井间地震层析成像技术的应用

阐述了井间地震层析成像的正反演技术——基于最短路径法的射线追踪正演技术和基于LSQR算法的反演技术的原理,并且通过数值模型对正反演算法进行了较细致的研究,重建了地下构造原像,效果较好。结合工程应用实例,进一步表明井间地震层析成像技术能够更清晰、更客观地反映出地下构造情况,为地质结构研究和后期施工提供更详实的资料。最后,对层析成像的分辨率进行了探讨,指出了层析成像质量的影响因素。     

A least-squares penalty method algorithm for inverse problems of steady-state aquifer models

Based on the generalized Gauss–Newton method, a new algorithm to minimize the objective function of the penalty method in (Bentley LR. Adv Wat Res 1993;14:137–48) for inverse problems of steady-state aquifer models is proposed. Through detailed analysis of the “built-in” but irregular weighting effects of the coefficient matrix on the residuals on the discrete governing equations, a so-called scaling matrix is introduced to improve the great irregular weighting effects of these residuals adaptively in every Gauss–Newton iteration. Numerical results demonstrate that if the scaling matrix equals the identity matrix (i.e., the irregular weighting effects of the coefficient matrix are not balanced), our algorithm does not perform well, e.g., the computation cost is higher than that of the traditional method, and what is worse is the calculations fail to converge for some initial values of the unknown parameters. This poor situation takes a favourable turn dramatically if the scaling matrix is slightly improved and a simple preconditioning technique is adopted: For naturally chosen simple diagonal forms of the scaling matrix and the preconditioner, the method performs well and gives accurate results with low computational cost just like the traditional methods, and improvements are obtained on: (1) widening the range of the initial values of the unknown parameters within which the minimizing iterations can converge, (2) reducing the computational cost in every Gauss–Newton iteration, (3) improving the irregular weighting effects of the coefficient matrix of the discrete governing equations. Consequently, the example inverse problem in Bentley (loc. cit.) is solved with the same accuracy, less computational effort and without the regularization term containing prior information on the unknown parameters. Moreover, numerical example shows that this method can solve the inverse problem of the quasilinear Boussinesq equation almost as fast as the linear one.In every Gauss–Newton iteration of our algorithm, one needs to solve a linear least-squares system about the corrections of both the parameters and the groundwater heads on all the discrete nodes only once. In comparison, every Gauss–Newton iteration of the traditional method has to solve the discrete governing equations as many times as one plus the number of unknown parameters or head observation wells (Yeh WW-G. Wat Resour Res 1986;22:95–108).All these facts demonstrate the potential of the algorithm to solve inverse problems of more complicated non-linear aquifer models naturally and quickly on the basis of finding suitable forms of the scaling matrix and the preconditioner.     

核磁共振双TW测井数据联合反演与流体识别

针对核磁共振测井双TW观测数据分析和流体识别的需要,研究了基于全局搜索的遗传算法和局部搜索的最小二乘法的联合反演算法,实现了核磁共振双TW观测数据处理.首先,研究了饱和油气水岩石物理模型的核磁共振双TW观测模式的测井响应机理;然后,利用全局搜索性能优良的遗传算法, 对核磁共振回波差数据进行了反演,计算出了流体的核磁弛豫性质及其体积;最后,以遗传算法的反演结果为初值, 利用阻尼最小二乘方法对双TW回波串进行更精细的反演,计算出了双TW的T₂分布、孔隙度和流体饱和度.理想模型的合成数据和实际测井资料应用表明,遗传算法与最小二乘方法相结合是一种行之有效的联合反演方法,能较好地实现核磁共振测井双TW观测数据的处理和流体评价.     

利用地震和爆破资料反演宁夏及邻区浅层三维速度结构

将有限差分正演及LSQR反演方法应用到宁夏及邻区,利用该区2003-2009年7年间的地震和爆破记录,经过重新细致分析,得到了具有4个以上台站清楚记录到初至波Pg和Pn到时的地震426次、爆破52次,剔除到时离散较大的数据后共有2 788条记录.获得了不同深度的速度平面分布图像以及不同位置的深度速度剖面图像.得出深度0...     

互相关系数自约束的重力三维反演与高效求解

本文将拟合残差计算所得的互相关系数作为先验信息,与深度加权函数同时引入到重力正则化反演的模型约束中,以提升反演结果的可靠性。针对三维反演中的大型线性方程组问题,引入阻尼LSQR （最小二乘QR分解）算法,结合等效几何格架技术,将大矩阵按照模型单元划分为若干个子矩阵进行存储与运算。理论模型计算结果表明：同时利用互相关系数和深度加权的模型自约束反演,能较清晰地反映真实异常体;基于分块矩阵的阻尼LSQR算法求解线性方程组较直接法节省了几千甚至上万倍的存储量,且计算速率提高了数倍,可在普通计算机上实现较大规模的反演计算。将其应用于云南芦子园铁铅锌铜多金属矿床隐伏花岗岩体定位,取得了良好的效果。     

井间地震层析成象高精度算法及其在环境工程勘探中的应用

井间地震层要成象在环境工程勘探中的应用前景广阔，走时层析成象的射线追踪方法和在型稀疏矩阵的方法的方法是其中的关键。文中讨论了ＬＳＱＲ算法系列，数值模拟证明了它的优越性，最后应用于鹏飞大厦场地，取得了良好的效果。     

华北及周边地区上地幔P波速度结构

本文基于层析成像方法研究了华北及其邻区(30°N~43°N,100°E~130°E)的上地幔P波速度结构.该区域是我国地震活动强烈的地区之一,曾多次发生破坏性地震,地质构造十分复杂.本研究采用中国数字化地震台网1996~2002年和中国科学院地质与地球物理所（IGGCAS）流动地震台阵2001~2003年地震记录中的P波走时,挑选了6870个地震事件,其中包括1382个区域地震事件,5488个远震事件.在对实际资料反演之前,进行了分辨率测试以确定反演结果的可靠性,对反演中不同参数对结果的影响做了分析,以确定最佳的的模型和参数.根据上述分析,以水平方向1°×1°,垂直方向以5 km、15 km、30 km为间隔划分网格,并建立初始速度模型,采用伪弯曲射线追踪方法计算走时和射线路径,通过基于LSQR算法的反演重建了研究区域40 km以下、480 km以上的三维P波速度结构.成像结果显示：（A）研究区域西南部的四川盆地北部在40 km以上为明显的低速异常,40 km以下一直到360 km均为高速异常;（B）华北盆地在90 km之上高速异常比较明显,而在120 km~360 km的深度,低速异常为区域主要特征,它与渤海湾地区的低速区连接,形成地幔楔,随着深度的增加,由于太平洋俯冲板块的影响,华北盆地和渤海湾地区下的高速异常突出.     

用改进的光滑约束最小二乘正交分解法实现电阻率三维反演

对三维电阻率反演问题进行了深入研究,提供了一种利用地表观测数据实现三维反演的实用算法.该方法应用有限差分求正演解,并通过对粗糙度矩阵元素进行适当改进,使之适用于各种情况下粗糙度矩阵的求取,进而建立在模型的总粗糙度极小条件下的反演方程.对反演方程采用收敛速度快且稳定的最小二乘正交分解（LSQR）法进行迭代求解,在迭代求解过程中只需利用偏导数矩阵和其转置矩阵乘以一个向量的结果,回避了直接求偏导数矩阵的繁琐计算,节省了内存,加快了反演的计算速度.不同的计算实例表明上述方法是求解大规模三维电阻率反演问题的有效方法.     

地震面波频散的层析成像

本文较详细地介绍了群速度频散测定的多重滤波法,以及ＬＳＱＲ反演方法运用于网格频散反演和地球内部结构反演的地震面波频散的层析成像方法。给出了计算程序框图及数值模拟结果