基于正则化因子与稳定因子的大地电磁反演研究

地球物理反问题存在多解性和不稳定性,正则化是得到稳定解的重要手段。正则化方法中稳定因子的设计与正则化因子的选择是两项重要研究内容。以大地电磁测深法为例,研究了正则化因子的"L"曲线法自动选择算法;针对不同的稳定因子,研究了稳定因子的特点及稳定因子内部参数的选择原则。研究工作为大地电磁反演提供支持。     

基于混合正则化的最小二乘三维电阻率反演成像

基于经典Tikhonov正则化(classical Tikhonov regularization)的最小二乘反演是三维电阻率反演的主要方法。对于电阻率分片连续的地质体,由于光滑反演解的光滑性使得目标区域与背景区域间边界模糊,不能很好地体现异常体的形态信息和位置信息,成像效果不好。将总变分正则化(total variation regularization)与经典Tikhonov正则化结合,提出混合正则化反演方法,通过模型分析比较经典Tikhonov正则化、TV正则化、混合正则化在反演结果上的不同,证明了引入混合正则化约束的最小二乘反演既保持了经典Tikhonov正则化方法解的稳定性,又具有TV正则化方法解的保边缘性,有效地改善了三维电阻率成像效果。最后将混合正则化的反演方法应用到实际工程,验证了该方法的有效性和实用性。     

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。     

一种适合磁异常反演的正则化因子选取方法

为更精确地确定地下磁性物质的分布,结合工程勘察中的磁法探勘和位场反演特点,借鉴Zhdanov等提出的自适应正则化因子选取方式,提出一种适合磁异常反演的完全自适应正则化方法。在进行一次常规自适应算法的基础上,得到估计的正则化因子初始值,根据数据拟合的下降效率确定合适的正则化因子的计算值,并采用较大的衰减因子,通过自动衰减正则化因子在考虑计算效率的条件下得到较好的数据拟合和稳定的反演结果。模型实验表明,此方法的数据拟合效果比L曲线法更好,同时在解稳定的前提下减少了迭代次数。     

一种基于L曲线准则的正则化图像复原算法

针对因大气湍流而引起的模糊图像的复原问题,通过对偏差函数添加正则函数以使得要求解的方程组是适定的. 以偏差函数和正则化函数为坐标,得到复原图像关于正则化参数的参数曲线,用三次多项式拟合了该曲线的左端部分,并以该曲线的最大曲率点对应的参数为最优正则化参数. 当图像边界满足周期性条件时,利用傅里叶矩阵可以将分块循环矩阵对角化,进而利用二维离散傅里叶变化和反变换求解线性方程组而得到复原图像. 实验结果表明,当噪声方差较小时,可得到比较满意的复原结果.      

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。     

自适应整形正则化迭代最小二乘谱反演方法

提出一种基于自适应整形正则化的迭代最小二乘谱反演方法(ILSSI-ASR)。该方法从反演思想出发,将整形正则化引入到迭代最小二乘谱反演中,基于反演的谱分析方法构造一种自适应整形算子,并对正则化参数进行自动优选,获得信号在时-频域的分布特征。结果表明：该方法较好地解决了反演过程中遇到的多解性及稳定性等问题,拥有更高的时频分辨率及更好的能量聚集性,可对储层进行更精确地刻画。     

大地电磁反演中改进的自适应正则化因子选取研究

通过建立大地电磁(MT)层状地电模型,利用共轭梯度法求解反问题,在给定不同初始模型的条件下对多种正则化因子选取方法进行了计算比较,分析了各种方法的特点和使用条件.结果表明,自适应正则化算法的效果与传统的定值方法如L曲线法相近,但反演过程远比传统方法便捷.为了解决反演依赖于初始模型的局限并增强解的稳定性,基于多种自适应正则化方案的对比分析,提出了改进的自适应正则化方案,选取数据拟合泛函与模型稳定泛函较大的比值为正则化因子的初始值,并提出相应的调整方案自动控制正则化因子衰减.模型试验表明,该方法对初始模型的依赖性低于其他几种自适应的算法,反演结果的稳定性较强,可以进一步提高正则化反演的效率.     

大地电磁反演中改进的自适应正则化因子选取

通过建立大地电磁(MT)层状地电模型,利用共轭梯度法求解反问题,在给定不同初始模型的条件下对多种正则化因子选取方法进行了计算比较,分析了各种方法的特点和使用条件.结果表明,自适应正则化算法的效果与传统的定值方法如L曲线法相近,但反演过程远比传统方法便捷.为了解决反演依赖于初始模型的局限并增强解的稳定性,基于多种自适应正则化方案的对比分析,提出了改进的自适应正则化方案,选取数据拟合泛函与模型稳定泛函较大的比值为正则化因子的初始值,并提出相应的调整方案自动控制正则化因子衰减.模型试验表明,该方法对初始模型的依赖性低于其他几种自适应的算法,反演结果的稳定性较强,可以进一步提高正则化反演的效率.     

频率域2.5维广域电磁法正反演研究

针对复杂起伏地形问题,从总场满足的方程出发,推导2.5维广域电磁法满足的微分方程,采用有限元技术实现2.5维广域电磁法有限单元法正演计算.设计层状地电模型,验证本文开发的2.5D广域电磁法算法的正确性,分析广域视电阻率与Cagniard电阻率曲线特征.同时,构建广域视电阻率的正则化反演目标函数,采用非线性共轭梯度算法开...