用遗传算法反演一维声波介质

局部线性化的反演方法不仅在初始模远离真值时收敛速度幔，而且往往易陷入局部极大值中，而遗传算法（ＧＡ）便能解决这一问题，它是一种全局搜索法。强然它同模拟退火法一样利用转移概率进行搜索，但其收敛速度一般比模拟退火法快。本文引进了多个目标函数进行综合评价和实灾变过程，用单道地震道对一维声波介质的速度和密度同时进行了反演，反演了加噪地震道和含薄层介质模型，取得了满意的效果。     

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。     

基于GPU加速的包络波形反演

波形反演利用地震资料的相位和振幅信息对速度进行建模,是当前分辨率最高的速度估计方法。波形反演对初始速度场具有较高的要求,当初始速度场和真实的速度场相差较远时,容易产生周波跳跃问题。通常在进行速度反演时,采用多尺度方法减轻波形反演的非线性,然而当实际地震资料中缺少大偏移距和低频数据时,多尺度方法不再适用。此外,计算效率也限制了波形反演的应用。因此,这里提出基于GPU加速的包络波形反演来获取包含长波长信息的初始速度场,并提高计算效率。通过对Marmousi模型的测试,验证了方法的正确性和有效性。     

纵横波弹性阻抗联合反演方法

在弹性阻抗反演方法的基础上,充分利用纵波和转换波地震信息,开展了纵横波弹性阻抗联合反演方法研究。首先对转换波反射系数近似精度进行对比分析,选取了转换波弹性阻抗近似公式,并对选取的转换波弹性阻抗公式进行标准化处理;其次详细研究了该反演算法的基本原理,并提出了具体实现流程;最后分别利用二维模型和实际工区的井数据制作叠前角度道集,添加随机噪声,对该反演方法进行模型试算。结果表明,纵横波弹性阻抗联合反演所得纵波速度、横波速度及密度估测值与真实值之间吻合较好;而且与单纯纵波弹性阻抗反演结果相比,纵横波弹性阻抗联合反演所得密度估测值更加稳定,从而为准确储层识别和流体检测提供了可靠的依据。     

基于微分格式的微地震走时反演方法研究

在页岩气开发涉及的微地震监测中,只利用声波测井资料建立的速度模型并不足够准确,通常的做法是利用测井资料与射孔数据、井下爆炸索数据、井中下落球震数据结合的方法构建模型,但射孔、爆炸索等数据的震源初始时间很难准确测量。初始时间的准确性将会影响速度模型的准确性,进一步影响定位结果的准确性。这里提出一种不需要震源初始时间的反演方法,与传统的速度反演方法相比,该方法基于不同震相的到时差信息。对同一震源,提取P-P,SS和P-S震相到时差,这三部分基于微分格式的到时差信息,都可完全消除初始时间的影响。对合成数据测试、分析和讨论的结果,证实了该方法实现速度模型校正的可行性,并给出了该方法在实际数据应用中的示例。     

二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究

浅地表低速异常体(如空洞)的精确探测一直是地球物理领域具有重要价值与挑战性的研究课题,对城市灾害评估与复杂条件下煤田地震勘探的浅地表精细建模具有重要意义。面波全波形反演适合浅地表高精度建模,然而在实际应用中仍存在诸多亟待解决的难题。针对面波全波形反演方法中多参数串扰、实际数据预处理、震源子波估计等关键问题,开发了一套完整的瑞雷波多参数全波形反演方法流程,以实现对浅地表空洞的精确探测。该方法中模型的横波速度、纵波速度和密度随反演进程均被同步更新,减弱后两个参数偏离真实值对横波速度反演精度的消极影响。采用伴随状态法构建的拟海森算子对梯度进行预处理以压制地表伪影、增强波场照明,提高对小尺度异常的表征能力。通过褶积因子消除波场正演与实际数据采集的维数差,实现3D波场到2D波场的转换。采用校正滤波方法估计震源子波,并在迭代进程中进行动态估计,以减弱特定参数模型不准确的影响。同时,该方法采用多尺度反演策略,减轻由低速异常引起的目标函数非凸性,提高反演稳定性。合成数据和实际案例测试结果表明,瑞雷波多参数全波形反演方法得到的横波、纵波速度模型、密度模型具有基本一致性,其中横波速度模型准确度最高。实测数...     

利用重力和面波联合反演确定四川地区三维岩石圈速度结构

基于不同地球物理数据对地下结构不同的敏感性和数据分布,联合地球物理反演可以减少反演的非唯一性和提高反演模型的可靠性。在研究中,利用噪声成像得到的地震面波相速度,并结合当地的布格重力异常数据对四川地区的岩石圈速度结构进行了联合成像研究。地震面波频散数据主要对地下岩石的横波速度敏感,而重力数据对地下介质的岩石密度有很好的约束性,为了将两种数据归并统一到同一个联合反演系统中,利用了地震波速度和岩石密度之间的经验关系。基于面波和重力联合反演成像算法,得到了四川地区岩石圈的三维横波速度模型。该模型不仅与地表已观测到的地质特征有较好的吻合性,而且能够比较好地拟合面波数据和重力数据,新的模型对于研究四川地区的地震灾害有着重要的参考意义。     

初至波地震层析成像中自动生成初始速度模型的方法研究

初至波地震层析成像需要给定初始速度模型,给定的初始速度模型很大程度上影响层析反演的质量、反演是否收敛和收敛速度的快慢。使用层析成像反演近地表速度场时,这里提出了一种利用大炮初至时间自动生成初始速度模型的方法。假定大炮初至是由直达波和折射波构成的,然后用折射波法直接求取初始速度模型,该方法生成的初始速度模型可直接由程序自动实现,无需人为干扰。将该方法应用在理论模型和实际资料中,由此产生的初始速度模型采用层析成像技术进行迭代反演,结果表明,该方法建立的初始模型加快了反演收敛速度,反演结果和真实速度模型基本一致。     

考虑地应力分布形式的坝址区初始应力场二次反演方法

在建的乌东德水电站区域构造运动强烈,断层、褶皱及节理较为发育,加之河谷纵横、沟谷深切,导致该区域岩体地应力分布极为复杂,非线性特征显著。为准确获取坝址区初始地应力场的分布特征,通过对地应力分布形式进行优化,提出了考虑地应力张量分布特征的岩体应力场二次反演方法。首先,将地应力张量分解成自重应力、构造应力及非线性应力3个部分,同时依据坝址区地形地貌、地质构造及非均匀性岩层等因素,构建FLAC3D计算模型,利用叠加法原理对坝址区初始地应力场进行一次反演。然后,主要考虑坝址区附近小规模构造及局部开挖条件的影响,构建三维离散元（3DEC）精细模型,同时从一次反演中提取精细模型的初始地应力侧压系数和自重修正系数,并利用均匀设计法进行优化,对精细模型进行二次反演。研究结果表明：一次反演计算获得的初始应力场整体上与实际情况吻合较好,但在局部构造附近与实测值相差较大;二次反演考虑局部地质构造及开挖条件的影响,同时结合一次反演的计算成果,各测点的应力计算值与实测值基本一致;通过将大型商业软件FLAC3D和3DEC相结合来反演复杂条件下工程区初始应力场,在一定程度上实现了岩体应力场在大范围内整体连续、小范围内受局部地质构造等影响导致不连续分布的特点。该研究方法可为类似工程提供借鉴。     

地震反演的子波敏感性分析

确定地震反演子波以及处理其与各井最优标定子波之间的差异是地震反演与解释所面临的问题之一。以陕北侏罗纪煤田榆横矿区某勘探区为例,对其地震资料采用不同的子波进行标定与反演实验,研究地震子波变化引起的波阻抗数值和结构在纵横向上的变化规律,并讨论其对地质解释的影响。研究表明,在基于模型的反演中,标定和反演所用的地震子波对最终得到的波阻抗具有明显的影响,具体表现在波阻抗幅值、时间轴偏移、纵向变化细节以及横向连续性等。在该区选取子波的研究中还发现,子波变化产生的波阻抗差异逾700(m/s)*(g/cm3),这将导致在密度为2.6 g/cm3的地层中速度误差达300 m/s,其结果必会影响岩性解释的准确性。     

基于典型饱水砂岩样品的多维空间多元统计密度反演方法

实测数据资料、岩石物理学和多维空间多元统计思想的结合,有助于定量解析数据,减少岩石骨架、流体信息预测的风险性。运用典型饱水砂岩样品(韩德华G组砂岩样品)的密度、黏土含量和孔隙度实测数据,反演石英、黏土和流体的密度,所得反演结果符合实际情况,得到的拟合密度与实测密度相关系数可达0.985 5。所提出的密度反演方法的核心是多维空间多元统计思想与质量守恒定律相结合;与传统二维空间二元回归的密度反演方法对比结果表明,该方法不仅可以避免回归运算中奇异点的影响,而且得到的拟合密度与实测密度呈更为显著的相关关系。反演结果的均值与实际值相对误差在2%左右,准确度高,证明了方法的合理有效性。     

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.     

基于细化分层法探讨面波频散曲线反演参数的简化

常规频散曲线反演过程中需要不停地改变分层数、层厚度和层速度等参数,实现过程相对繁琐,而采用细化分层法对反演参数进行简化则避免了上述缺点。具体思路为：根据目的层探测深度（如20m）将地下介质分为若干个（20个）厚度为1m的薄层和1个均匀半空间层（共21层）,这样在反演中分层数和层厚度均为已知参量,反演过程只需修改速度参数即可,避免了改变分层数和层厚度等参数,显著简化了反演计算过程。正演计算和反演结果均表明：细化分层与实际分层计算出的频散曲线是等效的,细化分层反演结果的总体效果与真实模型非常接近,这说明细化分层方法用于频散曲线反演是切实可行且有效的;将地下介质划分为1m厚的薄层,反演后每层均可得到1个横波速度,能满足反演分辨率的要求;由于实际地下介质的速度是随深度渐变的,细化分层后比按频散曲线拐点分层（每分层的厚度可能是几米或几十米,同一分层内介质的横波速度相等）更接近实际情况。     

TEM最简化反演及在研究永久冻土层中的应用

阐述了基于烟圈理论的最简化反演方法和磁源TEM测深一维经验式反演方法,这两种方法可由观测数据直接反演,不需要初始模型。结合中国东北永久冻土层勘查研究课题,对TEM原始探测数据进行了反演解释。两种反演结果对揭示沿剖面横向、纵向的电性层变化,体现了较好的一致性,可为分析、划分不同电性界面的变化趋势提供参考依据。     

反转构造模型的地震波模拟及成像

为了检验由地震剖面解释得出的反转构造的可靠性,探讨反转构造地区在地震数据采集,处理中应采用的有效方法,设计了一个典型的反转构造模型－突起构造。以该模型为基础,针对复杂构造地震波模拟中常见起源频散严重、人为边界反射吸收不理想两个问题,应用高阶差分法以及一种新的边界吸收条件,对反转模型进行了地震波场数值模拟和深度偏移成像处理。采用中心放炮两边接收的观测方式,共模拟了185炮地震记录。研究表明,波动方程高阶差分法是模拟复杂构造模型中地震波传播的有效方法,除了近于直立的断层因难以接收到其反射波而较难成像外,其余的反转断层及其组合在理论上是可以通过合适方法（如Fourier有限差分深度偏移）较好地成像的。     

用遗传算法反演一维声波介质

局部线性化的反演方法不仅在初始模型远离真值时收敛速度慢,而且往往易陷入局部极大值中,而遗传算法(GA)便能解决这一问题,它是一种全局搜索法。虽然它同模拟退火法一样利用转移概率进行搜索,但其收敛速度一般比模拟退火法快。本文引进了多个目标函数进行综合评价和灾变过程,用单道地震道对一维声波介质的速度和密度同时进行了反演,并反演了加噪地震道和含薄层介质模型,取得了满意的效果。     

有限长导线源频率测深有限内存拟牛顿一维反演

本文采用有限内存拟牛顿法实现有限长导线源频率测深阻抗响应数据的一维反演。水平层状介质有限长导线源阻抗频率响应由基于虚界面法获得的地表水平正交电场和磁场计算得到;一维反演优化问题的求解利用有限内存拟牛顿法,结合光滑模型约束,直接对阻抗的频率响应数据进行反演。在反演过程中,正则化参数的调整采用目标函数自适应技术。反演模型剖分为多层,各层厚度自地表按比例增加。反演从均匀半空间开始,终止条件为目标函数相对变化小于10~(-4)。分别对理论模型和实际数据进行了反演模拟。为考察反演的稳定性,还对理论数据添加10%随机噪声后进行了反演。数值计算结果表明:有限内存拟牛顿方法可以用于有限长导线源频率测深阻抗频率响应的反演;该反演方法对初始模型的依赖性弱,从均匀半空间模型出发基本可以恢复到真实模型;反演初期收敛较快,后期收敛速度变慢,反演结束一般需要迭代40次左右。噪声数据反演结果表明,随机噪声对反演结果影响不大,说明有限内存拟牛顿法具有较好的抗干扰能力。本文研究成果给出了可控源电磁数据反演的一种新方法;同时,利用本文的研究成果,可以为二维或三维反演建立合适的初始模型。     

频率域反射波全波形速度反演

全波形反演不仅利用相位和振幅信息,还利用波形的细节变化,具有刻画模型精确细节的能力.在对稀疏矩阵直接LU分解求解的基础上,采用梯度预处理方法对声波介质速度模型进行了反射波全波形反演.采用误差反向传播算法计算目标函数梯度以及伪Hessian矩阵的对角线元素来做梯度预处理.数值模型的实验结果表明,利用有效的频率段便能反演出分辨率较高的速度结构,用低频反演出的结果作为高频反演的初始模型,减少了解的非唯一性.二维高斯光滑初始模型提供了有利的低频信息,得到较好的反演结果.伪Hessian矩阵的预处理吸收了高斯牛顿法的二次收敛优势,在不增加计算量的前提下,加快收敛速度.      

井间地震时频域联合速度和衰减系数同步层析反演

井间地震资料中蕴含丰富的地下储层岩性和物性信息,利用井间地震直达波初至信息,通过层析反演可以得到两井之间的速度剖面。通过对井间地震直达波振幅衰减信息的处理,可以实现井间的吸收衰减层析成像。基于井间地震直达波射线路径的一致性,提出了井间地震时域直达波走时层析反演和频域质心频率衰减层析同步反演方法,增加了约束条件,增强了抗干扰能力。对模型和实际资料的处理结果表明,速度和吸收衰减同步反演方法,提高了速度层析反演精度,得到了对油气更为敏感的衰减属性,增强了井间地震在储层描述和油气预测中的应用能力。