基于边界约束有限内存的拟牛顿CSAMT一维反演及应用

可控源音频大地电磁法(CSAMT)正演具有计算耗时、精度低的特点;常规的反演方法边界处理简单,占用内存大,搜索方向也难以精准,严重影响反演效果。为了实现CSAMT快速高精度正演,改善边界处理方法以减少内存占用,优化搜索方向以减少迭代反演次数,提出基于边界约束有限内存的拟牛顿CSAMT一维反演方法。首先,在CSAMT正演中基于高斯积分与并行算法实现了一维介质模型条件下有限长导线源激发的水平电场快速高精度计算。其次,在反演方法中,分别构建了基于相对误差和绝对误差的两种目标函数,并引入光滑模型约束,采取自适应正则化策略更新正则化因子,并采用基于边界约束的有限内存拟牛顿算法(LBFGS_B算法),实现了CSAMT一维准确快速反演。以含低、高阻薄层的多层地电模型的水平电场Ex振幅为反演数据进行直接反演和模型检验。结果表明,该方法能够反映出地层电阻率随深度变化的趋势,并对高、低阻薄层有较好的分辨能力,低阻薄层分辨效果更佳。实际CSAMT资料的反演剖面的分辨率优于常规的连续介质反演方法,地质效果明显,表明该方法具有良好的应用前景。

时移可控源音频大地电磁法三维反演研究

时移地球物理监测是观测地下物性参数随时间动态变化的有效方法。地球物理反演结果会受到测量误差、测量环境的噪声污染以及地球物理反演多解性等系统性因素的影响。如果对时移地球物理数据进行不同时刻数据的单独反演,可能会导致不同时刻的反演结果可对比性差,从而影响时移地球物理的监测效果。针对可控源音频大地电磁法在监测领域的实际需求,将不同时刻的观测数据放在一起反演,不同时刻的电阻率模型相互约束,实现了时移可控源音频大地电磁法三维反演。设计三种类型模型进行合成数据的单独反演和时移反演对比试算,验证了时移反演算法的有效性。反演结果表明:通过加入相邻时刻模型约束,时移反演可以更好地聚焦异常体的位置,降低噪声以及测量环境变化对反演结果的影响,防止反演伪影掩盖真实的地下变化。研究成果为时移可控源音频大地电磁法的实际应用奠定了良好基础。

基于三维大地电磁AR-QN反演的长白山天池火山区电性结构

长白山天池火山是具有潜在喷发危险的巨型活火山,对其深部低阻岩浆囊的精确探测和准确定位是人们关注的一个重要问题。应用大地电磁方法研究深部电阻率结构是确定岩浆囊的最有效途径之一。文中采用自主研发的三维大地电磁自适应正则化拟牛顿反演程序,对长白山天池火山区大地电磁数据进行了带地形三维反演,获取了较合理的深部三维电性结构模型。反演除拟合大地电磁主阻抗外,同时增加了对横向不均匀性更灵敏的倾子数据,并通过定性分析对比、模型验证的方法确认了三维反演的电性结构可靠性。三维电性结构模型比以前的二维解释结果更加准确合理,在有限稀疏的数据集下尽量精细地勾画了壳内低阻岩浆囊及通道的三维空间分布。三维电性结构显示壳内岩浆囊位于天池东北部深10~30km处,整体上岩浆囊和岩浆通道系统呈"V"字形分布,天池火山口的岩浆通道在天池以北10km的EW向剖面图上清晰可见。

频率选择对三维可控源反演的影响

本文研究了频率选择对三维可控源方法勘探效果的影响.研究的三维模型抽象自泥河铁矿.该铁矿规模为1000 m×1000 m×400 m,埋深900 m.反演采用有限内存拟牛顿法,反演过程计算采用有限差分法.观测数据为与发射源平行的E_x实部和虚部.反演初始模型为两层背景模型时,选取不同频率组合进行反演,迭代120次.数值试验结果表明,不同频率组合反演效果不同,存在最佳的频率组合.在反演初始模型合适时,存在关键频率组合.对于本次模型,关键频率组合为16 Hz+64 Hz,即反演频率个数最少,反演结果与理论模型最接近的频率组合.同时从反演结果可看出,对于相对低阻盖层,可控源的探测深度可以达到1000 m.因此,在野外观测时,如果能获得合适的初始模型,可以先根据该地区的地质特点设计模型,进行数值模拟,选出最佳频率组合,指导三维可控源电磁测深方法野外数据采集,提高工作的效率和准确性.