惩罚函数法在磁异常解释中的应用

近年来,在物探资料推断解释过程中不断引入一些最优化反演算法.无约束最优化算法往往因为多解性,效果一般都不太好.所以最近在地球物理反演理论方面,已逐渐注意研究在约束条件下的最优解问题.常用的数学工具是线性或非线性规划(带约束)方法,本文着重讨论其中的惩罚函数法,并把它引入磁异常模型和实例的反演计算.计算结果表明,它确能减少反演解的多解性,比一般无约束方法能取得更有意义的结果.     

地球物理反演

地球物理反演是近年来发展很快的地球物理学中利用地球表面及钻孔中观测到的物理数据,推测地球内部介质物理参数分布和变化的新方法。地球物理研究一般分为资料采集、处理和解释三个环节,地球物理反演是地球物理资料定量解释的理论和算法基础,也是地球物理资料处理技术的基础之一。在本世纪70年代以前,地球物理资料的定量解释从属于各种单一的观测方法,没有形成适用于各种地球物理方法的统一的反演理论。60年代末至70年代     

粒子群算法在磁测资料井地联合反演中的应用

粒子群优化算法是一种新兴的高效并行优化算法,目前被广泛应用于各领域,但在地球物理反演中很少运用.磁测资料井地联合反演是结合井中与地面磁测数据的各自优势,进行地球物理反演的一种新方法.笔者以立方体为模型,通过理论模型试验和大冶危机矿山实例,将粒子群优化算法运用于磁测资料井地联合反演,取得了比较好的效果,不仅验证了粒子群算法在地球物理反演中的可行性,而且也论证了井地联合反演的优越性.     

大气廓线物理反演的最优化方法进展

从最优化数学理论角度对大气廓线物理反演以及卫星辐射率资料直接同化中的最优化算法进行了回顾。分析了各种方法的优点和缺点、联系和差别。总结了卫星大气遥感反演问题的求解思路。对大气廓线反演研究中几种主要的目标函数和寻优策略进行了分析,着重分析了目前作为各数值预报中心和卫星数据处理中心业务数值产品核心算法的牛顿非线性迭代法的不足之处,并对其改进途径进行了探讨。引入了Levenberg-Marquardt方法及信赖域方法用于大气廓线反演,使反演算法的收敛性质得到改善。     

大地电磁与地震反射波走时数据二维联合反演

由于地球物理反演存在固有的多解性问题,如何减小多解性,提高地球物理方法反演结果的可靠性和准确性是当今地球物理领域研究的热点。为了减小大地电磁与地震反射波走时资料反演的多解性,在Gallardo和Meju研究的交叉梯度理论的基础上,实现大地电磁与地震反射波走时数据的二维联合反演算法;设计理论地电模型和速度模型进行合成数据的单独反演和联合反演试算,并验证大地电磁和地震反射波走时数据二维联合反演算法的正确性和有效性。反演结果表明,利用交叉梯度方法耦合大地电磁电阻率参数和地震波速度参数能使联合反演过程中的这两个模型在更新的时候相互约束,联合反演结果比单一反演结果更接近真实模型,从而使反演结果更可靠,减少了反演解的多解性。     

改进的蚁群算法及其在南岭地区花岗岩侵入体探测中的应用

蚁群算法（ACO）主要应用于组合优化问题（COPs）,很少应用于地球物理重磁资料物性反演。首先,对蚁群系统中目标函数值与信息素的映射机制进行改进。理论模拟表明,改进后的Gauss模型在收敛速度和反演精度方面比传统的ant-cycle模型要好,适用于重磁资料物性反演。然后,将蚁群算法应用于南岭地区千里山岩体和九嶷山岩体重力资料反演与解释。结果表明:蚁群算法圈定的花岗岩岩体与地面地质填图结果及大地电磁测深反演结果吻合,较好地控制了千里山岩体和九嶷山岩体的深度和形状。该结果可为研究南岭地区花岗岩侵入模式和多金属成矿规律提供参考。     

地球物理反演中的差分进化算法

为避免传统线性反演过程中极度依赖初始模型的选取、易陷入局部最优解的问题,在综合研究现有地球物理非线性反演方法的基础上,引入了非线性领域群体智能算法—差分进化算法,并以电测深方法为例,建立起了差分进化算法的非线性反演模型,通过对所建模型试算及实测数据验证,证实该方法具有反演速度快、精度高等优点,并可推广应用于二维或三维电测深反演理论之中。最后将该算法在内蒙古某多金属矿勘查中进行了实际推广,取得了较好的效果。     

二维航磁异常无约束最优化反演

一、简述利用计算机对物探数据进行自动反演,具有拟合速度快,人为因素少等优点。采用无约束条件下求目标函数极小值的最优化方法,如变尺度法、共轭梯度法、马奎特法等,己广泛用于物探数据自动化解释中,并取得了良好的效果。由于多参量解的等效性与多解等特点,在无约束条件下,初始参量不准确时,其解收敛慢,甚至不收敛,或误差较大,影响了它的应用效果;而有约束条件的求解,由于约束条件的存在,往往是十分困难的,必须求助于特殊的方法。本文探讨了在二维空间域航磁异常的反演解释中,通过引进辅助变量的方法,将地质和地球物理约束条件,代进新的解释变量中,使其成为无约束最优化反演问题,并用     

高频渐近散射理论及其在地球物理场数值模拟与反演成像中的应用——研究历史与研究现状概述以及若干新进展

为了对高频渐近散射理论及其在地球物理场数值模拟与反演成像中的应用有一个提纲挈领的了解,对与之有关的研究历史和研究现状进行了概述,并对近5年内笔者在这个领域中所取得的一些进展做了介绍。针对目前文献中所存在的一些问题,首先,对散射理论中的一些基本概念和基本公式进行了回顾,并对这些概念和公式的数学物理内涵进行了重申和强调;其次,对高频渐近散射理论的研究历史和研究现状及其在地球物理场数值模拟与反演成像中的应用成效进行了概述;再次,对近5年内笔者所取得的一些研究进展进行了介绍,其中包括对面积分方程的拟解析近似、广义Beam-Born（Beam-Rytov）型近似以及弱散射近似所引入的误差等等;最后,对高频渐进散射理论的自身发展及其在地球物理场数值模拟与反演成像中的应用前景进行了展望。无论是在历史上还是在现阶段,高频渐近散射理论在地球物理场数值模拟与反演成像中一直占有不可替代的地位,尤其是在反射地震偏移成像和全波形反演研究中更是如此。高频渐近散射理论的进一步发展依赖于对高频渐近Green函数的研究。随着相应研究的不断深入,高频渐近散射理论今后将会在地球物理场数值模拟与反演成像领域中发挥更大的作用。     

井地大地电磁非线性共轭梯度二维反演研究

本文提出并验证了地下大地电磁测深数据的正、反演算法和程序,为井地大地电磁测深和井地可控源音频大地电磁测深这一前沿研究课题提供了地球物理解释方法.使其更加完善和有效.在Rodi(2001)发表的大地电磁场二维NLCG反演理论和算法的基础上,推导了井地大地电磁场二维NLCG反演算法,改编反演的代码,开发出二维NLCG反演程...     

基于地下水数值模拟的地球物理反演解释优化方法研究

地球物理的多解性无处不在,面对这种情况我们往往结合地质资料来对反演结果进行合理的地质解释。然而在偏远地区地质、深部钻探资料非常缺乏,野外已有的井孔也往往难以获取岩性编录资料。当这些资料比较少时,反演结果依然存在难以解释或者不确定等问题。是否可以借助于地下水位与水质信息包含的地质体水力特性,来辅助地球物理反演过程？基于此思路探索了基于地下水模型的地球物理反演解释优化方法:以大地电磁法为实现手段,通过研究已知理想地质模型和多个基于反演结果解释得到的地质模型,建立地下水数值模型,对比地下水水流和溶质运移数值模拟结果,最终确定相对最佳地质模型。并通过敏感性分析验证了运用地下水数值模拟搜索相对最佳地质模型的可行性。     

应用地球物理数据处理与分析

从理论和方法技术两个角度讨论了应用地球物理学数据分析当前存在的问题,并对当前学科发展前沿的非线性反演问题进行了重点分析。笔者认为,当前这个领域主要存在８个理论问题,它们影响了学科的发展,同时还存在４个方法技术问题,限制了应用效果。由于从地球物理数据中提取信息和数据处理中不可避免地产生人造假象是相互矛盾的,当前的研究方向是“最大限度地从地球物理数据中提取信息的同时,有效地抑制人造假象”。主要的研究应集中在非线性技术与地球物理反演的结合部上,以开创非线性反演的理论体系。这个体系应突破正则化思维的束缚,引入非线性系统自组织、地球物理场的非线性属性等新概念,融信息科学、数理科学与地球科学为一体,为全球能源资源的勘查开发和环境监控服务。     

重磁3D物性反演技术在金属矿勘探中的应用

解反演问题是地球物理资料处理解释的主要环节.反演就是依据已获得异常特征,结合地质和其他资料,求解地下源体的空间位置、形状及物性特征参数.随着对地质体全方位精细结构研究要求的提高,重磁等反演技术已发展到3D反演阶段.重磁反演主要有两种方法,即形态反演(建立场源模型形态单元)和物性反演(构建物性模型单元).在物性模型构建中...     

重磁似二度体人机联作最优化反演方法

人机联作方法与最优化方法是重磁异常反演中常用的方法。利用人机联作进行反演,使用灵活、适应性强,物理意义明显、反演过程易于控制。最优化方法则是一种能够自动迭代、拟合精度较高的反演方法。我们将这两种方法联合使用,称为人机联作最优化反演方法。它具备了一般人机联作与最优化方法的优点,同时又弥补了它们各自的不足,简化了反演过程中数据准备工作。我们在利用该方法进行重磁资料反演时,通常在人机联作时给出初始地质体模型,通过调整模型参数,对实测异常拟合,其精度由人来控制,在这里所需要的是异常形态及其幅值的满足。然后由最优化反演过程进行自动迭代反演,从而得到拟合程度较好的反演结果。     

地震——大地电磁数据非线性联合反演方法研究

在地球物理数据广义线性联合反演方法的基础上，研究了地球物理数据非线性联合反演方法。对这两种方法的反演效果进行了比较、分析、得出了非线性联合反演方法比广义线性联合反演方法更优越的结论。还对解决迭代公式中数量级不一致的问题进行了论述。     

半航空瞬变电磁自适应正则化-阻尼最小二乘算法研究

反演问题一直是地球物理的重点研究问题之一。本文以长导线源半航空瞬变电磁为例,对时间域半航空数据进行一维反演研究。将自适应正则化(ARIA)反演方法和阻尼最小二乘(LM)反演方法相结合,提出一种改进的反演方法:自适应正则化-阻尼最小二乘(ARIA-LM)反演算法。本文选用三层理论模型对比阻尼最小二乘算法、自适应正则化反演算法与本文方法,并使用四层理论地层模型来验证算法的有效性和可靠性。结果表明:该算法在一定程度上对高阻分辨率增强,能有效提高反演的精度及稳定性。     

地震—大地电磁数据非线性联合反演方法研究

在地球物理数据广义线性联合反演方法的基础上，研究了地球物理数据非线性联合反演方法。对这两种方法的反演效果进行了比较、分析，得出了非线性联合反演方法比广义线性联合反演方法更优越的结论。还对解决迭代公式中数量级不一致的问题进行了论述     

JU变换方法及其在地球物理勘探中的应用

本文概述ＪＵ函数的建立，ＪＵ变换方法的定义、计算式，离散ＪＵ变换计算式等基本理论。为了说明方法的特点和正确性，本文列举了在应用地球物理勘探资料解释中的几个简单例子，并进行了变换处理计算。在这些实例中，不但能以显函数计算式的方法进行解反演问题，而且计算简捷，结果精确度高。由此可以看出，本方法在地球物理勘探资料解释中独具的特点和应用前景。     

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。     

重磁反演约束条件及三维物性反演技术策略

重磁资料反演与其他地球物理反演一样也存在严重的多解性,要想得到好的结果,必须附加约束条件,而且尽可能是各种约束的组合。三维反演中多解性更加严重,同时与约束的结合又更加艰难。非线性的广义随机算法使反演求解过程稳定,约束条件容易结合,但计算速度和维数困难同样制约其发挥作用,采取针对性措施后,使三维反演进入实用化阶段。