方法（SFPSI）.此外,利用纵波阻抗的初始模型计算得到初始反射系数,并将初始反射系数与初始模型约束引入反演框架及目标泛函,有效提高了反演方法的鲁棒性及计算效率.具体地,首先对以待反演参数初始模型为均值的高斯分布进行随机抽样并利用不动点理论判定抽样结果是否被接受.在此基础上对反演参数初始模型进行更新,并利用更新后的反演结果进行下一轮抽样与判定,直至残差小于阈值或迭代次数大于设定值.因此,SFPSI通过反复执行随机过程与不动点修正来使得初始模型逐渐逼近真实解,并最终收敛于目标泛函的不动点.由于本方法具有一定的随机性,因此需要进行多次反演并以多次反演结果的均值作为最终反演结果.最后,模型以及实际资料测试结果表明本方法有效的提高了FPSI抗噪能力,且本方法的反演结果较FPSI的反演结果具有更高的地层分辨率,并保持了良好的横向连续性.     

电阻率三维反演方法研究进展

系统分析了当前几种主要的电阻率三维反演方法，重点讨论高密度电阻率方法，论述了每种方法的优缺点及最新研究进展状况，提出了进一步研究的方向。     

地震矩张量及其反演

用地震矩张量描述一般类型的地震点源时,二阶矩张量是可以用来简明地表征震源特征的物理量。比如,可用它将震源表示为膨胀中心和双力偶的叠加。二阶地震矩张量可以分解成各向同性部分和纯偏量部分的相加,并且对偏量部分还可作多种形式的分解。本文通过对在主轴坐标系下的矩张量本征值的不同组合,给出了几种矩张量分解的形式及由它们所确定的等效点源模型,并根据本征值的大小,讨论了点矩张量所表示的震源机制解。本文还介绍了反演地震矩张量的方法。     

二维和三维地球结构的研究方法与解释方法进展

二维和三维地球结构的研究方法与解释方法进展地球的结构一直是地球物理学家关注的问题。在过去的１０年里，二维和三维地球结构的研究是地球物理学的一个重要研究领域。“二维和三维地球结构的研究方法与解释方法进展学术讨论会”就是为了推动对地球结构的研究召开的，其...     

利用协同反演方法反演地震序列滑动分布

在利用大地测量数据对地震序列进行滑动分布反演中,由于地震序列中多次地震的发震间隔短、InSAR数据时间跨度大,包含了多次地震产生的形变,难以利用InSAR数据反演单次地震的滑动分布,故本文利用协同反演方法结合GPS数据分离地震序列中单次地震产生的InSAR形变,从而反演单次地震的滑动分布.为验证本文方法的有效性,分别采...     

深度人工神经网络在地震反演中的应用进展

人工神经网络是通过从大量训练数据中学习来拟合复杂非线性函数的有效方法,属于一种数据驱动的机器学习方法.人工神经网络应用于地震反演时可以得到更高分辨率和精度的结果,有着优于传统反演方法的泛化能力和非线性拟合能力.本文对人工神经网络的发展脉络进行了回顾,梳理了基于梯度的学习过程中代价函数的作用,反向传播学习算法的思路,激活函数的不同类型,以及万能近似定理等.特别是对热门的深度神经网络,按照时间先后顺序总结了带卷积核的LeNet-5、AlexNet、VGGNet、GoogLeNet、ResNet、UNet、自编码器和GANs等经典模型.在此基础上,本文分析了深度神经网络在反射系数和子波反演、速度反演、波阻抗反演和地震结构反演中不同网络的拓扑结构、学习算法、激活函数和训练样本等.最后,本文归纳和讨论了用于地震反演的有监督端到端学习网络的流程和关键影响因素等,展望了融入物理规律、基于反演目标函数展开的专用地震反演网络.     

地球内部构造研究的进展综述

第三篇文章较详细地综述了地球内部构造研究的进展情况,特别是有关地幔结构的一些新的研究成果,其中包括参考地球模型、上地幔及过渡带中的次级间断面和低速层,以及地幔结构的横向不均匀性。     

大地电磁三维反演方法综述

大地电磁测深（MT）资料的三维正、反演问题,已成为国际地球内部电磁感应领域研究的前沿课题.文中从算法思想方面简要地介绍了当前国内外MT三维反演的几种主要方法,探讨了今后MT三维反演研究的方向.     

地球内部核反应问题与地震的关系

第四篇文章是本刊1982年第2期刊载的本文作者写的《关于地球内部核反应是地震源动力的问题》一文的补充,本文又进一步阐述了地球内部可能存在的高温高密等离子体的性质及其与某些地震前兆的关系。     

地球内部各圈层介质的地震各向异性与地球动力学

地球内部各圈层的结构和构造在本质上是不均匀的和各向异性的.各向异性的研究不论是对深化地球本体的认识,还是在资源、能源、灾害和环境以及全球变化的研究中均具有重要作用.本文基于这一科学问题的本质性和重要性着重讨论了以下5个问题:1)各向异性介质中地震波场效应与判据;2)复杂介质地震各向异性#*[-15]-#*[+15]-S波分裂的成因分析;3)当今S波分裂监测技术的进展与探索;4)地震各向异性在不同科学问题研究中的效能;5)地震各向异性在地球科学发展中的作用与今后的任务.     

地震波反演方法研究的某些进展及其数学基础

以地震波反演为背景，对非线性反演问题的某些最新进展做了系统的分析和介绍，着重对地震波反演理论中一些主要方法发展过程中的数学、物理的基本理论和基本假设做了分析、讨论和总结，而非面面俱到的阐述地震波反演理论本身的发展状况，在此基础上，讨论了地震波反演问题的数学研究基础和所面临的问题及假设应注意的方面，并对较强烈地下介质物性异常所造成的非弱散射的反演问题做了分析和展望。     

三维地震勘探数据处理的问题及其解决方法

三维地震勘探在十年内取得了显著的地质效果和经济效益。三维地震数据处理技术也得到了迅速的发展。但是,与二维相比,三维地震数据处理技术有许多不完善之处。本文对其中几个主要问题进行分析并提出解决方法。这些问题是三维叠加速度分析、三维静校正和叠前三维偏移等处理方法。