直流电阻率法与音频大地电磁法二维联合反演

为提升电法勘探浅中部的分辨能力,降低单一地球物理数据反演的不确定性,将直流电阻率(DCR)数据和音频大地电磁(AMT)数据进行融合,基于正则化思想实现了DCR和AMT的OCCAM二维联合反演。在此基础之上,通过构建从简单到复杂的地电模型模拟野外实际地质情况,采用本文提出的联合反演技术对DCR和AMT理论数据进行联合反演,并与2种数据的独立反演结果进行对比分析。结果表明,研发的二维联合反演技术能够兼顾浅部和深部的地电信息,反演结果对整个勘探深度内电性变化的分辨能力更为显著。该技术的实现也在一定程度上提升了综合电法勘探地区有效数据的利用率,为直流电阻率法和音频大地电磁法的综合解释提供了一种新的手段。     

基于大地电磁二维反演的MPI和CUDA并行算法研究

大地电磁测深法属于天然场源的电磁勘探方法,是以岩石的电性差异为基础和前提的勘探方法。所采用的大地电磁二维反演方法为共轭梯度法,该方法避免了求解雅可比矩阵,效率较高,但是在将模型剖分较细时,多频率进行计算时效率有待提高。基于大地电磁频率依次独立处理数据的特点,采用了MPI的并行算法来提高效率,为了使得计算效率更高,在MPI的基础上增加了CUDA并行运算方法,用多个进程同时来计算各频率数据,在求解方程的过程中采用CUDA进行加速,得到计算结果。通过对正演和反演图的比较,验证了程序的正确性。对并行算法的效率进行了统计,进程数为2~4时,加速比能达到2.15~3.09,比单一的MPI并行算法的加速比要高,验证了程序的有效性。     

可控源音频大地电磁法(CSAMT)一维全区Levenberg-Marquardt反演方法

将Levenberg-Marquardt这一全新反演方法引入可控源音频大地电磁法(CSAMT)勘探的全区数据反演,提高了CSAMT勘探的深度,避免了测深数据的浪费。Levenberg-Marquardt反演的核心是引入变阻尼的思想,在反演的过程中根据向量各个分量的收敛速度的不同,给定不同的阻尼因子,实现反演的自适应化,这样就大大增加了整个反演的收敛速度和反演精度。反演中采用改进的Bostick变换作为初始模型,减少了反演的迭代次数。     

可控源音频大地电磁法在潍日高速公路测区应用为例

精确探测地下不明采空区的分布情况,对生产和工程施工安全起着至关重要的作用。基于此,本文采用可控源音频大地电磁法（Controlled-Source Audiomagnetotellurics,简称CSAMT）对潍日高速公路下伏煤矿采空区的分布情况进行精确探测。首先,通过野外多次现场试验,确定最佳采集参数,以获取高品质原始数据;其次,对采集数据进行异常点剔除,并采用中值滤波空间法进行静态校正去噪;然后利用处理后的数据进行反演,得到高分辨率电阻率断面图。通过处理前后电阻率断面图的对比,结果表明处理后的采空区形状更加清晰、位置更加准确。最后,利用测区采空区解释反演结果进行钻孔布设,其反演预测结果与实际钻井基本吻合。     

基于人工蜂群算法的大地电磁测深二维反演

人工蜂群(ABC)算法是一种智能全局寻优算法,通过模拟蜂蜜群的智能采蜜行为,来寻找问题的最优解。该算法具有调节参数少,对初始模型依赖低等特点,其劳动分工和独特的角色转换机制,也使该算法有较强全局寻优能力。而与典型的非线性优化算法(如模拟退火、遗传算法)相比,ABC算法在地球物理反演领域的应用开发不足,且以往的研究大多是针对一维反问题的。基于此,尝试将ABC算法引入大地电磁测深(MT)二维正则化反演。模型试验表明,ABC算法适用于二维MT反演,该算法的实现进一步丰富了非线性算法在地球物理领域的应用。     

大地电磁二维正演响应特征试算

采用基于有限差分的大地电磁二维正演程序,分别对单个低阻异常体、高低阻复合异常体和断层两侧高阻异常体模型进行了模拟计算,对比TE、TM视电阻率和相位特征以及TP振幅的响应规律进行模拟归纳并且总结出大地电磁二维正演的响应特征,为大地电磁方法的设计和数据解释提供参考与借鉴.通过计算结果表明:在二维大地电磁测深正演响应特征中,TE、TM视电阻率和相位以及TP幅值展现出不同的形态,其中TE模式可以更好地分辨纵向地质体异常,TM模式可以更好地分辨横向地质体异常.     

强干扰区可控源音频大地电磁勘探处理研究

强干扰区进行地球物理探测,尤其是电磁法勘探时,难以获得可靠的、高质量的原始数据;为取得良好的勘探效果,预处理的重要性更加凸显。通过对原始数据的呈现、分析,提出数据预处理的两套方案,并从理论和实际上证实了方案的可行性。最终结合勘探实例,对比两套数据预处理方案,优选全区视电阻率的方法对原始数据进行预处理,并对其预处理数据反演成图,取得了良好的应用效果。     

基于可控源音频大地电磁法的场源影响校正新方法

基于一维正演模拟,对可控源音频大地电磁法(controlled-source audio magnetotelluric method, CSAMT)实测资料处理的场源影响校正问题进行了研究。通过计算远场因子与发射频率、收发距和大地电磁阻抗倒数模三者乘积(综合因数)的关系,实现了简洁有效的查表场源影响校正方法。同时,为提高校正方法解决实际生产问题的能力,又开展了视电阻率数据场源影响校正与反演处理协同联进策略(反演递归校正法)的研究工作,从而进一步提高了数据处理效果;考虑到反演递归校正处理方法,受初步校正结果影响较大,又提出了设计层状背景模型的校正方案,即在工作区前期地质与物性等资料综合研究成果的基础上,通过对工区地质-地电模型的构建,进一步提高CSAMT实测资料的场源影响校正效果,并经由理论模型算例和实测数据处理验证了方法的可行性和有效性。     

二维直流电阻率与音频大地电磁自适应渐进联合反演

开展了非结构化三角网格条件下的二维直流电阻率与音频大地电磁自适应渐进正则化联合反演研究。通过研发以模型灵敏度信息为依据的反演网格自适应优化技术,构建由粗网格到细网格逐步反演的自适应渐进反演策略,减少了反问题对稳定因子的依赖,进而降低了正则化因子搜索的计算量;通过最小二乘算法求解非结构化三角网格的模型粗糙度,构建了非结构化网格条件下的最小结构稳定因子;采用高斯-牛顿法优化求解正则化反演目标函数,通过双共轭梯度稳定算法求解高斯-牛顿方程,确保反演稳定性,同时有效减少了反问题对内存的需求。理论模型与实测数据的联合反演试算表明,直流电阻率与音频大地电磁数据联合反演能够有效减少反演多解性,提高反演效果,实现音频大地电磁静态效应异常体的直接反演。     

可控源音频大地电磁法（CSAMT）在黄土塬地区找水中的应用

可控源音频大地电磁法（CSAMT）具有探测深度大、分辨能力高等特点,广泛应用于地下水资源勘查、金属矿产勘查和石油勘查等领域,尤其适用于圈定地下水资源的空间位置、规模、连通性等钻前勘查工作。应用该方法在甘肃黄土塬地区寻找地下水,取得了良好的地质效果,说明,可控源音频大地电磁法用于黄土塬地区找水是行之有效的。     

基于深度学习的可控源音频大地电磁二维反演

可控源音频大地电磁(controlled-source audio-frequency magnetotellurics, CSAMT)采用人工场源,具有较强的抗干扰性,广泛应用于油气勘探、矿产普查等方面。传统的二维反演技术已发展成熟,深度学习目前在地球物理探测中有了一些研究进展,但深度学习在CSAMT反演中的研究还是空缺,因此开发基于深度学习的CSAMT二维反演算法对推进深度学习在电磁勘探中的发展非常有意义。对深度学习的卷积层、池化层、全连接层和UNet网络的特点进行了介绍;对如何构建训练集、本文所采用的UNet网络以及如何设置训练的各参数进行了阐述。将训练好的网络储存下来,在做反演计算时,将网络导入程序中,用网络对观测数据进行预测,得到反演结果。设计了多个理论模型进行反演试算,实验结果验证了算法的可靠性和有效性。对深度学习反演和数据空间OCAAM反演的计算时间进行了统计,在构建训练集和训练网络时需要较多时间,但采用训练好的网络反演的时间远低于传统反演的计算时间,具有反演速度快的特点。     

善治视域下我国政府回应能力提升探析

传统的可控源音频大地电磁法(CSAMT)反演方法属于线性或者局部线性,大都依赖初始模型.而遗传算法因其不依赖初始模型的特点而应用到CSAMT反演中.但是,标准的遗传算法存在早熟、局部收敛等问题.针对这些问题,对标准的遗传算法进行改进,采用排序法和最优保留策略相结合的选择算子,增强其种群多样性并保证其收敛性;采用父子竞争策略和自适应概率法相结合的交叉算子,能够防止好的父代个体被淘汰,又具有适应性.通过理论模型进行算法仿真验证,证明其有效性,说明改进遗传算法较标准遗传算法在CSAMT一维反演中有明显的改善.通过对实测数据进行反演,其结果与地质资料吻合,证明了其适应性.     

基于互相关算法的CSAMT接收信号处理研究

针对可控源音频大地电磁法（CSAMT: Controlled Source Audio-frequency Magnetotelluric）实际勘探中, 因深部目标体响应信号微弱, 测量环境噪声严重等特殊情况而导致接收信号的清晰度大大降低的问题, 提出一种基于互相关算法的CSAMT接收数据去噪处理的新方法。该方法利用发射信号与接收信号之间相关性强, 与随机噪声相关性弱的特点, 设计发射信号电流波形记录器, 将接收信号和发射信号作互相关处理, 滤掉噪声等干扰信号。实验结果表明, 该方法可压制噪声, 可提高CSAMT测量的准确性。     

利用MT新的视电阻率定义提高反演分辨率

在Cagniard提出的传统视电阻率定义和Basokur提出的视电阻率定义的优缺点基础上 ,提出了折衷的新视电阻率定义 ,它不仅可以减小曲线的振荡性 ,而且继承了Basokur视电阻率定义对电性薄层的良好分辨能力 ,并可以避免Basokur视电阻率定义下容易出现的低相位时视电阻率曲线抬升过快的现象 .通过模型和实际大地电磁测深资料的对比试验和处理解释 ,证明该方法可以提高反演计算的分辨率和准确性     

大地电磁测深和重力数据同步正则化联合反演

在以往正则化联合反演中,不同的地球物理方法均采用相同的正则化因子。当不同的地球物理方法的数据拟合泛函和模型稳定泛函的数量级不一致时,单正则化因子条件下的正则化联合反演不能充分发挥不同地球物理方法各自模型约束泛函的作用。针对这点不足,以大地电磁测深(MT)和重力联合反演为例,提出了双正则化因子的确定方法,新方法根据MT和重力方法各自的数据拟合效率实现了正则化因子的自适应调整。设计了非完全共界面的断块模型。模型试验表明:与传统的MT和重力正则化联合反演相比,双正则化因子条件下的MT和重力联合反演可以更好地发挥各自的模型约束泛函的模型约束作用,联合反演的解更符合真实模型。     

大地电磁测深和重力数据贝叶斯联合反演

贝叶斯反演是地球物理联合反演领域的研究热点。目前,虽已有其他方法之间的贝叶斯联合反演文献发表,但鲜有文献涉及大地电磁测深(MT)和重力数据贝叶斯联合反演。现基于非常快速的模拟退火(VFSA)算法实现了MT和重力数据贝叶斯同步联合反演。将MT和重力联合反演的解表达为电阻率和密度的后验概率密度分布,并提取了电阻率和密度的最大后验概率解、均值解和最终迭代解。模型试验表明,参考多种解的表达有助于获得更加接近实际的解,认识解的多解性和不确定性。     

MT资料反演的一种实数编码混合遗传算法

设计了一种求解一维大地电磁测深反演问题的实数编码混合遗传算法,它是通过单纯形搜索与遗传算法结合而成。针对传统的遗传算法在优化应用中存在局部搜索能力弱、计算量大、对较大空间适应能力弱和早熟收敛,而基于局部线性化的单纯形法易使解陷入局部极小值,严重依赖初始模型的选择等问题,在遗传算法中加入一个改进的单纯形搜索算子,并采用最优群体保留策略。该新算法既具有遗传算法的全局收敛性,又具有单纯形法的快速收敛性。对各种类型的大地电磁测深理论曲线进行计算,结果表明:采用实数编码混合遗传算法进行反演具有收敛速度快、解的精度高和避免出现早熟等优点,可用于大地电磁资料解释。