基于监督下降法的大地电磁二维反演及应用研究

传统的大地电磁二维反演方法较为成熟,但仍存在反演结果依赖初始模型和正则化参数选取、容易陷入局部极小值等问题。监督下降法是一种学习平均下降方向来预测数据残差的机器学习算法。本文尝试采用监督下降法解决传统的大地电磁二维反演存在的问题,基于监督下降法理论开发了大地电磁二维反演算法,设计理论模型合成算例验证了算法的正确性,并对西藏高原实测数据进行反演,检验了监督下降法的实用性。理论模型合成数据和实测数据反演结果表明,相较于传统的非线性共轭梯度反演,基于监督下降法的反演具有收敛速度快、反演效果好、抗噪能力强等特点。

常规激电测深高密度二维反演效果对比研究

在金属矿产勘查中,直流激电法得到了广泛的应用。直流激电法数据处理中大多以经验公式进行深度换算,给出拟断面图进行异常分析与解释,但是这种把纵坐标以AB/n进行深度转换的方式,也只是地质体视电阻率和视极化率的模糊反映,无法反映地电模型真实的本征电阻率和本征极化率,异常也常常受地形影响。研究主要关于Res2dinv和ZondRes2D两款二维电法反演软件及其应用,将常规激电测深数据转换为可利用的数据格式后,通过两款软件实现常规对称四极测深剖面的二维反演并就应用效果对比分析,结合地质成果进行解释评价。

大地电磁测深二维反演方法求解复杂电性结构问题的适应性研究

为探讨二维反演方法在三维电性结构中的适应性问题,本研究中设计了一系列的二维/三维正演模型进行实验计算,分析了三维高阻/低阻异常体对模型响应的畸变作用,并从反演模式选择和数据旋转方向两个方面进行模型二维反演的对比分析,与三维反演的结果进行了比较,最后采用了实测数据进一步进行了二维和三维反演的比较实验.实验和研究结果表明,在剖面选择方面,在剖面方向与垂直主构造方向相差不大的情况下,截取剖面方向,将电性主轴旋转到垂直剖面方向的二维反演结果与垂直主构造方向的反演结果都可以较好地还原正演模型,在大的构造的反映上并无太大差异.在地下为二维或近三维条件时,正演模型的主要结构都可以较好地被二维和三维反演解析出来.二维的反演结果可能甚至会比三维的反演结果的边界更清晰,更精确.然而,对于具有较强的三维结构的模型而言,其二维反演结果与原始模型可能仍然存在较大差异,其中TM+TP或TM模式的二维反演结果相对更接近原始模型,而TE模式的结果往往会有较大误差,需要在解释时特别注意以免得出错误结论.

复杂地形条件下的可控源音频大地电磁测深数据二维反演技术及应用效果

复杂地形严重地影响可控源音频大地电磁测深(CSAMT)的解释结果,为此,笔者考虑了地形的影响,将地电断面模型经过精细剖分,对模型正演计算的数据进行CSAMT二维反演,得出的结果与正演模型的形态基本一致,获得的电性断面能很好地反映地下地质结构,与实际地质资料相吻合,证实了该方法的正确性和有效性。

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 。

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(三)——构建二维反演初始模型的印模法

在主流的线性最优化大地电磁二维反演中,如何合理构建初始模型是一个亟待解决的问题.常用的是采用均匀半空间或一维反演结果构建初始模型,不易获得稳定可靠的反演效果.实践表明,尽管基于不同初始模型的大地电磁二维反演结果差别较大,但均较初始模型更为接近真实模型.基于这样一种认识,经过反复的理论和实践探索,我们提出构建大地电磁二维反演初始模型的印模法.印模法的基本思想是依据已有反演结果和均匀半空间模型之间的加权来确定下一步二维反演的初始模型,它一方面保留了已有反演结果中关于真实模型的宏观轮廓信息,另一方面,保证了深部电性结构的均匀性,从而满足大地电磁二维正演所要求的底边界条件.基于印模法,本文进一步提出了迭代重构的反演思想.通过多个理论模型和实测数据的反演计算,验证了上述方法可在很大程度上压制初始模型对反演结果的影响.

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(二)——反演数据极化模式选择

针对大地电磁二维反演中TE、TM极化模式的选择问题,设计了多个二维、三维模型进行了正演计算,从数据对比和反演结果对比两方面入手,分析研究了三维模型和二维模型响应数据的差异、反演中极化模式的选择、以及三维模型数据的二维反演近似等问题.研究结果表明:在三维模型条件下,利用二维模型进行反演时,TE模式对模型的二维的近似程度要求远高于TM模式;当三维结构影响较明显时,利用TM模式数据进行二维反演比利用TE模式或利用TE+TM模式联合反演都更合理,反演结果中的虚假结构明显减少;对于TM模式,相位受三维畸变影响较小,视电阻率较大,所以二维反演中可适当加大相位的权;对于实测数据的二维反演,应优先考虑采用TM模式数据进行二维反演,其次是TM+TE模式,一般不要单独采用TE模式.

有效视电阻率在音频大地测量数据二维反演中的应用

用EH-4仪器进行音频大地电磁测量,目前已取得了广泛的应用。然而,进行资料的二维反演时,遇到了在大地电磁测深中同样的问题:TE极化模式和TM极化模式不容易辨别。文章介绍了3种有效视电阻率,研究表明,利用有效视电阻率进行二维反演能准确真实的反映地下的介质模型。经实际资料处理证明,此方法效果明显。

直流电阻率测深中二维反演程序对三维数据的近似解释

直流电阻率测深剖面数据解释最好的方法是二维反演 ,这是由于它反演速度快 ,而三维反演则需要很多的实测数据、很长的计算时间 .而且通过对几种三维模型测深数据的二维反演结果的研究 ,发现尽管对无走向的良导矿体 ,二维反演方法所圈定的异常中心与真实矿体中心有一定的误差 ,但基本上还是能反映矿体的真实形态和中心位置 .当矿体具有一定的走向长度时 ,则无论对高阻矿体还是良导矿体二维反演的效果都很好 .

电阻率/激发极化率数据的二维反演程序

本程序在目前日本流行的电阻率／激发极化法二维反演程序［４］基础上，将电导率和极化率分块均匀变为分块连续变化，并在目标函数中加入了更多的先验信息，使反演结果的唯一性和真实性大大增加。在有限元正演模拟中，又采用三角单元剖分，使实测数据在反演以前不需要进行地形改正。本文介绍了该方法的基本原理和程序的使用方法。

直流激电测深二维反演的若干问题研究

目前,激电数据的二维反演主要针对高密度激电数据,而对于常规的激电测深则很少涉及。据此,针对常规激电测深二维反演所涉及到的一些技术难点进行探讨。在正演过程中,根据实测数据实现有限元网格自动剖分,并采用双网格系统,用相邻节点电导率双线性连续进行有限元模拟,并对模拟的误差进行校正。在反演过程中,利用互换原理和B royden的方法计算偏导数矩阵;采用与奇异值分解算法精度相当的共轭梯度算法求解偏导数矩阵方程。最后通过对模拟数据和实测数据进行反演试算,验证本计算方法是可行的。

激发极化数据的最小二乘二维反演方法

给出了一种电阻率和激发极化法数据的最小二乘二维反演方法 .该方法与以往这类方法的主要差别在于网格单元中电导率和极化率参数呈线性变化而不是均匀值 ,从而使电阻率和极化率的反演结果更准确 ,更容易用等值线成图 .方法在二维有限元正演计算中 ,采用三角单元 ,使实测数据反演前不需要进行地形改正 ;在目标函数中加入最简单模型以及背景场等先验信息 ,既解决了反演问题的多解性 ,又使反演结果更接近实际情况 ;还采用了前人用电位函数与模型参数间的简单关系来计算偏导数的方法 ,大大减少了Jacobian矩阵的计算工作量 .对几例模型数据和实测数据的反演结果表明 。

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反演程序,验证了程序的正确性。通过对比不同测点埋深的典型模型的正、反演结果,发现测点埋置在地下能够压制地面噪音,提高反演的分辨能力。

带地形的大地电磁测深联合二维反演

山区大地电磁测深资料主要受地形与浅层电性非均匀体的共同影响，各自的影响一般很难单独分开且有效地进行校正、本文成功地研究了一种将地形与浅层电性非均匀体对大地电磁测深影响同时校正的二维反演方法──带地形的TE与TM联合二维反演方法，其具体实施过程可分为TE与TM极化曲线的识别、模型的建立和反演三步。经理论模型试算与实际资料处理表明，用该方法对山区大地电磁测深资料处理是适用的、有效的。

自动构建大地电磁二维反演的测点中心网格

在大地电磁二维反演中,如果网格不均匀或者测点在网格中的位置不恰当,则将出现测点偏离现象,影响反演的精度.此外,由于正演精度和稳定性的需要,反演中网格间距不能差别太大,需要具有一定的光滑性.本文提出了几种自动构建测点中心网格的方法来消除测点偏离现象,并以正则化约束条件来保证网格的光滑程度.本文还提出了一套网格质量检验指标.算例对比研究表明,对于不同的测点集,最佳网格构建的方法可能不相同,但其中"最平模型约束动态配点法"、"最光模型约束动态配点法"拥有最强的适应能力,它们在各种情况下所构建的网格一般同时具备较光滑的网格间距变化和较小的测点偏离程度.此外,采用高质量(光滑性好、测点偏离程度低)网格在一定程度上不仅可提高反演结果的可靠性,还能提高反演的计算效率.本文的方法为获得高质量的大地电磁二维反演网格提供了简单有效的途径.

高温超导TEM瞬变磁场拟二维反演及应用效果

随着高温超导技术的应用及完善,在TEM测量中直接观测瞬变磁场信号已成为现实,而瞬变磁场数据反演解释方法成为当前急需解决的问题。在借鉴感应电动势资料反演解释方法的基础上,全面阐述了基于瞬变磁场的视电阻率定义,研究了TEM瞬变磁场拟二维反演技术,并从理论模型及实测资料两个方面验证了方法技术的实用性,为促进高温超导TEM的发展提供了方法技术支撑。

油气MT勘探COPROD-2S1模型数据的二维反演

在传统的奥克姆法基础上,反演问题从模型空间转换到数据空间的迭代过程中,把解表示为由模型协方差平滑过的灵敏度矩阵行的线性组合,可以降低对计算机内存和时间的需求,有效地提高反演速度。应用简化基奥克姆法分别对此二维模型的TE、TM、TE+TM、TE+TP、TM+TP、TE+TM+TP等极化模式数据进行了联合方式反演,过程中用一维广义逆反演法确定背景场模型。5次迭代后反演模型结果表明,该数据模型成层分布,包含6个良导体;推测在水平位置30～130km,垂直方向为1～40km之间良导体存在,电阻率可能值为1,在垂直方向0～40km可能是电阻率为1000的高阻层;TM反演模型对此高阻层反映比较明显,对低阻体反映效果较差;加入TP信息的TE+TM+TP联合反演结果最好,分辨率比其它反演结果要高,表明TP联合反演有助于提高MT反演的纵向分辨率。

基于并行处理的CSAMT拟二维反演解释

为提高野外CSAMT测深数据的反演解释效率,提出了将并行计算技术引入CSAMT测深一维自动迭代反演中进行CSAMT拟二维反演解释的思路,基于多处理器多核工作站,结合多进程和多线程并行编程技术,形成相应并行算法和程序。采用该并行计算方法进行实测数据反演解释,结果表明,CSAMT拟二维反演解释并行计算技术能较大幅度地提高CSAMT测深数据的反演解释效率。

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(六)——交错模型的大地电磁二维反演

交错模型指的是由几组走向不同的线性构造(近似二维)在空间(纵向、横向)上组合而成的模型.对于电性结构,交错模型表现为纵向或横向上的构造存在电性主轴方位的变化.从构造维性的角度来看,交错模型是一种由二维模型组合而成的特殊的三维模型,直接对其进行大地电磁二维反演,不易获得可靠的反演结果.本文针对交错模型的特点,提出分频段-分区段反演方案.该方案首先需要借助于阻抗张量成像技术,在频率域确定组成交错模型的各线性构造的电性主轴,然后,针对不同的频段、区段,选择对应电性主轴的数据进行反演,通过初始模型的构建将不同电性主轴方位的反演结果对接起来.本文通过三维理论模型的研究,系统展示了分频段-分区段反演的全过程,归纳得到:在分频段反演时先做低频段反演,在分区段反演时先做二维性更不显著一侧的反演.最后,本文将这一技术用于郯庐断裂带中南段一条实测剖面的反演中,其结果与常规二维反演结果相比较,深部的信息更为丰富,且与其他已有地质、地球物理结果的可对比性更好,表明在构造复杂地区,大地电磁分频段-分区段二维反演具有较高的模型分辨率和可靠性.

低场核磁共振扩散-横向弛豫二维反演算法

针对低场核磁共振一维反演中无法分辨一维谱中重叠组分和目前报道的扩散-横向弛豫二维反演算法计算量大、计算耗时长的问题,提出了一种计算量小、计算效率高、耗时短的扩散-横向弛豫二维反演算法.首先对扩散系数D和横向弛豫时间T2进行布点;其次根据信号采集条件计算出两个核心矩阵,并分别进行奇异值分解;然后,由所采集信号计算出两个核心矩阵的奇异值截断值,分别对两个核心矩阵的奇异值矩阵进行截断并求其逆矩阵;最后计算出初始反演结果,并添加非负约束经过多次迭代得到最终反演结果.实验结果证明,提出的扩散-横向弛豫二维反演算法在不影响反演结果准确性的基础上,能极大提高计算效率.