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1.
目前在研究地球物理参数的空间变异特性时常常是基于几何各向异性假设,然而实际中几何各向异性假设常常不成立。本文提出了一种求解地球物理参数各向异性的新方法,首先对各方向上的变异值作归一化处理,然后用拟合的方法得到各方向单位步长上的变异性强度,进而实现对全局各向异性的求解。以上海地区合成孔径雷达干涉测量(InSAR)中差分大气延迟样本数据为例,验证了新方法求解各向异性的优越性:新方法的偏差只有6.4%,而基于几何各向异性假设方法的偏差达到了21.2%,而且新方法的运算效率有非常显著的提高。进一步,通过克里金插值交叉验证实验,证明了基于新算法得到的结构函数的插值效果最好,从而从另外一个角度验证了新算法求解的各向异性更准确,更好地表征了区域化变量的空间结构特征。因此,与几何各向异性假设的方法相比,新方法不仅能更准确的描述地球物理参数的各向异性,而且有更高的运算效率,为更准确地估计出所需的地球物理参数奠定了基础。 相似文献
2.
地球物理反问题线性化处理之后, 各种反演算法归结为对病态线性方程组的求解. 为了快速准确地计算出地球物理参数, 本文提出了一种全新的基于LSQR算法的混合差分进化算法(Hybrid Differential Evolution Algorithm, HDE). 该算法利用LSQR算法给出DE算法的初始种群, 提高DE算法的计算速度和稳定性. 在不同噪声水平下, 对四种正则化方法Tikhonov、TSVD、LSQR和HDE的反演结果进行详细比较. 理论模型和实际数据反演的结果都表明: 改进的HDE算法应用于地球物理反问题的求解是成功的: 反演结果与原设定模型具有较高的相关性, 在稳定性和准确性上较常规的反演算法都具有一定的优势; 而且不需要给定正则化参数, 具有更强的实用性. 相似文献
3.
各向异性普遍存在于强磁性体矿物中,为研究各向异性强磁性体磁场响应特征,本文提出一种空间波数混合域三维各向异性磁场数值模拟方法.该方法首先将各向异性强磁性体磁位满足的三维偏微分方程进行水平方向二维傅里叶变换,将其降为不同波数之间相互独立的一维常微分方程;然后加载准确的上下边界条件,采用二次插值有限单元法计算一维常微分方程,得到五对角方程,采用追赶法进行高效求解;最后采用迭代法求解场分量,引入紧算子保证迭代稳定收敛;综合傅里叶变换的高效性、一维方程求解的快速性和迭代算法的稳定性,实现各向异性强磁性体磁场的三维高效、高精度数值模拟.设计各向异性椭球模型验证算法的正确性,并分析紧算子对不同各向异性磁化率模型的迭代收敛性;与COMSOL Multiphysics软件对比计算效率,表明相同节点下本文算法效率优于常规三维有限元方法,且计算节点总数越多优势越明显.重点研究各向异性参数改变对VTI、HTI、TTI强磁介质异常场响应的影响.最后采用某磁铁矿DEM高程数据模拟起伏地形对各向异性强磁性体磁异常场幅值和形态的影响,体现出本文算法对各向异性强磁性体大规模复杂地形的适应性. 相似文献
4.
在实际的地球物理数据采集工作中,会因为多方面的客观原因导致数据缺失,对缺失数据进行插值重构是地球物理数据处理和解释的基础问题。基于地球物理数据自身或在变换域内的稀疏性,将地球物理数据的重构转化为稀疏优化问题可提高数据重构的精确度与稳定性。本文建立了LO范数最小化的地球物理数据稀疏重构模型,针对不同规模、不同特征的地球物理数据引入了两种不同类型的LO范数最小优化问题的近似求解算法,即基于LO范数最小化的迭代再加权最小二乘算法与具有快速收敛性的快速迭代硬阈值法。理论分析与数值试验表明,将迭代再加权最小二乘算法应用到位场数据重构中可发挥其收敛速度快,计算时间短,精度高的优势,而快速迭代硬阈值法更适合处理地震数据,相对于传统的迭代硬阈值法计算效率有了很大的提高。 相似文献
5.
地球物理、地球化学或遥感图像等资料的奇异性(singularity)反应了其内在的空间自相似、自仿射分形以及多维分形特性.奇异性可以应用在值估计(插值)与重建(提高分辨率)、矿产储量计算与勘探构造特征提取和环境评价中.目前,不存在时奇异值的各向异性的估计算法与应用.然而,在矿物勘探中对地球物理、地球化学与遥感资料处理解释时,各向异性是常见的现象.实践证明,矿产往往赋存在这些各项异性的次级构造与主构造的交会处.GIS是综舍各种地质、地球物理、地球化学与遥感等资料的有效工具.本文给出GIS环境下,各向异性奇异值以及有关的参数估计方法.用加拿大Nova Scotia省南半部的地球物理、地球化学资料进行了试算,计算结果与已知的地质、矿产分布模式有极好的相关性.这说明,各向异性奇异性参数在矿物勘探中有极大的应用前景. 相似文献
6.
地下地层普遍存在各向异性,忽略介质各向异性会导致速度估计不准确,成像精度下降.基于二阶声波方程的最小二乘逆时偏移忽略了介质各向异性及密度变化的影响,致使模拟地震数据与实际观测数据不匹配,影响收敛速度和反演成像质量.VTI介质一阶速度-应力方程能较好适应各向异性变密度情况,为此,本文首先从VTI介质一阶速度-应力方程出发,进行波动方程线性化;其次推导了相应的扰动方程和伴随方程,并通过伴随状态法得到梯度更新公式;最终形成基于一阶方程的LSRTM算法理论及实现流程.在实现算法的基础上,通过数值试算及成像结果对比,验证了本文算法在处理变密度和VTI介质时的有效性和优越性.偏移速度以及各向异性Thomsen参数误差的敏感性测试及误差收敛曲线对比结果进一步表明:速度及Thomsen参数对成像结果存在明显影响,其中速度敏感性最强,参数epsilon次之,参数delta的敏感性最弱. 相似文献
7.
三维地震波走时计算技术是三维地震反演、层析成像、偏移成像等诸多地震数据处理技术中非常重要的正演计算工具.为了获得精度高且兼顾效率的三维走时计算方法:首先,在常规双线性插值公式推导过程中,充分利用平面波双线性假设的结论,获得了二元极小值超越方程的解析解,进而推导出了准确的局部走时计算公式,同时构造性地证明了该计算公式满足地震波的传播规律和Eikonal方程;其次,引入迎风差分的基本思想,提出迎风双线性插值的局部走时计算策略,该计算策略能简化算法、提高效率且保证无条件稳定性;然后,将上述计算公式和迎风双线性插值策略与常规快速推进法中的窄带技术结合,获得了一种新的基于快速推进迎风双线性插值法的三维地震波走时计算方法;最后,通过精度和效率分析检验了新算法的精度、效率和正确性,并通过计算实例验证了算法在面对复杂介质时的稳定性和有效性. 相似文献
8.
为了准确的探测和描绘地下复杂的地质结构,同时克服地球物理单一方法反演的多解性和单一参数反演模型的不一致性等问题,近年来基于交叉梯度联合反演的综合地球物理解释已经得到了广泛的关注和应用.本文首先研究了两种地球物理方法的交叉梯度联合反演算法,在此基础上,推导并实现了多种地球物理方法(大地电磁,重力,磁法,地震初至波走时)的多交叉梯度约束的二维联合反演算法;其次,我们设计了结构不一致模型和复杂模型,针对多物性联合反演算法的准确性和有效性进行了模拟试算,并对复杂模型的单独反演结果和联合反演结果进行了交叉梯度值和物性交会图的对比;最后,本文将成熟的卫星资料多光谱综合分析技术应用到联合反演中,将多物性参数反演模型结果图通过RGB(红-绿-蓝)模式进行合成,得到融合的RGB合成图.结果表明:通过对结构不一致模型和复杂模型的联合反演结果和单独反演结果的对比分析,可以得出联合反演得到的结果更接近真实模型,并从得到的交叉梯度值进一步证明了联合反演模型相似度高,也从物性交会图中得到联合反演的物性相关性更好的结论,反向证明了算法的正确性.最终从得到的RGB合成图像,我们可以更直观的分析反演结果,更有利于准确划分地下模型结构. 相似文献
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《应用地球物理》2019,(4)
为解决时间域Bregman迭代算法计算效率低、抗噪能力不强的问题,提出了一种高效、自适应的频率域Bregman稀疏脉冲反褶积算法。通过对传统时间域Brgman算法进行频率域推导,得到了一种基于频率域计算的Bregman求解算法。在频率域进行Bregman算法的求解,有效避免了高斯噪音和离群噪音对算法收敛性的影响,并且通过在主频带范围计算,算法较时间域求解效率大幅提高。在求解过程中,引入了广义交叉验证(Generalized Cross Validation,GCV)的方法优选正则化参数,使算法具有了自适应参数选择的能力。通过建立不同的模型,分别使用时间域和频率域Bregman算法进行求解,验证了改进算法在抗噪音、计算效率和自适应方面的优势。最后,将改进方法与常规时间域Bregman算法分别应用于吐哈盆地某实际资料,处理结果表明改进方法较传统算法有更优异的表现。 相似文献
10.
裂缝广泛分布于各类储层岩石中,并且会显著提高储层的渗流能力.因此,裂缝的评价和表征对于提高油气产能具有重要意义.由于裂缝与背景介质之间的波致流会显著影响地震波的频散和衰减特性,所以地震勘探是评价裂缝性储层的有效手段.裂缝地震定量表征的前提是要基于含裂缝岩石中波致流对频散和衰减的影响建立含裂缝岩石物理特性与地震性质的关系.然而,目前相关的理论研究大部分基于各向同性背景这一假设,难以有效应用于常见的各向异性储层.本文针对背景为各向异性的含裂缝岩石提出了频散和衰减的计算方法.该方法首先将含裂缝岩石中的各向异性背景介质等效为层状背景介质;然后,通过分析不同频率下层状含裂缝岩石中的流体压力分布,理论计算了两个特定的中间频率并求解得到两个中间频率下的弹性参数;进一步,以计算得到的两个特定中间频率以及高低频极限下的弹性参数为基础,应用数值方法求解得到弛豫函数中的未知参数,最终实现了背景为各向异性含裂缝岩石中频散和衰减的理论模拟.通过将理论预测结果与实验测量和数值模拟结果进行对比,验证了该方法在背景为各向异性含不同分布裂缝岩石中的有效性.本文提出的方法考虑了常见的各向异性背景对含裂缝岩石频散和衰减的影... 相似文献
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地球物理信号中普遍含有噪声，消除噪声是地球物理信号处理中的关键技术之一.奇异功率谱分析（SSA）是在状态空间（又称相空间）中研究（系统）动力学、非线性科学与混沌现象的方法.本文在状态空间中通过SSA分解，研究、应用地球物理序列的尺度不变性进行多维分形滤波：通过在状态空间的SSA分解，构造了经验正交函数系（EOF）；在EOF子空间中定义了两种尺度与测度后，发现了两种测度与尺度皆在多个尺度范围内存在尺度不变性；利用这种尺度~测度的尺度不变性，设计、实现了多维分形奇异功率谱(MSSA)滤波模型；处理解释了大洋钻探（ODP）1143A孔岩芯自然反射性（NGR）资料；Fourier功率谱分析结果证明，MSSA能有效地压制噪声，提取有用信号.研究得出，嵌入维数对MSSA基本无影响（小于1/1000），多维分形滤波器（MSSA）能有效压制噪声或提取有用信号. 相似文献
12.
New anisotropic covariance models and estimation of anisotropic parameters based on the covariance tensor identity 总被引：2，自引：0，他引：2
Many heterogeneous media and environmental processes are statistically anisotropic. In this paper we focus on range anisotropy,
that is, stochastic processes with variograms that have direction dependent correlation lengths and direction independent
sill. We distinguish between two classes of anisotropic covariance models: Class (A) models are reducible to isotropic after
rotation and rescaling operations. Class (B) models can be separated into a product of one-dimensional functions oriented
along the principal axes. We propose a new Class (A) model with multiscale properties that has applications in subsurface
hydrology. We also present a family of Class (B) models based on non-Euclidean distance metrics that are generated by superellipsoidal
functions. Next, we propose a new method for determining the orientation of the principal axes and the degree of anisotropy,
i.e., the ratio(s) of the correlation lengths. This information reduces the degrees of freedom of anisotropic variograms and
thus simplifies the estimation procedure. In particular, Class (A) models are reduced to isotropic and Class (B) models to
one-dimensional functions. Our method is based on an explicit relation between the second-rank slope tensor (SRST), which
can be estimated from the data, and the covariance tensor. The procedure is conceptually simple and numerically efficient.
It is more accurate for regular (on-grid) data distributions, but it can also be used for sparse (off-grid) spatial distributions.
In the case of non-differentiable random fields the method can be extended using generalized derivatives. We illustrate its
implementation with numerical simulations. 相似文献
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本文提出归一化总水平导数法,通过对总水平导数进行空间归一化计算实现了异常体水平位置和深度的估计,此外还推导出基于归一化总水平导数的欧拉反褶积法来估算地下地质体的空间位置,两种方法反演结果的相互验证可有效地提高反演结果的可信度.理论模型试验证明空间归一化总水平导数法和归一化总水平导数欧拉反褶积法均能有效地完成异常体的水平位置和深度的估计,所获得的位置参数与理论值相一致.在利用归一化总水平导数法进行磁异常解释时,对数据进行化磁极计算可得到更加准确的结果.将其应用于实际航磁数据的解释,获得了岩脉的大致分布特征. 相似文献
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地下水的空间分布及运移规律是建立地下水流系统和分析渗流场规律的重要因素。具有直接找水特性的地面核磁共振方法（SNMR）可以用于确定地下水的空间分布,而自然电场法（SP）是一种可以探测地下水流动方向的物探方法,这两种方法的联合使用为地下水研究提供了一种较好的工作模式。本文以滑动带水体探测为例,阐述该工作模式的应用效果。首先,通过SNMR方法得到地下含水量和纵向弛豫时间（T1）的空间分布,并利用我们所总结的半定量公式进一步计算得到地下空间滑动面存在的概率。然后,采用SP方法的环型观测方式,对滑带内地下水的流向进行测量。这两种方法的综合探测结果为滑坡地下水模型的建立提供更加全面的水文地质信息,证明这两种方法综合应用的有效性。 相似文献
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地球物理反演是获取地球信息的重要手段,其求解具有严重的不适定性.为获得稳定的反问题结果,通常需要在目标泛函中加入正则化约束项.正确地估计正则化参数一直是地球物理反问题中的难点.目前存在的选取方法需要根据大量的试验来确定正则化参数,工作量十分巨大,并且存在很大的经验性,很难得到最优的正则化参数.针对这个问题,本文提出了一种基于广义Stein无偏风险估计的正则化参数求取方法.该方法的具体思路是通过求解模型参数均方误差的广义Stein无偏风险估计函数,在反问题求解过程中自动求取正则化参数.本文模型测试结果表明,相比于目前常用的方法,通过该方法得到的正则化参数是最优的. 相似文献
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Lilantha Tennekoon Michel C. Boufadel Jonathan E. Nyquist 《Stochastic Environmental Research and Risk Assessment (SERRA)》2005,19(3):227-240
Scaling analyses on geophysical measurements of electrical conductivity, gamma radiation, and magnetic fields, at the Oak Ridge Reservation were conducted. The electrical conductivity and magnetic data exhibited multifractality in the north-south and east-west directions. The radiation data were observed to be non-scaling; a variogram with a sill was found to be more appropriate. The scaling of the EC and magnetic was generally within a range smaller than the maximum distance selected, as periodicity dominated at the larger distances. The electrical conductivity had anisotropy in the scaling of their variograms. But the magnetic data appear to have an isotropic scaling. The underlying statistics of the fields were near Gaussian for the electrical conductivity, but essentially Gaussian for the magnetic data. In environmental hydrogeology, knowledge of the spatial distribution of the intrinsic permeability, K, is very helpful in understanding the transport and spreading of contaminant plumes. Our previous studies have shown that the subsurface permeability, K, is multifractal. Detailed measurement of K is costly. Hence, large data sets of value collected both on a fine scale and over large distances are rare. In this study, we hypothesize that geophysical data could be used indirectly as a surrogate measurement for K, for obtaining statistical information on scale limited K data, and perhaps, directly at sites where K and electrical conductivity are correlated. 相似文献
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不同类别参数间的相互耦合使多参数地震全波形反演的非线性程度显著增加,地震波速度与各向异性参数取值数量级的巨大差异也会使反演问题的性态变差.合理使用Hessian逆算子可以减弱这两类问题对反演的影响,提高多参数反演的精度,而截断牛顿法是一种可以比较准确地估计Hessian逆算子的优化方法.本文采用截断牛顿法在时间域进行了VTI介质的声波双参数同时反演的研究.不同模型的反演试验表明,在VTI介质声波双参数同时反演中,截断牛顿法比有限内存BFGS(Limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,L-BFGS)法能更准确地估计Hessian逆算子,进而较好地平衡两类不同参数的同时更新,得到了比较精确的反演结果. 相似文献
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Mattia Aleardi 《Geophysical Prospecting》2019,67(2):331-348
We use Legendre polynomials to reparameterize geophysical inversions solved through a particle swarm optimization. The subsurface model is expanded into series of Legendre polynomials that are used as basis functions. In this framework, the unknown parameters become the series of expansion coefficients associated with each polynomial. The aim of this peculiar parameterization is threefold: efficiently decreasing the number of unknowns, inherently imposing a 1D spatial correlation to the recovered subsurface model and searching for maximally decoupled parameters. The proposed approach is applied to two highly non-linear geophysical optimization problems: seismic-petrophysical inversion and 1D elastic full-waveform inversion. In this work, with the aim to maintain the discussion at a simple level, we limit the attention to synthetic seismic data. This strategy allows us to draw general conclusions about the suitability of this peculiar parameterization for solving geophysical problems. The results demonstrate that the proposed approach ensures fast convergence rates together with accurate and stable final model predictions. In particular, the proposed parameterization reveals to be effective in reducing the ill conditioning of the optimization problem and in circumventing the so-called curse-of-dimensionality issue. We also demonstrate that the implemented algorithm greatly outperforms the outcomes of the more standard approach to global inversion in which each subsurface parameter is considered as an independent unknown. 相似文献
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One widespread problem in damping estimation of high-rise buildings is the neglect of structural modal directions, which may induce beating in measured dynamic responses along building geometric axes and thereby induce errors in damping estimations to some extent. Based on a proposed two degrees of freedom (2-DOF) simulation model, the effects of neglecting the modal directions on damping estimate are systematically investigated. The results show that the angular differences between the modal directions and the building geometric axes, as well as the frequency difference between the involved modes, both have significant effects on the damping estimate of high-rise buildings. This paper proposes a spectral method to determine the modal directions of high-rise buildings and further validate this method by an analysis of full-scale measurements from four skyscrapers. The damping ratios estimated based on the responses along the identified modal directions are more accurate than those based on those measured along the building geometric axes. Furthermore, an empirical prediction model for damping ratio of high-rise buildings with heights over 200 m is proposed based on the field measured damping results of several buildings with consideration of the modal directions. The objective of this study is to improve the accuracy of damping estimation of high-rise buildings and therefore provide useful information for the structural design of future skyscrapers. 相似文献
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针对存在强剩磁作用磁化方向不明的磁异常,本项研究探索直接处理斜磁化磁异常的识别,提出了基于磁力梯度张量模的各向异性边界探测方法.首先利用各向异性尺度改进了各向异性标准差的核函数,突出各向异性高斯函数的作用;结合磁力梯度张量模来消弱斜磁化的影响.数值实验模拟了一组复杂磁异常模型,在斜磁化条件下分析该研究方法的边界探测效果.实验表明：改进方法,即磁力梯度张量模的各向异性标准化方差,它可以探测非垂直磁化磁异常的磁源边界;同时指出,改进方法比基于三维解析信号振幅的各向异性标准化方差对磁化方向的依赖性更小.将该方法应用于中国西部某磁铁矿集区的精细探测,在非垂直磁化条件下对实测磁异常直接进行边界探测,获得了较为理想的处理结果. 相似文献