基于GPU的任意三维复杂形体重磁异常快速计算

提出了基于图形处理单元的任意三维复杂形体的重磁异常快速正演计算方法。将地下半空间剖分为大小相等规则排列的一组长方体单元,任意三维复杂形体可以表示成很多不同体积和密度(磁性)的长方体的近似组合。用解析方法计算出所有这些长方体在计算点的重力(磁力)异常,并累加求和,就可以得到整个模型体在计算点引起的重(磁)异常值。为了提高近似程度,需将地下半空间剖分得很细,用传统的CPU串行程序计算相当耗时。GPU在处理能力和存储器带宽上相对CPU有明显优势,采用GPU并行算法,可大大提高计算速度。相关试验结果表明,用GPU实现的正演快速算法计算结果正确,效率明显提高,为重磁异常三维物性反演提供了基础。     

长方体全张量磁梯度的两种正演公式对比

全张量磁梯度测量是当前航空磁测的一个重要发展方向。正演是反演的基础,而长方体又是地下空间剖分的基本单元,故其正演公式具有重要的理论意义。笔者从前人给出的东南下坐标系和北东下坐标系的两种磁场三分量理论表达式出发,分别推导了长方体全张量磁梯度的计算公式。理论模型的两种正演结果对比表明,两种公式的计算结果完全相同,但北东下坐标系更实用。该坐标系下的长方体全张量磁梯度理论表达式更加简洁,文中相同模型体的正演节省约10%的时间。     

基于有限单元法的重力梯度张量正演计算与分析

由于重力梯度张量测量相对于重力异常测量有许多优点,因此对重力梯度的研究十分必要。在重力梯度各张量的正演计算中,复杂地质体的计算式难以直接推导,而利用有限元技术在复杂形体体积积分的优势,可以较为快速和简便地进行复杂模型的重力梯度全张量正演计算。通过模型的建立和正演计算,分析了球体模型梯度张量异常的平面和剖面特征,以及重力梯度张量与球体模型位置的规律;最后进一步利用复杂模型的重力梯度正演模拟,说明了重力梯度识别地下地质体位置的优势和不足。     

井中重力矢量数据联合反演研究

井中重力矢量测量可以近距离感知地下目标体,获得地质体不同方向的重力异常特征,提高地下介质的纵向分辨率.这里首先基于点元法实现了井中重力矢量正演,通过模型正演计算,分析了井中三分量重力异常响应特征,然后基于相关性搜索的黄金分割算法实现了井中重力矢量联合反演,通过模型反演分析了井中重力不同分量数据联合反演的效果,验证了反演...     

选择法在红旗岭矿区重力G8异常评价中的应用

为评价引起红旗岭矿区G8重力异常的原因,采用解重力勘探反演问题的选择法对其进行重新解释评价。根据剩余重力异常,结合异常地段及其外围地质、地球物理条件建立正演计算模型,进行正演计算并与实测重力异常曲线进行拟合。结果表明G8重力异常并非是由镁铁-超镁铁岩体引起,而是由地层密度局部增大及重力高背景场的局部重力低G11的衬托效应引起。     

电导率连续变化的线源FCSEM有限元正演模拟

为了更好地模拟地下介质连续变化及开展连续介质的反演,对二维电导率分块线性变化的线源频率域可控源电磁法进行了有限元正演模拟,在剖分单元内同时对电场及电导率参数线性插值,使电导率参数在剖分单元之间保持连续变化。首先,提出有限元正演模拟的边值问题及变分问题,并详细论述了有限元的剖分、插值、单元分析及总体合成的各个步骤;其次,采用稀疏存储及基于不完全LU分解的BICGSTAB算法求解复系数方程组,节省了内存并提高了计算速度;然后,对一个均匀半空间模型进行模拟,计算结果表明,低频及高频的有限元数值解都与解析解吻合,证明了算法的正确性;最后,对水平层状模型及垂直断层模型进行正演计算,视电阻率及相位的等值线图均较好地反映出了异常体,说明文中算法能够对电导率连续变化的线源可控源电磁法进行有效地模拟。     

基于随机介质模型的二维重力正演

岩(矿)石密度的空间分布具有随机性和相关性,采用随机过程的谱分解理论和指数型椭圆自相关函数理论,结合江西德兴某重力勘探剖面资料,建立了随机介质模型,并进行重力异常计算。算例表明,采用随机建模的方法可以很好地模拟实际勘探断面的密度结构,据此计算得到的重力异常特征也与实测的基本一致。因此,在重力资料的解释中,根据实际的地质和密度测试资料建立随机介质模型进行正演计算,有助于对实测异常的识别、分析和解释,提高解释的可靠性。     

矩形棱柱体重力梯度张量异常正演计算公式

矩形棱柱体重力梯度张量异常常用的正演计算公式含有解析奇点。结合理论推导过程详细分析了"奇点"存在的原因,并基于前人提出的长方体ΔT场及其梯度场无解析奇点理论表达式,建立了矩形棱柱体重力梯度张量无解析"奇点"公式,通过模型计算结果对比和理论分析证明了其正确性。     

有限元重力任意复杂地形校正方法研究

提出了一种有限元重力任意复杂地形的校正方法,以解决重力勘探中地形改正问题。利用改进的有限元地形体正演模拟算法,计算任意地形条件下地下密度异常体在地表所引起的重力响应。研究结果表明,在任意复杂地形影响下,经过有限元地形校正后,重力响应曲线可更加直观地反映出地下密度异常体赋存状态,与模型设置相符,表明了该方法的有效性。     

基于OpenMP的重力张量并行正演

重力张量是重力位的二阶空间导数,对密度体的变化和细节部份反映更为灵敏.对于复杂的重力密度模型来说,张量的解析公式是很难推导的.为了模拟这种情况,将复杂模型进行有限元剖分,计算每个单元的重力异常对测点张量的影响,最后叠加得到整个复杂模型在测点处的重力张量.采用Delaunay四面体非结构化网格对密度体进行剖分,经分析表明,这种剖分方式具有较高的精度.有限元剖分的方式拟合复杂形体缺点之一是计算量比较大,而并行化能有效解决这个问题.这里基于OpenMP并行模型编写了重力张量并行正演程序,分析了不同情况下并行的执行性能,为大规模复杂模型的重力张量正演提供了一种并行策略和思路.     

台阶(断层)模型重力异常正演计算的一种新算法

传统的台阶模型重力异常正演公式会随着台阶倾斜面与水平面夹角的变化而产生畸变现象。为克服这一局限性,在前人推导台阶模型重力异常正演表达式的基础上,重新对台阶模型重力异常正演公式进行了理论推导,得出全新的台阶模型重力异常正演公式,并证明传统公式仅为新公式的特殊情况。模型实验证明新的正演公式有效克服了传统正演公式产生畸变的问题。     

基于DCT有限元二维重力张量的正演

介绍了国内、外张量测量技术及数据处理技术的发展情况。把离散余弦变换与有限单元方法结合起来,进行重力张量的正演计算。首先,利用有限单元法求解重力场的一阶导数,然后利用离散余弦变换求解重力张量分量。这样既保留了有限单元法对复杂模型的正演优势,又避免了利用有限元法直接求解重力张量时,因多次插值引起的数据量过大的问题。模型试验证明,用基于DCT的有限元法进行重力张量的正演,不但具有很高的计算精度,而且相对于利用有限单元法直接正演,其计算速度得到了显著的提高。     

基于Gauss-FFT技术高精度三维磁异常ΔT正演

三维磁异常傅里叶正演,能够计算整个场源区域内与磁化率分布网格一致的三维磁异常。通过三维傅里叶变换推导了长方体三维磁谱表达式,当源体埋藏较深或者位于反演区域边缘时,标准FFT正演异常场由于强制周期化,边界震荡等原因,使得正演结果发生较大的畸变,为了减少标准FFT算法引起的误差,引入了3DGauss-FFT技术用于三维磁异常频率域正演。通过简单的模型正演验证,从计算时间、计算精度以及内存需求上与空间域算法及标准3DFFT算法进行比较,结果表明,3DGauss-FFT磁异常正演相比于标准FFT算法在计算精度上有很大提升,显著降低了标准3DFFT由于自身缺陷引起的误差,且在运行时间上,4点3DGauss-FFT磁异常正演算法相对于空间域算法降低了三个数量级,但内存需求有所增加,证明了3DGauss-FFT正演方法在磁异常正演方面的高效性以及准确性。     

任意密度分布复杂地质体重力异常快速三维正演方法

解决任意密度分布复杂地质体重力异常三维正演快速、高精度计算问题,是实现重力三维反演、人机交互解释建模的关键。针对该问题,从积分方程出发,提出一种波数域重力异常三维正演方法,其关键环节包括三个方面:(1)将研究区域剖分成许多规则小棱柱体,每个小棱柱体密度值可以任意给定,以此刻画任意密度分布和起伏地形条件下的复杂地质体;(2)给出一种新的高精度均匀棱柱体重力异常二维波数域的计算公式,用于计算组合棱柱体模型的重力异常;(3)采用Gauss-FFT法将重力异常从波数域转换到空间域,保证计算效率的同时,有效克服了传统FFT法引起的边界效应问题。模型算例检验结果表明,该算法计算速度快、精度高,对于剖分为百万个棱柱体的模型,耗时只需几秒。     

复杂模型的大地电磁测深无单元法正演模拟

无网格方法是伴随着工程计算领域的深入发展而应运而生的一种新兴数值计算方法,作为有限元等传统方法的补充和发展,在近十几年里得到了广泛的关注。本文将无单元Galerkin法(EFGM)应用到二维大地电磁正演模拟中,推导了对应无单元法的等价线性方程组,采用滑动最小二乘法构造形函数,本质边界条件采用罚因子法处理,编制了对应EFGM的程序,通过一维层状模型验证了算法的正确性,通过倾斜接触面大地电磁模型的计算和分析,验证了无网格法计算复杂模型便利的特点,对于地下倾斜低阻异常体,TM模式能较好的反映异常体的产状,而TE模式则不能反映。对于地下倾斜高阻异常体,TM、TE模式均不能反映出其产状。     

复杂形体重力场、梯度及磁场计算方法

在改进均匀多面体重力场正演公式基础上, 利用二阶张量的坐标变换实现对多面体重力场梯度的求解, 推导了新的多面体重力梯度和磁场的正演公式, 给出了新的统一的均匀多面体重力场、梯度及磁场正演表达式形式, 并用理论模型进行了检验.同时, 应用新的多面体重力场梯度正演公式推导出新的长方体重力场垂直梯度理论表达式.本文给出的均匀多面体重力场、梯度及磁场正演表达式形式统一, 重磁场联合正演中可相互利用其计算过程中的结果, 避免重复计算以提高正演计算效率.      

基于深度神经网络的重力异常反演

为解决传统线性反演方法容易陷入局部极小,计算效率低等问题,本文提出了一种基于深度学习的重力异常反演方法.该方法首先构造不同形状的二维密度模型,正演得到重力异常,组成数据集;然后用该数据集训练深度神经网络;最后将重力异常数据输入到训练好的深度神经网络,直接得到反演结果.实验结果表明,该方法能快速、准确地反演出地下异常体的...     

利用实测重力垂直梯度反演长白山地区一剖面的深部构造

针对重力梯度高分辨率的特点,利用在长白山地区实测的重力垂直梯度数据,采用梯度空间参量图反演其深部构造。台阶模型试验表明: 重力梯度空间参量图能给出构造倾角和倾面的信息,结合重力梯度剖面和梯度空间参量图可以构建出地下构造的几何模型,进而对一些复杂构造进行解释。通过对比实测布格重力异常和实测重力梯度异常,重力梯度比重力异常的分辨率更高; 将梯度法应用到实测重力梯度数据的处理中,结果表明: 该方法对确定密度变化界面的水平位置和深度具有非常好的效果。     

复杂异常体模型下的三维MT倾子正演模拟

倾子对地下构造的电性不均匀性反映较灵敏,在大地电磁资料解释中可作为复杂构造的表征。本文在三维大地电磁有限元正演模拟的基础上,根据倾子定义推导出三维倾子计算公式,构建复杂异常体模型进行三维倾子正演模拟。研究表明针对多个异常体模型,倾子的各个分量均能反映出异常体的空间位置,倾子不仅能准确地反映出单个异常体的边界,且对多个异常体的边界反映也较准确,其中对低阻异常体反映较高阻异常体敏感,由此进一步了解了三维倾子资料特征和规律,为倾子资料的应用提供了理论依据。     

鱼群算法的重力密度异常反演方法

解的优化问题是重磁反演中比较重要的一个方面,近些年来出现了很多的优化算法,如遗传算法、粒子群算法等。这里将采用一种新型仿生优化算法,即人工鱼群算法(Artificial FishSchool Algorithm,AFSA)来进行密度反演。将研究区域划分成若干规则且密度均匀的长方体,由引力位推导出长方体外任意一点的重力异常公式,利用重力的可叠加性,计算出观测点的重力异常。并在给定长方体参数后,根据已知重力异常确定密度参数,利用人工鱼群算法寻求最优解。通过理论模型得出:当所反演的密度参数为"2"时,该算法效果十分明显;当所反演的密度参数较多时,该算法在使用方面有一定限制。