重磁反演的群体优生遗传算法

重磁反演常具有众多变量,通常的遗传算法编码方式和搜索模式不能适用。采用０—１ 编码群体优生遗传算法,实现了把遗传算法运用于众多变量的重磁反演,使用进化变异能使运算后期顺利收敛,同时更加接近全局极值,取得了良好的实用效果     

基于重力全张量数据的Parker-Oldenburg算法研究

相比重力数据,重力张量数据通常包含更多的异常信息。本文根据重力数据与重力张量数据的关系,利用位场转化技术,将重力张量数据应用于传统的Parker-Oldenburg密度界面反演算法中。通过模型试验,证明了在网格间距较大或者数据存在一定噪音时,使用本文算法进行反演能得到更好的效果。实验结果说明利用重力张量数据可以有效地提高密度界面反演的分辨率。     

基于重磁反演的三维岩性填图试验——以安徽庐枞矿集区为例

开展大型矿集区深部精细结构探测研究,通过岩性识别与填图实现矿集区5km以内"透明化",发现深部矿产、揭示成矿规律是实现资源可持续发展的主要途径。鉴于重力和磁力数据覆盖面积广、采样密度高,重磁三维反演算法比较成熟,采用重磁反演进行岩性填图是现阶段实现三维岩性填图最有可能的途径。本文以安徽庐枞矿集区为例,提出了基于重力、磁力三维反演的岩性填图流程并开展了填图试验。在分析岩性和密度、磁化率关系的基础上,采用高精度的重力和航磁数据,进行先验信息约束的重磁三维反演,对反演所得的密度体和磁化率体进行逻辑拓扑运算,获得了庐枞矿集区地下5km以内五类主要岩性的三维分布。岩性填图结果显示的浅部特征与地表地质填图结果基本吻合,更重要的是反映了深部岩性的变化,弥补了地表地质填图的不足。庐枞矿集区岩性填图试验结果表明,开展基于重磁三维反演的岩性填图,是了解矿集区深部岩性特征,发现深部矿产的有效方法。     

The Rapid Inversion of 3-D Potential Field and Program Design

The application of three-dimensional inversion of gravity and magnetic fields is very important not only in geophysical researches, but also in the study of geological structures. A formula of potential field in frequency-domain, developed by Parker in 1973, can be used as a rapid and effective algorithm in gravity and magnetic inversion. The technique has been improved then by Oldenburg, Sprenke, Feng and others.In addition to a brief introduction of Parker's algorithm and its applications, this paper includes the following five parts: basic computational techniques, inversion of single layer, convergence and constraints, simultaneous inversion for density and topography as well as inversion of multilayers. The authors present relevant practical iterative formulas and its varieties when density distribution varies with depth in linear or exponential relation. In order to maintain computation stability and speed up iteration convergence, some approaches are taken in the program design, for instance shifting lower interface of the studied layer, inverting corrections of topography, reducing grid boundary effects and utilizing low-pass filter. With the consideration of the nonuniqueness of the inversion, a method of using seismic data to constrain the range ofpossible models is discussed. It is pointed out that the density variation generates less effects than those of topography on the spectrum of gravity anomaly in second order. Therefore density contrast and topography can be inverted simultaneously by an alternative weighting iteration. By analogy, the inversion of multilayer model can be done in the above procedure. An approach of model decomposition is useful in the computation of multilayer model. The techniques discussed in the present paper for gravitational field are also valid for magnetic field.     

重磁解释中健全的极大似然法及三维反演

本文介绍了JOAO.B.C.SILVA提出的重磁解释中健全的(Robust)极大似然反演方法的基本原理,讨论了重力二度体非线性几何参数的反演情况,并将该方法扩展到三维重、磁非线性几何参数反演中。重点讨论了场值中有较大随机干扰、有不同类型的地质噪音源影响下的反演结果。理论反演结果表明,该方法有比最小二乘反演方法更接近实际的解,从而提高了解的可靠性,对于重磁局部异常或孤立异常有较好的反演效果。     

Lemniscate representation for inversion of gravity and magnetic data through nonlocal optimization

A method of representing surfaces and volumes by a set of geometric points and a small set of auxiliary parameters, based on generalization of Bernoulli’s notion of lemniscates is introduced. It provides for easy generation and modification of surfaces and volumes, which could be connected, disjoint or even with very irregular boundaries. This allows solving geophysical inversion problems, without constraining the anomalous volumes to some ideal or simple forms. This is illustrated by the example of joint inversion of gravity and magnetic data sets attributable to two-dimensional anomalous bodies. A nonlocal optimization algorithm calledsegmented Hamming scan is used for inversion. Comparison with nonlinear least-squares algorithm shows the advantages of the chosen approach. The concepts ofdesideratal andprocedural detours are illustrated.     

Gravity monitoring at oil and gas fields: data inversion and errors

The present paper considers certain problems of gravity monitoring at oil and gas fields arising due to inversion of repeat measurement data, when finding the positions of water-oil and water-gas contacts. The main sources of noise in gravity data are errors in vertical positioning of the tool, changes in atmospheric pressure, and variations in groundwater level and soil moisture. An algorithm based on using a multisensor borehole tool is proposed for a more accurate inversion. Examples of locating successfully the water front while solving model problems with the help of this algorithm are provided.     

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。     

基于三层变尺度等效源的离散重力数据重构

离散重力测量数据的重构是重力数据分析和处理中最重要的方法之一.等效源方法作为一种有效且稳定的重构方法,受到国内外学者的关注.基于位场理论,提出了三层变尺度等效源方法的技术方案,可有效恢复测量数据中长波长范围的信息,实现对离散重力数据的高精度重构,进而保障了在重力场重构基础上的重力梯度计算.详细地讨论了三层变尺度等效源的设置以及优化反演计算的过程,通过二维和三维理论模型试验,展示了方法的有效性及相对单层等效源方法的优势,并通过广西某地区实际重力测量数据的应用,验证了方法的抗噪能力和实用性.      

改进麻雀搜索算法的自然电位数据反演

自然电位法是一种成本低廉,野外观测操作简便的天然源地球物理勘探方法。自然电位数据反演具有病态和非线性的特征。常规反演算法分为局部优化类和全局搜索类,但基于梯度运算的局部优化算法难以求得全局最优解且反演效果依赖于初始模型的构建,而传统全局搜索算法又存在收敛速度慢,易陷入局部极值和不稳定的缺点。基于此,对一种新的全局优化策略(麻雀搜索算法)进行改进,通过混沌映射叠加反向学习策略初始化麻雀种群,再依随机概率使用Levy飞行策略更新麻雀个体位置来进一步提升算法对于解空间的探索能力和增强算法跳出局部极值的可能性。将改进前后的麻雀搜索算法分别应用于合成自然电位数据(不含与含10%、30%的随机噪声)与来自印度和法国的实测数据的反演解释中以对比检验改进算法的反演效果。理论测试结果表明：麻雀搜索算法(SSA)在无噪声干扰下的垂直圆柱和倾斜板模型数据反演误差为0.42%和0.25%,相同情况下改进麻雀搜索算法(ISSA)的反演误差为0.06%和0.07%,改进后算法拟合精度提高到3～7倍,对比目标函数收敛曲线图中ISSA的收敛速度与收敛精度都要明显优于SSA;SSA反演参数的稳定性、精度和异常响应曲线拟...     

重磁2.5D/3D互相约束反演技术在三维地质填图中的应用研究

三维地质填图为我国启动的新一轮地质调查项目,为提高重磁资料在三维地质填图中的应用效果,笔者提出重磁资料2.5D/3D相互约束重磁反演技术方案:利用重磁资料2.5D剖面反演结果、3D物性反演结果作为彼此反演约束条件,并通过了理论模型试验。试验结果表明,该技术方案使反演结果中物性参数、空间位置更接近理论模型体。通过对本溪—临江地区思山岭铁矿磁异常及酸性岩体重力异常进行反演实践——估算磁异常铁矿资源量、研究酸性侵入岩深部展布形态的效果良好,可为大面积三维填图提供有效途径。     

Gravity and magnetic 3D inversion of Morro do Engenho complex, Central Brazil

In the Goiás Alkaline Province, in central Brazil, some mafic–ultramafic alkaline bodies crop out, such as Morro do Engenho Complex (ME), whereas other intrusive bodies are completely covered by Quaternary sediments, such as A2 body, and can only be defined by their magnetic and gravity responses. The bodies give rise to strong gravity and magnetic anomalies. We inverted the gravity and magnetic data to estimate 3D density and magnetic intensity contrasts. The gravity inversion reveals that ME and A2 intrusions, totally emplaced in the upper crust, have maximum depths of about 10 and 6 km, respectively. The estimated density contrast distribution indicates a NE–SW preferential direction for ME intrusive body. Since the remnant magnetization is very important in the area, we inverted the magnetic data, testing two hypotheses: only induced field and induced plus remnant magnetizations. The results of the inversion using only induced field could not explain the observed magnetic field, which was about 1000 nT larger than the calculated one. Induced plus remnant field inferred from wandering polar path fitted the observations. 3D magnetic inversions when remnant magnetization was included recover deeper and thinner bodies compared with gravity inversion. The inverted bodies have spherical shapes which are more consistent with the model of magmatic chambers instead of plug intrusions.     

应用改进的遗传算法反演多层密度界面

利用具有全局优化功能的遗传算法直接反演多层密度界面.首先根据重力反演的特点对遗传算法进行改进, 使遗传算法基因交换过程中交换位置的确定同重力异常的拟合情况相结合, 给出适合于重力反演特点的遗传算法.然后利用改进后的遗传算法直接反演多层密度界面.理论模型和实际剖面的计算表明改进是有效的.      

重磁三维可视化反演系统的设计与实现

重磁三维可视化反演解释系统一直是国内外重磁勘探领域的研究重点之一。介绍了基于Visual C++与OpenGL环境研发的重磁三维可视化反演系统,详细阐述了系统的设计思想与实现的关键技术,包括可视化技术、面向对象技术、图形拾取技术、碰撞检测技术及反演约束技术等。系统具有人机交互几何反演与最优化物性自动反演两种功能,可满足目标异常、区域模拟和盆地建模。     

三维重力梯度局部光滑约束反演

针对重力勘探中光滑反演存在的分辨率较低的问题,本文提出一种基于地质体埋深、地层倾向等一定先验信息的局部光滑约束三维反演算法,并提出了一种光滑反演中粗糙度矩阵的存储方式,该存储方式可以将M×N维粗糙度矩阵存储为M×2维,减少了计算机计算内存,且详细介绍了该存储方式下粗糙度矩阵与其他矩阵相乘时,粗糙度矩阵所存储的位置信息的读取方式以及与其他矩阵逐列逐步相乘最终得到计算结果的过程。最后,利用文中提出的算法对理论模型和实测数据进行反演试算,结果表明局部光滑反演算法相比于全局光滑反演结果更加准确,且该算法在一定噪声水平下依然稳定,在实际生产中有效可行。     

反射系数与子波同时迭代反演的预条件共轭梯度法

在反射系数白噪、子波最小相位的假设下,研究基于线性反演的地震反射系数和子波同时估计问题。在Cauchy准则稀疏反演求解中,应用预条件共轭梯度法实现反射系数和子波同时迭代反演。在迭代求解正则化方程时,用共轭梯度法求解相应的原问题,初猜子波求解也使用该策略。模型数据试算与比较,表明了该算法正确而有效。用实际数据检验算法的实用性,经研究表明,预条件共轭梯度法计算的反射系数和子波,要比直接稀疏反演精度高,而且收敛较快,数值稳定,实用性强。     

基于遗传算法的磁异常反演

遗传算法是模拟自然界生物进化思想所得到的一种全局非线性最优化算法,该算法可有效地避免局部最优解。这里介绍遗传算法的原理以及基于其算法的磁异常反演算例,对不同迭代次数所得理论模型反演的磁性体空间位置与磁性等参数的相对误差进行了对比。据此,对四川会理黎溪地区某磁铁矿区外围8号剖面上实测△T磁异常进行遗传算法,并迭代拟合反演,求其反问题,获得了与后续工程揭露及磁性测定结果相吻合的结果。     

磁异常和梯度的频率域三维成像方法

三维反演在磁数据定量解释中具有重要作用。常用的空间域三维反演方法通常需要大量的正演和反演计算,因此对大规模数据的反演效率较低。三维成像是另一种定性和定量解释磁数据的重要方法。文中给出了一种磁异常与梯度三维成像的频率域迭代方法,该方法可以提高成像效率,适用于大规模数据的快速成像。笔者推导了磁总场异常和异常梯度频率域正演公式和成像公式,并将一种深度尺度因子引入成像公式中,提高了深度精度;笔者采用了迭代优化算法,减小了拟合误差,进一步提高了成像精度。通过理论模型数据试验和中国新疆某金属矿床实测数据,验证了本文方法的有效性、可行性。     

理论模型分析卡尔曼滤波在航空全张量磁力梯度测量中的应用效果

航空全张量磁力梯度测量数据中包含非常复杂的运动噪声,在频谱图中从低频至高频均有分布,并以白噪声为主,如何有效压制运动噪声是一个较大的挑战。传统的数字滤波只能滤除指定频段的噪声,对于混叠在全张量磁力梯度有用信号中的噪声不能有效分离。鉴于卡尔曼滤波是一种快速、高效和实时的最优估计方法,笔者将其应用到航空全张量磁力梯度数据处理中,搭建合理的状态方程和观测方程,通过模型实验验证了方法的有效性,结果显示全区噪声衰减因子优于0.92,即能够去除92%以上噪声成分,全区均方误差优于10 pT/m,可应用于航空全张量磁力梯度数据实时处理。     

河南省东部地球物理特征与找煤远景

在综合分析各种地球物理资料的基础上,论述了豫东平原区的地球物理特征,包括重力场、磁力场、地震反射波等,通过重、磁、地震联合反演并与钻探资料对比,做出了区域地质研究和综合地质解释,指出了找煤远景。