大地电磁人工神经网络反演

为提高大地电磁非线性反演的计算效率和精度,将人工神经网络引入大地电磁数据反演。神经网络输入为已知地电模型的视电阻率数组,输出为地电模型参数。采用BP算法(back propagation algorithm)进行学习训练,通过信息正向传播和误差反向传播,迭代计算得出神经网络连接权值的最优值;再将训练好的神经网络对未知模型的视电阻率进行反演。对2层和3层大地电磁模型分别建立神经网络并测试反演,研究结果表明:该反演方法能实时准确地逼近真实模型,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于深度学习的二维航空大地电磁数据反演

航空大地电磁法以其机动灵活、效率高等优点,适用于在地势崎岖的偏远环境中开展快速普查作业.目前,针对二维航空大地电磁数据的反演研究大多采用对目标函数求解偏导数的方式进行,这会造成反演结果对初始模型依赖高,且极易陷入局部极小值.为解决上述问题,首先从麦克斯韦频率域方程组出发,推导倾子响应计算公式.其次,采用有限单元法计算异常体地电模型倾子响应,并结合地下电阻率值标签,构建深度学习样本数据集,采用卷积神经网络顺利实现了二维航空大地电磁数据反演.最后,针对不同埋深的二维异常体地电模型,分别采用传统电磁反演和深度学习反演方法进行反演研究,对比分析了不同反演方法反演结果.结果表明,相较于传统电磁反演方法,采用深度学习反演方法进行二维航空电磁数据反演,反演速度更快,准确度更高.     

基于CNN的矿井富水区电磁反演研究

针对传统卷积神经网络(CNN)在电磁反演中提取数据特征时冗余信息多,导致网络反演精度降低的问题,提出一种变步长卷积神经网络电磁反演方法,将输入数据拓展为一维行向量,在各层网络中交替使用不同步长的卷积核进行卷积运算提取数据特征,利用变步长卷积方式替代传统网络的池化层,完成对冗余信息的过滤和特征信息的选择,并通过小卷积核级联的方式增大网络感受野提高网络的非线性表达能力。通过二维时域有限差分法(2D-FDTD)对不同电磁参数的富水区模型进行正演计算,并根据计算得出的电场时域响应特征建立样本数据集;将变步长卷积神经网络应用于电磁反演研究,建立适用于富水区问题的变步长卷积神经网络电磁反演模型,并验证变步长卷积神经网络电磁反演方法的精度。结果表明：该方法对坐标位置的反演平均相对误差为2.85%,对相对介电常数的反演平均相对误差为6.07%,反演结果与实际模型吻合度较高。所提方法对提高矿井富水区电磁反演的精度和效率具有一定的理论参考价值。     

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.     

二维MT电阻率与磁导率同时反演研究

开展了同时考虑介质电阻率与磁导率变化的大地电磁二维正则化反演问题研究。不考虑位移电流影响的大地电磁勘探,电阻率与磁导率是影响观测电磁场的主要物理参数;考虑岩石的电阻率变化范围相比磁导率大的多,所以大地电磁反演解释常常只考虑电阻率;然而,二维正演模拟表明,当地下介质含有较多铁磁性矿物时,磁导率的局部异常体对大地电磁观测的影响不能忽略。因此,开展了同时反演电阻率与磁导率的正则化反演,建立了同时反演两个参数的正则化反演目标函数,并通过高斯-牛顿法对正则化目标函数进行最优化求解;采用模型空间到反演空间的函数映射技术,将电阻率与磁导率限定在具有实际物理意义的变化区间,并通过双共轭梯度稳定算法求解高斯-牛顿系统,以确保反演稳定性。对合成数据与实测数据进行了反演,表明从大地电磁数据可以恢复地下介质磁导率,开展磁导率与电阻率的同时反演提高了反演效果,丰富了数据解释依据。     

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。     

基于改进粒子群深度神经网络的频率域航空电磁反演

传统的梯度反演方法依赖于初始模型选取,且容易陷入局部极小,在一定程度上影响着反演的求解精度和收敛速度,为此,提出一种基于改进粒子群深度神经网络的频率域航空电磁反演方法。首先,通过频率域航空电磁模型正演获取样本数据集;随后,依据样本数据集建立深度神经网络的基本框架,网络的输入为归一化垂直磁场分量,输出为相应地电模型参数;第三,提出一种惯性权重振荡衰减措施在粒子群优化算法的基础上进行改进,以提高粒子群优化算法的全局寻优能力,并利用改进的粒子群优化算法优化深度神经网络的训练过程,得到连接权值与阈值的最优解;最后,将最优的权值与阈值作为网络的初始值,并利用该网络对未知地电模型进行反演测试。利用层状地质模型测试改进粒子群深度神经网络算法、粒子群神经网络算法和单一的神经网络算法的反演效果,并将此方法运用于实测航空电磁数据反演。研究结果表明:本文提出的改进粒子群神经网络算法充分结合了粒子群优化算法的全局寻优性能和深度神经网络的局部寻优性能,在反演过程中能有效避免反演陷入局部极小,寻找到全局最优解,并能准确地反演出地电模型参数;与粒子群神经网络算法和单一的神经网络算法相比,本文提出的方法具有更高的求解精度和收敛速度。     

音频大地电磁法在中甸断裂勘察中的应用

电磁勘探方法是探测地球浅部电性构造的一种实验方法。以中甸断裂勘察为例,利用音频大地电磁,通过反演解释振幅和相位曲线得到其地电断面信息,研究了地电断面电阻率的差异进而区分岩性及构造体,并根据电阻率量值的大小以及在地下的展布形式来识别地下地质体空间分布和性质。勘察结果给出了测区目标断裂的位置和规模,较好地区分了破碎层与完整基岩,为后续工作的开展提供了地球物理依据。结果表明,音频大地电磁法在探测浅层破碎带方面是有效的。     

秦王川盆地EH-43D数据场可视化模型研究

通过在秦王川盆地中部地区开展地球物理勘查,结合地面地质调查,已知钻孔录井、测井等资料,采用音频大地电磁测深二维反演技术和Petrel 3D可视化技术,建立秦王川盆地中部地区视电阻率参数下的3D地质模型.模型依据视电阻率变化和地层岩性之间的相互关系,精细刻划地下地质体结构,从3D立体结构上精确描述了地下岩石的电性响应特征,揭示了秦王川盆地中部地区第四系基底埋深分布规律.     

大地电磁主轴各向异性二维理论模型反演分析

地下介质普遍存在各向异性,为反应地下真实地质情况,需建立各向异性模型进行研究。本文主要进行主轴各向异性大地电磁二维反演研究,采用有限单元法作为正演模拟方法,将正演响应结果与前人计算结果进行对比分析,验证了算法的正确性,并对不同方向上电阻率响应灵敏度进行分析。采用非线性共轭梯度法进行反演研究,该方法不需要直接计算雅克比矩阵,相对于其他反演方法节省了计算时间,计算效率高;目标函数的建立对于不同方向上的电阻率采用不同的正则化参数来进行约束。通过复杂的各向异性体模型进行反演,结果显示对于不同方向上电阻率的恢复以及异常体位置的圈定都取得了较好的效果,说明了反演算法的有效性。     

层状大地视真频参数测深曲线的反演

在Cole-Cole模型假设的基础上,用一种新的递推反演算法对无电磁偶合影响时的水平层状大地对称四极装王复电阻率测深曲线进行反演,得出了层状大地上视电阻率、视时间常数、视频率相关系数、视充电率的视真频参数测深曲线.与需要复电阻率频谱的反演方法不同,该递推算法只需要4个不同频率的复电阻率数据,大大减少了野外工作量.通过对几种层状介质模型反演计算,结果表明:视真频参数测深曲线能够反映出各地层介质的真频参数随深度的变化规律;综合利用视真频参数能确定层状介质的频谱特性,从而达到区分岩石性质的目的.     

圆锥型场源瞬变电磁OCCAM反演研究

采用OCCAM方法对圆锥型场源瞬变电磁响应进行反演研究。首先对典型的3层和4层地电模型开展反演计算,并与烟圈反演方法结果进行对比;其次,开展圆锥型场源瞬变电磁拟二维反演;最后,在东北某地区开展野外实验,采用OCCAM方法进行反演处理,并与CSAMT反演结果进行对比分析。研究结果表明：采用OCCAM反演方法处理得到的视电...     

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     

基于深度学习的心血管血流动力学参数反演

考虑现有血流动力学参数反演方法在实际应用中存在计算量大、迭代易发散等问题,提出一种新的基于深度学习的心血管血流动力学参数反演方法.首先建立一维-零维耦合的多尺度血流动力学模型;随后基于卷积神经网络和全连接神经网络提出一种用于参数反演的混合多源输入深度网络模型;针对测量波形中的噪声干扰问题,提出一种同时利用多个深度网络的...     

MT法在石嘴山市地热资源勘查中的利用

通过对宁夏石嘴山市中华奇石山文化旅游区采集的大地电磁测深剖面的精细处理及二维反演,获得了研究区3 500m深度范围内的电性结构模型.阻抗张量分解结果表明区域主构造走向为NE50°,视电阻率和阻抗相位拟断面图显示二维反演获得的电性结构模型可靠,可以代表研究区该深度范围内的电性结构.大地电磁测深剖面的电性结构模型具有明显分层性,从上到下可分为低阻-高阻-低阻三层.结合区域地质资料和钻孔成果,推断研究区地层从上到下依次为第四系、新近系和古近系,其中第四系厚度约800m,新近系厚约1 400m,以下为古近系.经实钻勘探验证,研究区地热井井口水温达65℃,出水量达1 260m3/d,证实大地电磁测深法在沉积盆地地热勘查中应用效果良好.     

基于双二次插值的2.5维FCSEM有限元正演模拟

首先给出2.5维频率域可控源电磁的有限元方程,并详细推导基于矩形剖分及双二次插值的有限元方程的刚度矩阵的求解过程;接着重点研究波数的选取并得到一组精度较高的波数选取方案;然后利用本文基于双二次插值的有限元算法对一个均匀半空间模型进行模拟计算,并将计算结果与解析解对比,验证本文算法的正确性;最后对2个二维地电模型进行有限元模拟,分别得到TE及TM模式下的视电阻率及相位等值线断面图,通过对比分析可知模拟结果均能在不同程度上反映出异常体,从而进一步说明本文算法能够对2.5维频率域可控源电磁进行有效地模拟。     

磁化率对大地电磁响应影响异常规律研究

为探究地下介质的磁化率性质对大地电磁观测数据的影响,本文在常规大地电磁的正演过程中引入磁化率这一物性参数,利用有限单元法实现了同时考虑电阻率和磁化率的二维大地电磁正演算法。通过建立不同模型进行正演计算,详细分析了磁性体的磁化率值、背景电阻率值、埋深等参数对大地电磁正演结果的影响,总结出两种判定地下磁性体是否会对大地电磁数据产生影响的方法：若已知地下磁性体的规模,可根据磁性体的埋深与边长的比值系数判定;若未知地下磁性体的规模,可根据地磁测资料磁异常的幅值变化判定。     

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。     

大地电磁资料三维傅里叶变换偏移方法及其应用

利用傅里叶变换及内插外推方法对三维大地电磁资料偏移成像问题进行了研究。首先将大地电磁场满足的三维亥姆霍兹方程降维分裂成两个二维响应方程，然后对每一个二维方程进行傅里叶变换，使二维方程变为一维方程，通过大地电磁场垂向方向的导数在地面上所满足的边界条件，确定外推方程中的两个待定系数，从而得到一维外推方程的解。对横向非均匀地电介质，利用分段傅里叶变换方法进行偏移，同时将每一段内电阻率的平均值作为背景值。为了解决纵向介质的不连续问题，取相邻两频点的电阻率值的外推结果进行加权内插。对于横向各段的衔接，采用内插平滑处理。应用该方法对伊朗项目中T01—010测线资料进行了偏移处理，偏移结果除了反映浅层和基底明显的分界面之外，还能较好地反映局部地电异常体引起的异常。     

综合物探方法在换流变电站接地极址的应用

该文主要介绍了用瞬变电磁测深(TEM)和大地电磁测深(MT)两种方法,解决某换流变电站接地极址地下电性分布的情况。对实测TEM资料进行了一维TEM反演,得到地下2km深度的电性参数和电阻率断面图;对实测MT数据进行预处理后,通过一维反演、二维反演分别得到地下30km深度内的电性参数和电阻率断面图。反演结果表明,TEM与MT结果具有较好的一致性,且电性参数和断面图为接地极址的设计和建设提供了可靠电性参数。