半航空瞬变电磁一维聚焦反演研究

半航空瞬变电磁法(SATEM)是一种采用地面发射—空中接收的新兴地球物理勘探方法,具有灵活、高效的特点。目前应用于SATEM的反演方法往往基于最大平滑准则,使反演结果较平滑,无法较好地识别具体的层界面信息。本文将聚焦反演理论引入到半航空瞬变电磁一维反演中,通过选择合适的聚焦因子和正则化因子来确定聚焦反演稳定器,然后对包含聚焦反演稳定器反演目标函数进行求解,使得反演结果更能清晰识别层状地层突变的界面。设置多个层状地电模型验证聚焦反演的可靠性,同时与Occam反演结果进行对比,突出了聚焦反演识别界面的优势。对某地区地下水探测的实际数据进行聚焦反演计算,与水文地质资料、测井信息进行综合分析,查明了该区域地下含水层的位置及其空间展布情况,同时验证了半航空瞬变电磁对地下水探测的可行性。

二维大地电磁数据的聚焦反演算法探讨

文中简要分析了当前地球物理反演中几种常用的模型目标函数,并根据聚焦反演成像方法的基本理论,在大地电磁反演目标函数中引入了一个新的稳定泛函,以代替传统最小构造或最大平滑准则下的模型目标函数。通过对自适应正则化共轭梯度法解最优化问题过程的研究,以及对几个典型模型的试算,并将其结果与传统反演算法结果进行对比分析,表明了本文方法的正确性和较高的计算精度。最后对雷—琼拗陷一条实测的测线的MT资料进行聚焦反演成像处理,并与同一测线的地震资料进行对比表明,聚焦反演结果具有很高的准确性。

重力资料聚焦反演成像改进及其应用

聚焦反演在实际应用中面临着两个问题需要及时解决:成像的趋肤效应和异常体的过度聚合。利用指数深度加权函数来约束聚焦反演可以克服趋肤效应。结果表明,深度加权可以很好地限制过多异常源在地表的聚合。对于异常体的过度聚合,本文提出了异常源外扩方法,该方法将超出限制的异常源进行向异常体外的迭代式扩充。实验表明,异常体外扩方法成像效果优于常规的异常源截除方法。

重力数据三维共轭梯度聚焦反演及应用

基于共轭梯度算法对欠定线性目标函数进行求解。为改善目标函数的多解性、消除多余构造信息影响,引入粗糙度系数矩阵;为克服"趋肤效应",更好地反映地质体的真实形态,在模型目标函数中引入深度加权函数;为更好的反映地质体的某些尖锐构造和边界,本文对目标函数添加了基于最小支撑泛函的聚焦反演约束。通过对多种模型的计算,验证了该方法具有较好的有效性和稳定性,并将该方法应用于实际重力资料地下密度反演中去,得到了较好的反演结果。

利用阻尼型高斯牛顿法的激发极化数据聚焦反演

利用阻尼型高斯牛顿法求解反演目标函数,并将粗糙度矩阵约束和最小支撑泛函约束以及参考模型和模型参数界限约束引入到目标函数中,同时结合预条件共轭梯度法进行反演迭代,实现了激发极化数据三维聚焦反演快速计算。通过对几个典型模型的试算,并与传统光滑模型约束的反演结果进行比较,表明该反演算法的可靠性和稳定性较好,并且算法速度快,占用内存低且易于并行化。

2.5D重力双重加权聚焦反演及其应用

针对聚焦反演方法在实测数据应用中存在的趋肤效应和反演结果发散问题,设计应用深度加权和数据加权的双重加权系数灵敏度矩阵,进行核函数处理。通过反演拟合理论正演模型实验,证明了该方法的可靠性。将双重加权系数运用到山东某矿区的实测数据,反演结果清晰地反映出地下异常体的边界和深度,与剖面电阻率结果比较,两者异常位置接近,该方法可反应实际异常情况。

起伏地形条件下的磁异常二维聚焦反演及应用

地形对磁异常的反演和解释有很大的影响,特别是磁异常体贴近地表分布时更是如此,为了降低这种影响,笔者推导出了基于有限延深的二度厚板状体的带地形的磁异常正演公式,并提出了一种基于起伏地形的地下网格模型剖分的新方法。同时,聚焦反演对物性体有很强的聚焦效果,如果能够预先判断磁异常主要由地下浅层的强磁性体所引起,则可以考虑采用聚焦反演的方法得到磁性体的位置,显然这种方法非常适合铁矿体的反演。笔者将带地形的二维磁异常正演与聚焦反演结合起来,进行了相应的模型试验,并与水平地形下的聚焦反演及起伏地形下的光滑反演进行对比,验证了这种结合的有效性。最后,将该方法应用于新疆特克斯的磁异常剖面,对该剖面的磁性体分布做出了合理的解释。

基于共轭梯度算法的重力梯度数据三维聚焦反演研究

重力梯度数据相对于传统重力数据,能够更细致、准确地描述地球浅部构造和研究矿产资源分布等信息.本文采用共轭梯度算法,在加权密度域求解重力梯度数据三维聚焦反演最优化问题,以恢复地下三维密度分布,目标函数包括数据不拟合函数和最小支撑稳定函数.首先,在推导目标函数对加权密度的一阶导数时,为了得到更合理的计算公式,我们考虑变加权函数中含有密度变量;此外,本文通过密度上下限约束,改善了传统聚焦反演中聚焦因子选取困难的问题.新算法获得的反演结果,对聚焦因子的选择约束较少,相比传统聚焦算法,能够更容易的获得理想结果.将方法应用于理论模型验证其有效性和正确性,并应用本文方法处理文顿盐丘地区的航空全张量重力梯度数据,得到了与已知地质信息匹配的密度分布,表明本文方法具有处理实际数据的能力.

基于不等式约束的重力三维聚焦反演

聚焦反演是目前较受关注的重力反演方法之一,能较好地还原异常体的紧凑构造和物性差异较大的边界,但仍然存在着多解性较强的问题。为了解决该问题,引入不等式约束将反演参数限制在有意义的范围内,从而降低反演的多解性。基于此,将这两种思路融入重力三维反演中,引入对数转换函数法,实现了基于不等式约束的三维重力聚焦反演。模型试验表明:聚焦反演可以较准确地还原密度异常体的形状和范围,但在深部仍然存在虚假异常现象,而基于不等式约束的聚焦反演方法可以有效压制假异常,改善反演多解性问题;此外,分区域不等式约束可以提高先验物性信息应用的灵活性,获得更逼近真实模型的解。因此,基于不等式约束的三维聚焦反演可以降低反演的多解性,提高解的准确性。

基于深度加权的重力梯度张量数据的3D聚焦反演

针对重力梯度数据聚焦反演结果中存在的"上漂"现象,在经典Tikhonov正则化理论框架下,引入最小支撑泛函数对反演模型进行约束以避免反问题解的不稳定,并针对重力梯度数据聚焦反演中存在的趋肤效应,在模型目标函数中引入指数深度加权函数。通过理论模型,对部分重力梯度张量分量进行了单独以及联合聚焦反演,验证了基于深度加权的聚焦反演方法的有效性,并将该反演方法运用到涩北一号气田区的实际数据中,反演结果较好地反映出气田位置。

基于PARDISO直接求解器的三维自然电位正反演

近年来自然电位法在海底硫化物资源的勘探和评价中发挥了重要作用。本文开展的是基于PARDISO直接求解器的3D自然电位正反演算法研究。首先,利用有限体积法离散自然电位控制方程,采用PARDISO直接求解器提高正演计算的效率,通过数值解与解析解对比,验证了正演算法的可靠性。其次,在3D反演算法中考虑了地形因素,同时将最小支撑约束与深度加权加入目标泛函中,理论模型数据的反演结果很好地恢复了矿体的结构。最后,利用该算法对室内沙箱实验获得的自然电位数据进行反演,结果显示得出的电流密度异常与金属棒的位置基本一致。因此,本文提出的反演算法在未来大规模自然电位数据反演中具有重要作用。

重力梯度全张量数据三维共轭梯度聚焦反演

随着全张量重力梯度测量技术的日趋成熟和应用领域的不断扩大,重力梯度全张量数据的三维反演技术越来越受重视.本文利用剖分单元之间几何架构等效性,实现了重力梯度全张量场三维正演快速计算和导数矩阵优化存储.并将积分灵敏度、粗糙度和最小支撑泛函约束以及参考模型和模型参数界限约束引入到目标函数中,采用共轭梯度法进行反演迭代,实现了重力梯度全张量数据三维快速正反演计算.多种模型的反演试算表明:本文提出的反演算法的可靠性和稳定性较好,并且算法速度快、占用内存低且易于并行化.

基于最小支撑泛函模型约束的电阻率法三维聚焦反演

目前电阻率法三维反演方法大多是基于最小构造或最平缓模型约束的反演,这些反演算法能稳定收敛,但有时反演结果分辨率较差,不利于地质解释.本文在分析Zhdanov(2002)提出的基于最小支撑泛函聚焦反演方法的基础上,将最小支撑泛函引入到电阻率法三维反演的目标函数中,然后采用高斯牛顿法求解反演目标函数最优化问题,同时结合预条件共轭梯度法得到电阻率法三维聚焦反演结果.通过对几个典型模型的试算,并与传统光滑模型约束反演结果进行比较,表明本文反演方法结果与实际模型吻合的更好,分辨率更高,模型更聚焦,而且算法收敛速度较快.

重力三维聚焦反演在大盐滩深部卤水勘查中的应用

大盐滩地区盐湖企业面临水资源和盐矿资源双重危机,利用重力方法探寻新资源具有重要的实际意义。本文对该区布格重力异常进行三维聚焦反演,获得了大盐滩地区三维剩余密度结构。通过研究发现,大盐滩地区浅地表高低度异常,表征着赋存较为丰富的盐矿资源,但地层中水资源较为贫瘠,浅表水资源主要赋存在山前冲积扇及断裂带内。中深层位不仅具有多个含水层,而且出现多处低密度异常区(T1～T4),可能为深部卤水富集体的反映,是探寻新卤水资源的有利靶区。依此建议在阿尔金山山前冲积带及断裂带内寻找新的淡水资源,并在成矿有利区,开展深部卤水资源勘查工作。

基于χ~2准则的磁梯度张量3D聚焦反演方法

针对铁磁性物质反演中正则化参数自适应选择的问题,提出了基于χ~2准则的磁梯度张量3D聚焦反演方法。利用深度加权矩阵和最小支撑矩阵对经典Tikhonov正则化理论框架下的反演模型进行约束得到目标函数,避免了由于反演参数多于采集点数而导致反演解的多解性,并有效解决了核函数随深度增大而快速衰减的问题。通过对目标函数进行迭代奇异值分解获得最佳物性参数,并根据χ~2准则自适应地确定目标函数在迭代过程中的正则化参数,提高了迭代速度和求解精度。仿真和实验结果表明：该方法能准确还原磁性异常体的轮廓形态,具有较好的模型分辨率。

一种重力数据快速聚焦反演方法

本文研究提出一套重力数据快速聚焦反演方法,以用于高效清晰刻画地下目标地质体.所提出反演方法利用随机广义奇异值分解算法来求解矩阵的近似广义奇异值分解,能够有效地降低原始反演问题的维度.与常规奇异值分解算法相比,能够在占用较少的内存的情况下快速得出反演结果.同时在反演目标函数中融入聚焦约束矩阵以实现反演结果的聚焦性,利用广义交叉验证方法进行正则化参数选取.文章给出了所提出的反演方法的详细计算步骤,并通过两个理论模型试验和一组实测数据的反演试算佐证了所提出快速聚焦反演方法的有效性与高效性.

多尺度源网重力与重力梯度联合聚焦反演

在重力聚焦反演基础上提出多尺度源网聚焦反演算法。首先,对源网进行粗网格剖分,用共轭梯度法求解粗网格源网模型的聚焦解,直到拟合差下降至设定的数值;然后,将粗网格得到的密度映射到细网格;最后,以细网格模型为初始模型,进一步迭代直到拟合差下降至符合反演要求。模型试验结果显示,相比于固定源网反演,多尺度源网聚焦反演迭代的总耗时缩短50%以上。所提算法对单体模型、同参数双体模型和不同参数双体模型均比固定源网聚焦反演有更好分辨能力,对底边更深或整体埋深更大的模型分辨能力明显提高。实测数据试验结果显示,采用澳大利亚Kauring地区的实测重力和重力梯度数据反演计算,反演结果与前人一致,说明所提算法适用于实测数据。

基于指数型聚焦稳定器的大地电磁测深反演

相对于传统的光滑反演,聚焦反演可以突出地质体的尖锐边界。此外,指数型聚焦稳定器受聚焦因子(在聚焦类稳定器中普遍存在)影响较小,但这种新型的稳定器只在重磁反演中得以实现。基于此,尝试将这种新型的聚焦器引入到大地电磁测深(MT)反演中。模型试验表明基于指数型聚焦稳定器的反演结果可以有效地突出电阻率异常体的边界,指数型聚焦稳定器适用于MT反演且具有推广至其他地球物理方法聚焦反演的潜质。

二维大地电磁尖锐边界反演研究(英文)

尖锐边界反演是大地电磁及其他地球物理反演中的一个较难解决的问题,目前有不少专家正对这方面进行研究.我们在分析了Zhdanov(2004)提出的基于最小支撑泛函聚焦反演方法的基础上,在目标函数中引入对角梯度支撑以改善倾斜电性分界面的反演效果.同时,为了提高计算效率,本文还使用互易定义计算灵敏度矩阵及使用正则化共轭梯度法优化目标函数.通过模型试验并与未引入对角梯度支撑的反演结果进行了比较,表明本文的方法反演效果更好而且算法稳定和实用.

基于混合正则化的重力场约束反演

在实际地下地质构造是一类多尺度的构造(如断层和褶皱等),而传统的正则化方法多基于最小光滑策略,其反演密度模型一般不易辨识以上构造。为此在分裂Bregman迭代正则化框架下引入混合正则化方法以充分利用非光滑反演和小波多尺度反演算子的特性,引入与衰减系数无关的深度加权矩阵以更好地描述深部异常;针对非光滑反演中异常幅值易于超出现实及理论异常范围,引入密度成像中的约束以确保反演具有物理意义。通过设置两类模型,对比多类正则化反演方法。反演结果显示:混合正则化反演能有效地勾勒异常边界;在处理埋深不同的异常源时,相对于聚焦反演出现的过度聚焦现象而导致的反演深度描述不准确、异常歪斜,混合正则化反演的聚焦效应相对较弱、但深度描述准确。这表明本研究反演确实可行、有效,且具有更强的适应性。