基于群体搜索的串行蒙特卡罗反演方法的并行算法(英文)

随着并行计算技术的发展,非线性反演计算效率在不断提高,但对于基于单点搜索的非线性反演方法,其并行算法的实现则是一个难题。本文将群体搜索的思想引入到基于单点搜索的非线性反演方法,构建了并行算法,以量子蒙特卡罗方法为例进行了二维地震波速度反演及实际资料波阻抗反演,并测试了使用不同节点数进行计算的效率。计算结果表明:该并行算法在理论和实际资料反演中是可行的和有效的,具有很好的通用性;算法计算效率随着使用节点数的增加而提高,但算法计算效率的提高幅度随着使用节点数的增加逐渐减小。     

地球物理反演的相邻算法：搜索参数空间

提出了一种新的非导数搜索方法，用于在多维参数空间中寻找可较好地拟合观测数据的模型，该方法与模拟退火和遗传算法同属一类，一般情况下，模拟退火和遗传算法是用于解决全局最优问题的。这里的目是寻找参数空间中对数据拟合较好域进行优先采样的模型集合，而不是寻找单一的最优模型（相关的文章涉及集合的定量评价）。新的搜索算法利用Voronoi单元的几何建造在参数空间引导搜索，这些单元是根据适当的距离标准定义的最临近区域，算法的概念是简单的，仅需两个调节参数，并且只使用数据的秩拟合准则，而不是数据值，这样避免了与数据失配函数缩放比例相关的一些困难，并能使用任意组合的数据拟合标准，通过不时地使用最相邻的计算代替正演模拟计算，也显示出了Voronoi单元是如何能增强任何现有直接搜索方法的性能的。通过对理论模型的地壳地震结构接收函数反演的应用，对新的直接搜索算法进行了解释，众所周知，这是一个非线性问题，线性化反演技术强烈地依赖于初始解，新的算法生成复杂的自适应搜索行为，据我们所知以前的算法不具有这种功能。     

叠前弹性参数一致性反演方法研究(英文)

常规叠前反演中,纵波速度、横波速度和密度三参数之间,在反演精度上存在明显的差异,"三参数"的一致性反演遂成为重要的研究目标。本文从导致它们精度差异的根源入手,提出了新的叠前反演算法和思路,通过合理的近似,构成参数间的互动和相互约束,使三个参数的反演精度得以同步提高。理论模型试算和实际资料应用表明,三个弹性参数均有较高的反演精度且保持了一致性,与理论模型和实际资料吻合。该方法具有较好的应用前景。     

重力密度界面反演方法研究进展

重力位场的界面反演是位场处理解释中的重要问题.本文针对重力密度界面的反演问题,较全面的介绍了一些有代表性的方法,包括空间域反演方法和频率域反演方法.重点阐述了当前占主流的频率域中的Parker-Oldenburg迭代方法,在此基础上讨论了重力密度界面反演目前存在的问题和以后的发展方向.     

重力数据3D密度成像中EXTR方法的各参数变化对反演结果的影响(英文)

Tikhonov正则化(TR)方法在重磁数据处理中发挥了重要的作用,本文在研究如何利用Tikhonov正则化方法方法解决重力数据3D反演的同时,深入讨论了可进一步提高拟合误差的Extrapolation Tikhonov正则化方法(EXTR)的原理,并就其参数选择方法及各参数对拟合误差、迭代次数及反演结果的影响进行研究。常密度及变密度组合模型试算结果表明,与TR方法相比,EXTR方法不仅可以达到解释人员设定的先验拟合误差水平,在计算时间及迭代次数相应增加的前提下有更高的拟合精度;同时其反演结果也更加紧致,进一步改善了TR反演结果的发散性;并且其反演数据范围更贴近预设模型参数范围,模型特征与预设模型密度分布吻合较好。     

基于密度模型稀疏表征的重力反演方法

重力反演是恢复地下密度空间分布的有效工具,而选择合理的密度模型约束方法是提升重力反演分辨率和可靠性的关键.常规约束方法大多是从剖分网格空间中的密度模型出发,通过调整光滑或稀疏约束权重来匹配反演目标,但当地质体类型多样、异常分离不准确及网格剖分方案不合理时,模型约束的合理性与灵活性难以得到有效保证.为此,本文提出了一种基于密度模型稀疏表征的重力反演方法.首先假设待反演的密度模型表征为模型特征矩阵和稀疏分解系数的线性组合,之后重新推导了重力反演目标函数,并给出了分解系数的稀疏求解过程.相比现有重力反演方法,用于构建模型特征矩阵的特征模型可包含不同类型地质体的先验几何信息,分解系数的稀疏性保证了待反演目标来自于最典型的地质模式组合.最后,通过模型试验及实际资料验证了基于密度模型稀疏表征的重力反演方法的有效性.

     

依据密度分布频率特性的重力反演方法研究

Three-dimensional gravity inversion based on the mass property model is very popular in recent years. The time and efficiency of inversion algorithms is relative to the magnitude of the target mesh. One approach is to search over the entire solution space for a more refined result. However, the inversion will be difficult with the increased parameters in the large search space and the number of computations increases exponentially. ｜n this paper, we propose a novel approach based on the frequency characteristics of the density distribution over the mesh. The purposes of our study are to reduce the parameters of three- dimensional gravity inversion and to lighten the image quality of the inversion result. The results show that the new method can expedite the inversion processing and get a better geological interpretation than tradition methods.     

基于优选延拓的重力异常分离方法及其应用(英文)

本文在Pawlowski优选延拓思想的基础上,提出了在深源长波长信息和浅源短波长信息互不相关、延拓高度足够大的前提下,基于优选向上延拓算子的重力异常分离方法与步骤,通过分析理论模型重力异常分离算子的频率响应随不同延拓高度的变化规律,给出了估计最佳延拓高度的办法.利用本文方法对某铁矿区实际重力异常进行处理,有效地分离出了区域异常和局部异常,异常分离效果好.     

碳酸盐岩孔隙结构参数构建与储层参数反演(英文)

碳酸盐岩储层孔隙结构相对碎屑岩更复杂,常用的岩石物理模型不能较好的描述其孔隙结构的变化规律,且岩石孔隙结构的差异较大程度上会影响岩石的弹性性质。本文首先利用岩石薄片分析了碳酸盐岩的微观孔隙结构。然后基于Gassmann方程和Eshelby-Walsh椭球包体裂缝理论,在合理的假设前提下给出了一种新的岩石物理建模方法,并且从中提取了一个参数来表征孔隙结构的变化规律。最后,基于全波列测井数据,我们利用该方法计算了单井的孔隙度,并与用常规方法预测的结果进行了比较,同时进行了地震储层参数反演。研究结果表明,孔隙结构对岩石的弹性性质的影响较大,且新的建模方法预测的孔隙度误差仅为0.74%。因此,该方法可有效的减小孔隙结构对计算各岩石弹性参数的影响并提高孔隙度的预测精度。     

基于约束三维重力反演的南极大陆地壳密度结构研究

地壳密度是表征其物质组成以及结构特征的一个基本参数,是深入理解构造演化、地球动力学等问题的重要基础.本文利用最新发布的布格重力异常数据,以现有的三维S波速度模型、地表热流以及岩石学数据作为约束条件,采用引入深度加权函数的三维重力反演算法,获取了南极大陆三维精细密度结构模型.研究结果显示,南极大陆地壳尺度范围内密度异常在-0.25~0.20 g·cm^-3之间.大致以南极横断山脉为界,受中生代与新生代多期拉张活动的影响,西南极上地壳密度异常以低值为主,与东南极克拉通的高密度异常呈现明显对比关系.通过对比发现,反演的密度结构与岩石圈强度信息存在较好的相关性.进一步分析西南极裂谷系统的密度结构与岩石圈强度,认为受新生代拉张活动和岩浆活动影响的局部地区除外,热沉降作用很可能使得地壳趋于冷却.此外,西南极的低密度特征延伸到南极横断山脉,结合现有的研究结果认为可能需要多种机制来解释南极横断山脉的隆升过程.

     

波动方程参数反演方法研究进展

根据波场信息重建波动方程系数项是地球物理反演中一个重要研究方向.波动方程参数反演方法按照求解方式的不同,可以分为直接反演方法、迭代反演方法、搜索类反演方法、混合优化反演方法和联合反演方法.目前发展的参数反演方法多数都处于理论计算阶段.研究能求解实际地震资料的参数反演方法具有重要意义.为取得可靠的反演结果,信息的转化开发...     

变密度声波方程多参数全波形反演策略

多参数全波形反演中各参数之间的相互耦合增加了反演的非线性程度.通过分析各参数之间的相互影响,提出合理的多参数反演策略是解决该问题的有效途径.本文从变密度声波方程出发,首先研究了密度在速度反演中的重要作用,然后分析了速度对密度反演的影响程度,进而提出了一种有利于速度、密度分步联合反演的策略.第一步,利用给定的初始模型对速度、密度进行同时反演,得到比较可靠的速度反演结果;第二步,利用第一步反演得到的速度和给定的初始密度作为初始模型,继续进行双参数同时反演,这样可以同时得到比较可靠的速度、密度反演结果.为了进一步提高反演精度,将第二步反演得到的速度、密度作为初始模型,再进行下一轮双参数联合反演.二维理论模型实验结果充分说明了本文提出的这种反演策略的有效性.     

重力和形变资料联合反演地壳密度时间变化的一种方法

基于单层位理论，利用动态大地测量基本方程，选取Ｂｊｅｒｈａｍｍａｒ虚拟球作球近似同时将地面观测数据δｇｔ（重复重力）和δＨｔ（重复水准）等解析延拓至Ｂｊｅｒｈａｍｍａｒ球面上，得到求解地壳内部密度时间变化及相关重力位场时间变化的一组公式，并给出了相应的迭代求解方法。     

基于UNet++卷积神经网络的重力异常三维密度反演

三维密度反演是地球物理领域的研究热点,而在大数据及人工智能发展的时代背景下如何快速高效地实现重力数据反演显得更为重要.传统反演方法通常需要存储大型系数矩阵,内存占用大,耗费时间长,同时为约束反演结果而加入的正则化约束项参数难以确定;深度学习可以不依赖先验信息,也不需要计算及存储系数矩阵,使得计算效率大大提高.基于此,本文提出了一种基于UNet++网络的重力异常反演方法.首先将UNet++网络中部分参数进行更改：选择在输入数据绝对值较大时梯度更稳定的LeakyReLU作为激活函数;加入了Batch Normalization层,增强了网络的收敛速度及稳定性.然后为了提高网络的全局最优化能力,引入了基于余弦退火的学习率更新策略,使用梯度的一阶以及二阶矩估计的Adam最优化算法,利用数据集与标签集进行网络训练,实现了重力异常的三维密度反演.通过实验验证了UNet++、LeakyReLU更快速稳定的收敛能力,而余弦退火学习率更新策略具有更强的全局寻优能力.含噪模型实验及实际数据反演结果进一步证明该方法的正确性和有效性,及其良好的泛化能力与抗噪能力.

     

青藏高原地壳三维密度结构的重力反演

在阻尼最小二乘法的基础上,提出了利用重力进行三维密度反演的选权拟合法,并利用密度分布的特点构造了约束权矩阵.为了改善单一重力反演的非唯一性,利用地震面波层析成像资料进行约束,得到了青藏高原不同深度高分辨率三维密度异常分布图.反演结果显示,青藏高原地壳内密度很不均匀,不同块体具有不同的密度异常特征,拉萨和羌塘地体为低的负密度异常区,松潘-甘孜地体东部存在较低的负密度异常区,塔里木盆地存在较高的正密度异常区.从中部到东部,上地壳物质存在差异,而下地壳物质存在一定连续性.     

随机地震反演关键参数优选和效果分析(英文)

随机地震反演技术是将地质统计理论和地震反演相结合的反演方法,它将地震资料、测井资料和地质统计学信息融合为地下模型的后验概率分布,利用马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法对该后验概率分布采样,通过综合分析多个采样结果来研究后验概率分布的性质,进而认识地下情况。本文首先介绍了随机地震反演的原理,然后对影响随机地震反演效果的四个关键参数,即地震资料信噪比、变差函数、后验概率分布的样本个数和井网密度进行分析并给出其优化原则。资料分析表明地震资料信噪比控制地震资料和地质统计规律对反演结果的约束程度,变差函数影响反演结果的平滑程度,后验概率分布的样本个数决定样本统计特征的可靠性,而参与反演的井网密度则影响反演的不确定性。最后通过对比试验工区随机地震反演和基于模型的确定性地震反演结果,指出随机地震反演可以给出更符合地下实际情况的模型。     

贝叶斯同化重力反演方法构建龙门山地壳密度模型

重力异常对地壳横向密度变化敏感,而无约束重力反演得到的密度模型其垂向分辨能力往往不理想.为了改善反演结果的垂向分辨率,本文参考已有先验分层模型,基于贝叶斯原理,提出了一种重震联合反演的新策略,可实现多种参考模型和复杂加权参数条件下的最大后验概率估计.理论模型测试结果表明,对于深度加权、多参考模型约束等多种问题,本文提出的新方法都可以稳健地获得最优化的模型参数.本文同时以中国地震科学台阵在龙门山地区及周边的一维接收函数分层模型和地震层析成像结果为参考,通过此方法对该区的重力异常进行反演,获得了该区的高精度三维密度结构,其水平分辨率优于10 km,垂直分辨率优于5 km.结合四条通过汶川和芦山地震震中的剖面进行分析后发现,反演得到的密度结构模型在过强震震源区位置横向变形显著,其揭示的分层地壳结构和变形模式与地表已知断裂构造具有相关性.本文提出的重震联合反演新策略,可为研究潜在强震风险源区的地壳结构和物性特征提供有效的科技方法支撑.

     

基于地质统计先验信息的储层物性参数同步反演(英文)

本文提出的储层物性参数同步反演是一种高分辨率的非线性反演方法,该方法综合利用岩石物理和地质统计先验信息,在贝叶斯理论框架下,首先通过变差结构分析得到合理的变差函数,进而利用快速傅里叶滑动平均模拟算法(Fast Fourier TransformMoving Average,FFT-MA)和逐渐变形算法(Gradual Deformation Method,GDM)得到基于地质统计学的储层物性参数先验信息,然后根据统计岩石物理模型建立弹性参数与储层物性参数之间的关系,构建似然函数,最终利用Metropolis算法实现后验概率密度的抽样,得到物性参数反演结果。并将此方法处理了中国陆上探区的一块实际资料,本方法的反演结果具有较高的分辨率,与测井数据吻合度较高;由于可以直接反演储层物性参数,避免了误差的累积,大大减少了不确定性的传递,且计算效率较高。