基于全局光滑约束的地磁测深C-响应估计

地磁测深C-响应,包含着地球内部结构的导电信息,因此获得高质量的C-响应估计对于揭示地球内部准确的电性结构至关重要,为此本文提出一种计算地磁测深C-响应的新思路.不同于以往单个频点估计办法,新方法基于相邻频率C-响应连续光滑的特性同时估计所有频率的C-响应.首先,根据求取C-响应的Z/H方法,由观测的Hr和Hθ构造估计C-响应的线性方程组;为了增强方程组求解的稳定性,克服噪声影响,要求估计的C-响应满足光滑性条件,从而将无约束的C-响应估计转化为阻尼最小二乘理论的C-响应估计优化问题.合成数据和实际台站数据的测试结果表明,光滑约束优化技术能比传统的逐频求取方法得到更加合理和连续的响应曲线;虽然正则化参数的选择对C-响应估计的结果有明显影响,但通过L-曲线和V-曲线确定的最优正则化参数可以在保证数据真实性的前提下获得最佳的C-响应估计.基于全局光滑约束获得的C-响应为提高反演结果的可靠性奠定基础,为利用更多台站的C-响应获得高分辨力的地球深部电性结构提供了技术支持.     

基于自参考方法求取地磁测深响应函数

地磁测深是了解地球深部结构的一种有效手段.为了进行地磁数据的反演,通常将地磁台站记录的时间序列磁场信号转换为C-响应函数.三维地磁测深反演结果的分辨率与地磁台站的分布和C-响应的质量密切相关.稀疏的国际地磁台站直接导致全球三维反演结果分辨率较低.中国地区拥有世界上相对较密的地磁台阵.充分利用地磁观测数据,提高响应函数质...     

拉萨台地磁资料的深部电性反演

本文分析了拉萨台长周期成分的感应尺度Ｃ值。周期范围从０．３－６７ｄ，超过两个量级。用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法对所得的Ｃｒｅ（Ｔ）和Ｃｉｍ（Ｔ）结果进行反演计算，反演结果给出了深部电导率结构可能的多解范围和最佳拟合的电性模型。所谓最佳拟合是指目标函数值最小的一种拟合。     

全球地磁感应测深数据三维反演

全球地磁感应测深能获得地幔转换带及下地幔上部的导电结构.但目前稀疏的地磁台站分布及部分台站的观测数据稳定性较差,影响了三维反演对地下电性结构的分辨力和反演可靠性.为此,区别于传统的L2-范数反演方法,本文提出并实现了基于L1-范数的地磁测深响应三维反演技术.在反演中,利用L1-范数度量数据预测误差,降低"飞点"数据的影响,将相关系数较小的C-响应估计也纳入反演数据中.三维正演模拟采用球坐标系下的交错网格有限差分法,反演采用有限内存拟牛顿法.文中利用指数概率密度分布函数构造非高斯噪声的合成数据,并采用棋盘模型对反演方法的可靠性进行了验证.之后,我们将本文提出的三维反演方法用于全球129个地磁观测台站的C-响应数据反演,结果表明在地幔转换带深部,中国东北地区为高导电异常,南欧和北非则均为高阻;夏威夷在900 km以下为高导;菲律宾海及以东地区在转换带表现为明显的高阻,这些结果与前人研究结果一致.由于采用了更多的台站数据,我们的反演结果还发现一些新的异常：南美洲南端,转换带表现为明显的高导;澳大利亚东南部,地幔转换带深部,也存在一个明显的高导异常,这些异常分布和地震层析成像的低速区一致.因此,L1-范数三维反演能够充分利用全球C-响应数据信息,提高地磁测深对地球深部电性结构的分辨能力,更好的研究全球地幔电性结构.     

大地电磁全张量响应的一维各向异性反演

目前大地电磁(MT)测深资料反演主要基于各向同性介质,但随着MT实际应用的需要,各向异性研究已逐渐引起关注.我们采用广泛应用的广义逆法对一维MT水平层状各向异性介质模型反演进行了探索性研究,并实现了MT全张量响应(即所有的阻抗张量的视电阻率和相位)的一维各向异性反演.理论模型试验表明,无论理论观测值中是否含有噪声,这种方法都能够较好地恢复真实模型,验证了其正确性和有效性.将此方法用于MT实测资料时,能够同时拟合4对视电阻率和阻抗相位曲线,说明本方法可以用于实测资料的处理解释,具有一定的实用价值.     

利用数值积分提高一维模型电偶源电磁测深响应计算精度

讨论了直接利用数值积分提高电偶源电磁测深响应计算精度的方法．具体为对Hankel积分进行直接积分，结合连分式展开方法以提高积分求和的收敛速度．利用该方法对均匀半空间和层状(两层)模型的电磁测深响应进行了模拟，结果表明与常规的快速Hankel滤波方法相比，采用直接数值积分能明显提高电偶源频率测深响应计算精度．从而为获得高精度瞬变测深晚期响应提供算法基础．     

电测深曲线的遗传算法反演

电测深曲线作为地下介质电阻率和深度的非线性函数,其解具有高度的非唯一性．常规的基于局部线性化的最优化反演方法易使解估计陷入局部极大值中,而且严重地依赖初始模型的选择．遗传算法作为一种全局最优化方法,对初始模型的依赖性大为减弱,且不易陷人局部极大值之中,从而能有效地解决这类非线性最优化问题．本文首次将遗传算法用于电测深解释并对实测曲线进行反演,效果很好,显示了遗传算法独特的优越性．     

电测深曲线的遗传算法反演

电测深曲线作为地下介质电阻率和深度的非线性函数，其解具有高度的非唯一性．常规的基于局部线性化的最优化反演方法易使解估计陷入局部极大值中，而且严重地依赖初始模型的选择．遗传算法作为一种全局最优化方法，对初始模型的依赖性大为减弱，且不易陷人局部极大值之中，从而能有效地解决这类非线性最优化问题．本文首次将遗传算法用于电测深解释并对实测曲线进行反演，效果很好，显示了遗传算法独特的优越性．     

电测深曲线的遗传算法反演

电测深曲线作为地下介质电阻率和深度的非线性函数，其解具有高度的非唯一性．常规的基于局部线性化的最优化反演方法易使解估计陷入局部极大值中，而且严重地依赖初始模型的选择．遗传算法作为一种全局最优化方法，对初始模型的依赖性大为减弱，且不易陷人局部极大值之中，从而能有效地解决这类非线性最优化问题．本文首次将遗传算法用于电测深解释并对实测曲线进行反演，效果很好，显示了遗传算法独特的优越性．     

The inversion of the data of magnetotelluric sounding and electromagnetic frequency sounding with horizontal electric dipole

On the basis of the dispersion relation of magnetotelluric response functions (MTRF), a filter coefficient algorithm has been made, with which the corresponding impedance phase data can be estimated using a set of apparent resistivity data. The tests of theoretical models and observed magnetotelluric (MT) data show that this algorithm is effective. Comparing the impedance phase estimated using dispersion relation with the observed phase, it can be checked whether the dispersion relation between the observed apparent resistivities and phase data was satisfied. The use of phase data corrected using the dispersion relation in the joint inversion for MT impedance is advantageous to obtain more reliable inversion results. The problems on the one-dimensional joint inversion for the (MT) apparent resistivity and the apparent resistivity of the frequency electromagnetic sounding (FEMS) with horizontal electric dipole, whose observed frequency bands are linked up each other, are studied. The observed data of two kinds of electromagnetic (EM) methods at two sites are used to inverse, the comparison with the drilling data show the results are more reliable. To supply the phase data of FEMS using the dispersion relation, for the apparent resistivity-phase data and impedance real part-imaginary part apparent resistivities of two kinds of EM methods the imitated MT joint inversions are made, and more similar results also are obtained. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,15, 91–96, 1993. The projects sponsored by the Chinese Joint Seismological Science Foundation.     

基于Matlab的一维电测深正反演可视化软件设计

基于Matlab设计一款一维电测深正反演可视化软件,主要包括正演拟合、直接反演和影响系数计算等功能。该软件界面简洁友好,反演速度快,结果误差小。该软件的使用,可为科研工作提供更加可靠的电性结构模型。     

4-D inversion of DC resistivity monitoring data acquired over a dynamically changing earth model

Geophysical monitoring is used principally to interpret the locations and amounts of ground condition changes. To achieve these objectives, differences are computed and examined using time-lapse images calculated under the time-invariant static assumption, that any material property changes during the data measurement can be practically ignored. These monitored data, however, can be contaminated with noise and frequently generate false anomalies of ground condition changes. Furthermore, the assumption of the static model can be invalid if the material property changes significantly during data acquisition. To alleviate these problems, we developed a new least-squares inversion algorithm that allows for the subsurface properties to continuously change in time. We define the subsurface structure and the entire monitoring data in the space–time domain, allowing us to obtain a four-dimensional space–time model using just one inversion process. We introduce the regularizations not only in the space domain but also in time, resulting in reduced inversion artifacts and improved stability of the inverse problem. We demonstrated the performance of the proposed algorithm through numerical experiments that assumed several scenarios of ground condition changes and data acquisition sequences. Finally, the applicability to field data was proven by applying the developed algorithm to the monitoring data of crosshole resistivity tomography jointly performed with a dye tracer flooding experiment. This experiment had a small enough scale that we could not ignore the change of material properties during the data measurement.     

基于MPI并行算法的电阻率法多种装置数据的三维联合反演

由于地表电阻率法受到浅地表局部异常体的干扰,反演精度受到影响,井中装置数据资料参与反演虽然可以减小浅地表局部异常体的干扰,但是由于钻井位置的局限性,数据量得不到保障,也会导致反演精度降低.为此,本文开发了一套结合地表、地-井、井-地和井-井装置数据的三维联合反演算法.首先,利用有限差分法实现正演模拟,采用非线性共轭梯度法（NLCG）恢复电阻率结构;其次,调用Message Passing Interface（MPI）函数库加速正演模拟和灵敏度矩阵运算,当开辟12个进程时,反演程序获得最大加速比4.51;最后,通过合成数据和实测数据算例证明该反演算法的有效性,也证实了多种装置组合数据体反演结果明显优于单一地表装置数据体反演结果.

     

L1范数约束被动源数据稀疏反演一次波估计

对于被动源地震数据,运用常规的互相关算法得到的虚拟炮记录中,不仅含有一次波反射信息,还包括了表面相关多次波.然而,通过传统的被动源数据稀疏反演一次波估计(EPSI)方法,可以求得只含有一次波,不含表面相关多次波的虚拟炮记录.本文改进了传统的被动源数据稀疏反演一次波估计问题的求解方法,将被动源稀疏反演一次波估计求解问题转化为双凸L1范数约束的最优化求解问题,避免了在传统的稀疏反演一次波估计过程中用时窗防止反演陷入局部最优化的情况.在L1范数约束最优化的求解过程中,又结合了2D Curvelet变换和小波变换,在2D Curvelet-wavelet域中,数据变得更加稀疏,从而使求得的结果更加准确,成像质量得到了改善.通过简单模型和复杂模型,验证了本文提出方法的有效性.     

庐枞矿集区矾山-将军庙地区AMT三维反演及地质结构解释

庐江-枞阳矿集区是长江中下游成矿带内的一个重要的多矿种成矿区.为揭示矾山-将军庙地区的地质结构以指导找矿,首先,在庐枞矿集区北部的矾山-将军庙地区开展了三维音频大地电磁数据采集工作,采用Rhoplus方法进行AMT数据死频带校正保证数据质量,利用相位张量分析地下介质的维性特征;其次,利用模块化三维反演并行代码ModEM开展了实测数据的三维反演,获得了一个典型的具有双层结构特征的火山岩盆地三维地下电性模型;最后通过电性模型及其他地质资料的综合解释,依据反演模型中近地表的低阻层和深部的高阻隆起区,分别勾画出了火山岩地层的厚度和深部侵入岩的分布范围,并在小岭地区发现地表浅部下方存在一个含矿次级火山机构的高导体.     

南海海盆三维重力约束反演莫霍面深度及其特征

利用南海海盆及周边最新的重力,经过海底地形、沉积层的重力效应改正,并采用岩石圈减薄模型的温度场公式,校正了从张裂边缘到扩张海盆的热扰动重力效应.通过研究区的地震剖面和少量声呐数据得到的莫霍面深度点作为约束,采用基于"起伏界面初始模型"的深度修正量反演迭代公式,反演、计算了研究区的莫霍面深度及地壳厚度.结果表明,海盆区莫霍面深度在8~14 km之间,地壳厚度在3~9 km之间;东部海盆和西南海盆残留扩张中心沿NNE向展布向西南延伸至112°E,莫霍面深度超过12 km,地壳厚度在6 km以上,而西北海盆没有明显的增厚扩张中心;在西南海盆北缘的中沙地块南侧,存在一个近EW向地壳减薄带,地壳厚度在9~10 km;莫霍面深度14 km的等深线和地壳厚度9 km的等值线可指示洋陆边界位置.     

地形起伏对基于地震波形的浅源地震深度反演影响——以2017年9月3日朝鲜M6.3事件为例

震源深度是核试验以及塌陷等浅源地震研究中的关键参数,可以为事件成因分析提供关键信息.然而朝鲜核试验区域地形起伏较大,地形效应可能对震源深度反演的结果造成影响.本文基于理论地震图进行测试,研究了地形起伏对震源深度反演的影响.发现震源深度小于2km时,不考虑地形影响,反演得到的震源深度会系统偏浅0.2km左右.然后利用MDJ2速度结构模型,我们反演了2017年9月3日朝鲜M6.3事件的震源参数,结果显示震源深度约为0.8km.进一步基于带地形的格林函数重新反演了该事件的震源深度,发现在1km处波形拟合结果较好.不同速度模型测试结果显示该事件的震源深度反演误差约为1km.案例研究表明,基于层状均匀速度模型,利用区域地震波形资料反演的震源深度可以为浅源事件成因分析提供关键约束.