基于边缘计算的大地电磁法三维反演分布式计算实现

随着大地电磁法三维勘探及处理技术的逐步推广,导致数据计算量成倍增长,需要具备高性能计算能力的系统才能满足计算需要.提出基于边缘计算的理念,采用容器技术构建具备大规模计算资源池的分布式计算环境,实现了大地电磁法三维反演的分布式并行计算.基于松耦合的软件架构设计研发了大地电磁法三维反演分布式计算软件,实现了人机交互操作和反...     

大地电磁三维模型二维反演计算数值模拟分析

设计了多个1D/3D、2D/3D模型进行数值模拟分析,从模型三维响应和二维响应的差异大小和反演结果对比两个方面,分析了利用二维反演解释方法来逼近解释三维地质模型的适用性问题.分析结果表明:在异常体沿走向长度逐渐缩短的过程中,模型的三维特性逐渐增强,采用TM极化模式的二维反演结果基本保持不变,TE极化模式的二维反演结果逐渐产生畸变,表明TM极化模式对模型二维性的要求远远低于TE极化模式,TE/TM联合模式二维反演效果通常介于前两者之间,有时优于TM极化模式的二维反演结果.综合得出:一般条件下采用TM极化模式进行二维反演通常可以较好地重建原始模型,TE/TM联合二维反演结果在与TM极化模式反演结果整体电性特征相似的情况下,其对模型电阻率值的反演优于TM极化模式.     

3—D结构上大地电磁数据的2—D反演

大地电磁法及其发展－音频大地电磁法与可控源音频大地电磁法,已广泛应用于矿产,石油及地热资源勘探中。尽管所测量的结构是三维的,但通常所应用的仅是二维或一维解释。在本项工作中,我们探讨在三维结构以大地电磁合成数据的三维反演适用性。     

大地电磁测深反演技术有效性对比试验

设计了一个简单的三维模型:三维低阻异常体和高阻异常体位于一维层状介质模型中,以"十"字型和"米"字型观测剖面方式作为模拟方式,开展模型一维、二维、三维反演技术有效性对比试验,其中一维反演计算采用自适应正则化(ARIA)反演,二维反演计算采用非线性共轭梯度(NLCG)反演,三维反演计算采用REBOCC三维反演,将剖面下方不同的反演结果与原始模型进行对比分析,发现:在该模型条件下,一维和二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,REBOCC三维反演更偏向重建原始模型的宏观电性特征;在一维反演结果中,对于深部的电性结构特征,通常TE极化模式的反演结果好于TM极化模式,TE/TM几何平均值反演结果介于前两者之间;在二维反演结果中,通常TM极化模式的反演结果好于TE极化模式,TE/TM联合模式反演结果与TM极化模型相当,甚至更好;模型REBOCC三维反演相比一维、二维反演更易受反演结果多解性影响,REBOCC三维反演结果偏向重建原始模型的宏观电性特征。     

大地电磁法的1D无偏差贝叶斯反演

应用贝叶斯理论对一维(1D)大地电磁反演问题进行无偏差不确定度分析。在贝叶斯理论中,测量数据和先验信息包含在后验概率密度函数(PPD)中,它可以解释成模型的单点估计和不确定度等贝叶斯推断,这些信息的获取需要对反演问题进行优化求最优模型和在高维模型空间中对PPD进行采样积分。采样的完全、彻底和效率,对反演结果有着重要的影响。为了使采样更有效、更完全,数值积分采用主分量参数空间的Metropolis Hastings采样,并采用了不同的采样温度。在反演中,同时采用了欠参数化和超参数化方法,数据误差和正则化因子被当成随机变量。反演结果得到各参数的不确定度、参数间的相关关系和不同深度模型的不确定度分布。COPROD1数据的反演结果表明模型空间中存在双峰结构。非地电参数在反演中得到了约束,说明数据本身不仅包含地球物理模型信息(电导率等),还包含了这些非地电参数的信息。     

起伏地形大地电磁二维反演

为了适应地形起伏的实际地质情况,开展带地形的最小二乘二维反演研究。鉴于大地电磁（ MT）反演的不适定问题,引入Tikhonov的正则化方法,从而获得关于总目标函数的方程,利用光滑约束最小二乘法求解总目标函数方程。由于正则化因子值与反演精度以及稳定性相关,采用主动约束平衡方法获取最优化的正则化因子,以确保反演精度和稳定性都达到最佳。与此同时,利用电磁场互易定理以节省反演迭代过程求解雅可比矩阵的计算时间。构建了若干地质构造模型进行试算,分别讨论TE、TM模式以及二者联合模式的反演结果,并与前人研究工作对比以说明本文方法的反演效果。     

大地电磁面积性资料和稀疏测线资料的三维反演解释

对理论模型合成的稀疏测线数据和面积性数据以及实测单一测线数据进行了三维反演。通过对比分析合成稀疏测线数据和面积性数据的三维反演结果发现,使用4个张量阻抗元素作为反演数据的稀疏测线数据的三维反演结果可以较好地反映三维目标体,虽然效果可能不如面积性数据的三维反演结果。实测单一测线数据的三维反演结果也较好地揭示测线周围地下基岩界面的三维起伏情况。合成数据和实测资料的三维反演结果表明:可以采用三维反演解释的方法对大地电磁稀疏测线资料进行反演解释。同时,从合成数据的三维反演结果分析可以看出,对大地电磁稀疏测线资料进行三维反演,应尽可能反演所有张量数据;对大地电磁面积性资料进行三维反演,可以只使用两个非对角元素数据,但使用所有张量数据的效果更好。     

大地电磁三维正、反演多核并行计算的设计与实现

首先以频点为并行粒度,完成了MT三维正演并行计算,然后将该算法引入共轭梯度法MT三维反演过程中的正演求数据的残差、反演方程右端项的求取、共轭梯度求解模型增量这三个计算环节中,使得MT三维反演中的主要计算量实现并行化。对编制的MT三维正、反演并行计算程序,在多核工作站上通过理论地电模型进行了正演试算和反演验证,并在串行和并行两种计算方式下进行了计算效率对比。     

大地电磁测深三维反演系统及应用

大地电磁测深是基于电磁感应原理,在地表采集正交的电、磁场来研究地壳乃至上地幔电性结构的地球物理方法,后期衍生出采集高频天然场信号的音频大地电磁测深和采集人工源信号的可控源大地电磁法。此类方法在深部构造研究、矿产资源勘查、油气资源探测等多领域得到了广泛应用。近几年来,虽然其野外工作趋近三维勘探水平,但其采集数据的处理和三维反演研究仍然存在不足,限制了地质解释的准确度和效率。针对这些问题,我们开发了大地电磁测深的三维反演软件系统,系统主要分为静位移校正、三维反演的初始模型构建和三维反演3个模块,有效地解决了数据处理中的静位移问题和数据解释中的三维反演问题,并且其中涉及的很多算法改进了现有技术,在计算精度、计算效率和成本节约方面有很大优势,具有良好的应用前景。     

大地电磁二维反演方法对比研究

由反演方程出发, 从构造目标函数和方程求解方面, 比较了国际上通用的OCCAM (奥可姆法)、RRI(快速松弛法)和REBOCC(简化基奥可姆法), 并由两个合成模型分析比较了OCCAM、RRI和REBOCC的反演结果。试验表明, REBOCC是继RRI之后又一种较快的反演方法, 可为电法勘探资料处理提供新的途径。而在RRI和REBOCC反演时, 网格的划分对结果很有影响, 这是值得注意的地方。     

混合遗传算法在大地电磁一维反演中的应用

遗传算法是近些年来产生和发展的一种模拟生物进化过程的自适应启发式全局优化的搜索算法。它不完全依赖于初始猜测,且具有全局收敛的特点,可以被用来解决各种复杂的实际问题,如工程优化设计,人工智能和决策系统,以及地球物理反演等。尽管遗传算法是一种效率很高的全局优化算法,但许多仿真结果表明,它具有计算时间长,局部搜索能力弱的缺点。而共轭梯度法属于非启发式全局优化搜索方法,收敛速度快,但容易陷入局部极值,且严重依赖初始猜测。根据遗传算法和共轭梯度法的特点,这里提出了一种混合遗传算法,用来进行地球物理反演。该算法既具有遗传算法的全局收敛性,又有共轭梯度法的快速收敛性,经实际应用,取得了良好的效果。     

基于瑞雷面波频散曲线反演的岩体力学参数求取方法

岩体力学参数是岩土工程中表征岩体力学性质的重要参数,应用二维傅里叶变换获得高信噪比的频散曲线,采用阻尼最小二乘法自动反演横波速度,进而计算岩体力学参数。结合内蒙古二连盆地瑞雷面波勘探实例,得到了动态岩体力学参数剖面,且在采集和处理参数选取合理的情况下,最大勘探深度可达120m。相比于其他岩体力学参数测试技术,瑞雷面波法具有快速、高效、经济、无榀的特点．     

三维地质体对AMT二维反演的影响研究

为探究三维地质体对二维反演结果地影响以及二维反演中极化模式的选择问题,设计了一系列二维、三维地电模型进行正演计算,并对正演结果进行二维反演计算。研究结果表明:相位受到三维畸变的影响较小,视电阻率较大;当三维异常体模型走向延伸较小时,TE模式的反演结果误差较大,TM模式的反演结果相对较好,但是反演得到了虚假的下覆构造,TE+TM联合反演结合了TE和TM模式反演的优点,可以较好地反映异常体的赋存位置及电阻率值;当三维异常体模型走向延伸长度增大时,三维数据的二维反演结果是可靠的,用TM和TE+TM模式反演都比较合理。     

基于Zoeppritz方程的纵横波模量反演

叠前地震反演的主要目的是根据地震数据精确地求取地下介质的弹性参数,进而进行流体识别和油藏描述.常规叠前反演方法使用Zoeppritz方程近似式计算反射系数,但是含有丰富信息的大偏移距地震数据无法被有效利用,针对这个问题,将纵横波模量引入Zoeppritz方程,建立了基于Zoeppritz方程的纵横波模量广义线性反演方法,适用于大角度地震数据.模型测试和实际地震资料应用表明,此方法能够可靠的得到地下介质的纵横波模量,相对于间接反演减小了间接反演带来的累积误差,为后续流体识别和含油气检测提供了很好的数据基础.     

高密度电阻率法比值参数基于阻尼最小二乘反演

三电位电极系中装置的探测精度和数据处理方法的研究一直是地球物理工作者研究的一个热点,同时也存在很大的争议.利用正演模拟结果讨论了岩溶地区几种可能存在的地质条件下三种装置的探测精度,发现β装置和γ装置的探测效果明显优于α装置;然后利用正演计算得到的数据合成比值参数(T),对合成数据T进行最小二乘反演,发现T值反演结果和视电阻率反演结果一致,并在噪声影响较大的区域,T值反演结果优于T值等值线图,可作为判断异常体特征的一个依据,也可验证视电阻率的反演结果,弥补由于噪声对某种单一装置探测效果的影响.以义马某地的水文地质勘察为例,T值最小二乘反演结果表明,在含水低阻区域T值也呈现小值异常,且显示的异常体边界准确,结构特征明显.利用T值反演对数据处理具有重要的意义,应予以重视.     

积分方程法三维模拟井地电法并行算法研究

在积分方程法模拟三维电磁响应原理的基础上,对井地电法三维正演模拟并行算法做了研究。同时,还利用Fortran 6.5和消息传递接口(MPI)开发了井地电法三维正演模拟并行计算程序。在求解大型线性方程组时,采用的是稳定的双共轭梯度(BICGSTAB)算法,单机正演程序与并行正演程序的计算结果有着很好的一致性,这说明了并行算法的正确性,为进一步开发井地电法三维反演并行程序奠定了基础,也为井地电法三维正、反演程序实用化提供了技术支持。     

回线源瞬变电磁法一维反演算法

由于传统的阻尼最小二乘法只适合于模型较少的简单模型,因此当介质的层数较多时,反演就会受到多解性的影响,有时甚至出现不收敛的情况,并且反演十分耗时。为此,使用正则化思想引入模型约束进行反演,且正则化因子通过计算每次迭代的数据目标函数和模型目标函数自适应得到,使反演能够稳定地进行;引入拟牛顿法来更新雅可比矩阵,大大缩短反演所需要的时间,通过典型的3层与多层理论模型的反演试算,证明了拟牛顿法自适应正则化反演算法对初始模型的要求不高,拟合效果好,收敛速度快,适应性强,体现了良好的稳定性和可靠性。