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位场数据反演中深度分辨率及改进措施 总被引：1，自引：0，他引：1
位场勘探是一种较为成熟的地球物理勘探手段,然而其数据反演中存在的深度分辨率不足问题阻碍了其进一步发展.文章在深入研究位场数据反演理论的基础上,详细分析了位场反演中普遍存在的深度分辨率不足问题,分析了造成这种现象的主要客观原因.研究利用深度分辨率成图技术对给定位场反演问题的深度分辨率进行定量刻画.针对造成分辨率不足的原因提出了几点改进措施:利用离散Picard定理分析问题的适定水平,结合傅立叶系数与奇异值对比图进行合理的噪声剔除;反演计算之前结合DRP技术,给出较为合理的地下剖分方式;合理的数据加权.文章使用理论二维重力模型进行说明,最后将其应用于复杂三维重力模型,试验表明上述措施对于改进位场反演深度分辨率有一定的效果. 相似文献
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地球物理反演是探索地下结构的最佳途径之一.地震波可以穿透到地球深部进行直接采样,是探测地球深部的主要方法.重力是结构体密度分布与地表观测点之间距离的体积积分效应,重力异常随着源深度的增加衰减很快,其对浅部结构的灵敏度明显优于地震数据.地震和重力联合反演能够相互补充和约束,提高空间分辨率,使反演结果更加稳定可靠.本文首先介绍了联系地震和重力数据的速度-密度经验关系,随后分别介绍了重震联合反演的3种常用方法—顺序反演、同步反演和交叉梯度反演,简要阐述了各种方法在国内外的应用情况.分析认为顺序反演将两类数据分开独立进行计算,原理简单,易于操作实现.但是该方法依赖于先验模型和速度-密度经验关系,可能存在分辨率较低区域(如模型边界)的误差放大效应.同步反演采用将地震和重力数据放在同一方程组中同时反演的策略,减弱了单一数据先验模型对结果的影响,但两种数据的同时运用势必引入数据权重分配问题.交叉梯度寻求不同物理参数模型在结构上的相似性,对潜在的岩石物性关系做了最少的假设,一定程度上降低了反演的非唯一性,但强制性地匹配模型的结构不一定完全符合地下介质的物性分布.因此使用交叉梯度方法反演时应注意模型的推导需要遵循客观标准,以控制模型的结构相似性和数据拟合度.最后指出重震联合反演中的速度-密度经验关系和数据的权重分配仍是值得探究的问题. 相似文献
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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
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在利用地震波数据进行地球物理反演时,地层对地震波的吸收衰减效应会对地层物性参数的准确反演产生较大的影响,因此利用黏弹性声波方程进行反演更符合实际情形.本文在考虑地层衰减效应进行频率空间域正演模拟的基础上,提出基于黏弹性声波方程的频率域逆散射反演算法并对地震波传播速度进行反演重建,在反演过程中分别用地震波传播复速度和实速度来表征是否考虑地层吸收衰减效应.基于反演参数总变差的正则化处理使反演更加稳定,在反演中将低频反演速度模型作为高频反演的背景模型进行逐频反演,由于单频反演过程中背景模型保持不变,故该方法不需要在每次迭代中重新构造正演算子,具有较高的反演效率;此外本文在反演过程中采用了基于MPI的并行计算策略,进一步提高了反演计算的效率.在二维算例中分别对是否考虑地层吸收衰减效应进行了地震波速度反演,反演结果表明考虑衰减效应可以得到与真实模型更加接近的速度分布结果,相反则无法得到正确的地震波速度重建结果.本文算法对复杂地质模型中浅层可以反演得到分辨率较高的速度模型,为其他地震数据处理提供比较准确的速度信息,在地层深部由于地震波能量衰减导致反演分辨率不太理想. 相似文献
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Bussgang算法是针对褶积盲源分离问题提出的,本文将其用于地震盲反褶积处理.由于广义高斯概率密度函数具有逼近任意概率密度函数的能力,从反射系数序列的统计特征出发,引入广义高斯分布来体现反射系数序列超高斯分布特征.依据反射系数序列的统计特征和Bussgang算法原理,建立以Kullback-Leibler距离为非高斯性度量的目标函数,并导出算法中涉及到的无记忆非线性函数,最终实现了地震盲反褶积.模型试算和实际资料处理结果表明,该方法能较好地适应非最小相位系统,能够同时实现地震子波和反射系数估计,有效地提高地震资料分辨率. 相似文献
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在利用不同的地球物理勘探方法对地下复杂介质成像时,因观测系统的非完备性及数据本身对某些岩石物性的不敏感性,单独成像的结果存在较大的不确定性和不一致性.对于地震体波走时成像与直流电阻率成像,均面临着成像阴影区问题.对于地震走时成像,地震射线对低速区域覆盖较差形成阴影区,造成低速区域分辨率降低.对于电阻率成像,电场线在高阻区域分布较少,造成高阻区域分辨率较低.为了提高地下介质成像的精度,Gallado和Meju(2003)提出了基于交叉梯度结构约束的联合地球物理成像方法.在要求不同的物性模型拟合各自对应的数据同时,模型之间的结构要求一致,即交叉梯度趋于零.为了更有效地实现基于交叉梯度的结构约束,我们提出了一种新的交替结构约束的联合反演流程,即交替反演不同的数据而且在反演一种数据时要求对应的模型与另一个模型结构一致.新的算法能够更容易地把单独的反演系统耦合在一起,而且也更容易建立结构约束和数据拟合之间的平衡.基于新的联合反演流程,我们测试了基于交叉梯度结构约束的二维跨孔地震走时和直流电阻率联合成像.合成数据测试表明,我们提出的交替结构约束流程能够很好地实现基于交叉梯度结构约束的联合成像.与单独成像结果相比,地震走时和全通道电阻率联合成像更可靠地确定了速度和电阻率异常. 相似文献
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混合范数下的最优化反演方法 总被引：4，自引：1，他引：4
在求解地球物理反问题时，通常根据最小二乘准则构造目标函数进行反演，并在实践中得到了广泛的应用.为进一步增强反演的稳健性及减少多解性，不损失反演结果的分辨率，本文提出了混合范数下的最优化反演方法，它根据数据和模型可能服从不同的概率分布，对数据空间和模型空间采用不同的范数来构造目标函数.在给出目标函数的基础上，导出了混合范数下的线性反演方程.由于该线性反演方程的复杂性，我们采用混合范数下迭代再加权共轭梯度法进行求解.最后，通过对模拟的电阻率数据进行反演，验证了本文计算方法是可行的. 相似文献
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电阻率层析成像是一种广泛应用在水文、考古和地质等浅地表勘探领域的地球物理方法。为了增强电阻率层析成像的分辨率、应对复杂的地质问题,本文提出基于雅可比矩阵的不同电极阵列直流电阻率数据的加权联合反演算法,并以温纳和偶极-偶极电极阵列数据为例,在理论模型和古墓探测的野外实例中测试该算法的有效性。结果表明,加权联合反演结果的横向和纵向分辨率都优于单一电极阵列的反演结果,并在实例中缓解“U形”电极阵列的固有缺陷、减少反演模糊性、更好地约束墓室宽度的反演结果。 相似文献
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解析大地震的破裂模型是研究地震成因、破裂动力学机制和探究活动断层结构等研究方向的基础.在地震防灾、应急响应和危险性评估等实际问题中发挥着重要的作用.文章对近年来在大地震破裂模型反演的方法及应用上取得的进展进行综述和分析,结合北京大学地球物理专业相关研究人员在大地震破裂模型的快速反演、震源反投影、大地测量、地震波与形变观测数据的联合反演、复杂地球模型中破裂过程的反演及强地面运动模拟等方面的工作,分析不同研究方法的特长以及不足.提出从短期快速响应到长期科学问题的系统化研究思路,并对从震源模型反演到强地面运动预测的一体化自动应急系统,以及全动力学反演方法进行了分析和展望. 相似文献
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本文提出了一种基于模型空间压缩技术的大地电磁三维反演方法.该方法在传统大地电磁三维反演理论的基础上,通过小波变换将待反演的空间域模型参数映射到小波域进行反演,获得小波域更新模型后再通过小波逆变换得到空间域反演模型.由于小波变换具有压缩特性和多尺度分辨能力,本文反演方法可在一定程度上提高反演分辨率.为了提高反演效率,我们针对基于L_1范数的模型约束求解不易收敛的反演问题,提出了一种基于模型粗糙度的简单有效的预条件处理技术.为验证本文算法的有效性,本文首先对经典的"棋盘"模型进行三维反演测试.反演结果表明本文算法的反演效率与传统方法相当,但对于深部异常体具有更好的分辨能力.最后,我们通过对实测数据反演进一步验证本文算法的有效性. 相似文献
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Daan Herckenrath Nick Odlum Vanessa Nenna Rosemary Knight Esben Auken Peter Bauer‐Gottwein 《Ground water》2013,51(3):385-397
Salt water intrusion models are commonly used to support groundwater resource management in coastal aquifers. Concentration data used for model calibration are often sparse and limited in spatial extent. With airborne and ground‐based electromagnetic surveys, electrical resistivity models can be obtained to provide high‐resolution three‐dimensional models of subsurface resistivity variations that can be related to geology and salt concentrations on a regional scale. Several previous studies have calibrated salt water intrusion models with geophysical data, but are typically limited to the use of the inverted electrical resistivity models without considering the measured geophysical data directly. This induces a number of errors related to inconsistent scales between the geophysical and hydrologic models and the applied regularization constraints in the geophysical inversion. To overcome these errors, we perform a coupled hydrogeophysical inversion (CHI) in which we use a salt water intrusion model to interpret the geophysical data and guide the geophysical inversion. We refer to this methodology as a Coupled Hydrogeophysical Inversion‐State (CHI‐S), in which simulated salt concentrations are transformed to an electrical resistivity model, after which a geophysical forward response is calculated and compared with the measured geophysical data. This approach was applied for a field site in Santa Cruz County, California, where a time‐domain electromagnetic (TDEM) dataset was collected. For this location, a simple two‐dimensional cross‐sectional salt water intrusion model was developed, for which we estimated five uniform aquifer properties, incorporating the porosity that was also part of the employed petrophysical relationship. In addition, one geophysical parameter was estimated. The six parameters could be resolved well by fitting more than 300 apparent resistivities that were comprised by the TDEM dataset. Except for three sounding locations, all the TDEM data could be fitted close to a root‐mean‐square error of 1. Possible explanations for the poor fit of these soundings are the assumption of spatial uniformity, fixed boundary conditions and the neglecting of 3D effects in the groundwater model and the TDEM forward responses. 相似文献
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常规欧拉反褶积法中构造指数的选取以及分散解存在较多的问题,提出了基于联立垂向一阶导数与解析信号的欧拉齐次方程的RDAS-Euler反演方法。该方法可以更为精确的估计场源的范围及埋深,且不需考虑构造指数N的影响,避免了因构造指数不当而引起的反演误差。通过对单一地质体及组合地质体模型的实验证明本文方法能有效地完成目标体的反演工作,反演结果与理论值之间的误差小于10%,且相对于常规欧拉反褶积法更加稳定准确,能够更好的得到地质体边界及深度信息。将RDAS-Euler法应用于黑龙江省虎林盆地实测布格重力异常数据,获得了丰富的断裂信息,说明RDASEuler法增强了对断裂平面位置的识别能力。 相似文献
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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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Derecke Palmer 《Geophysical Prospecting》2010,58(4):561-575
The tau‐p inversion algorithm is widely employed to generate starting models with many computer programs that implement refraction tomography. However, this algorithm can frequently fail to detect even major lateral variations in seismic velocities, such as a 50 m wide shear zone, which is the subject of this study. By contrast, the shear zone is successfully defined with the inversion algorithms of the generalized reciprocal method. The shear zone is confirmed with a 2D analysis of the head wave amplitudes, a spectral analysis of the refraction convolution section and with numerous closely spaced orthogonal seismic profiles recorded for a later 3D refraction investigation. Further improvements in resolution, which facilitate the recognition of additional zones with moderate reductions in seismic velocity, are achieved with a novel application of the Hilbert transform to the refractor velocity analysis algorithm. However, the improved resolution also requires the use of a lower average vertical seismic velocity, which accommodates a velocity reversal in the weathering. The lower seismic velocity is derived with the generalized reciprocal method, whereas most refraction tomography programs assume vertical velocity gradients as the default. Although all of the tomograms are consistent with the traveltime data, the resolution of each tomogram is comparable only with that of the starting model. Therefore, it is essential to employ inversion algorithms that can generate detailed starting models, where detailed lateral resolution is the objective. Non‐uniqueness can often be readily resolved with head wave amplitudes, attribute processing of the refraction convolution section and additional seismic traverses, prior to the acquisition of any borehole data. It is concluded that, unless specific measures are taken to address non‐uniqueness, the production of a single refraction tomogram that fits the traveltime data to sufficient accuracy does not necessarily demonstrate that the result is either correct, or even the most probable. 相似文献
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C. Schmelzbach F. ScherbaumJ. Tronicke P. Dietrich 《Journal of Applied Geophysics》2011,75(4):615-630
Enhancing the resolution and accuracy of surface ground-penetrating radar (GPR) reflection data by inverse filtering to recover a zero-phased band-limited reflectivity image requires a deconvolution technique that takes the mixed-phase character of the embedded wavelet into account. In contrast, standard stochastic deconvolution techniques assume that the wavelet is minimum phase and, hence, often meet with limited success when applied to GPR data. We present a new general-purpose blind deconvolution algorithm for mixed-phase wavelet estimation and deconvolution that (1) uses the parametrization of a mixed-phase wavelet as the convolution of the wavelet's minimum-phase equivalent with a dispersive all-pass filter, (2) includes prior information about the wavelet to be estimated in a Bayesian framework, and (3) relies on the assumption of a sparse reflectivity. Solving the normal equations using the data autocorrelation function provides an inverse filter that optimally removes the minimum-phase equivalent of the wavelet from the data, which leaves traces with a balanced amplitude spectrum but distorted phase. To compensate for the remaining phase errors, we invert in the frequency domain for an all-pass filter thereby taking advantage of the fact that the action of the all-pass filter is exclusively contained in its phase spectrum. A key element of our algorithm and a novelty in blind deconvolution is the inclusion of prior information that allows resolving ambiguities in polarity and timing that cannot be resolved using the sparseness measure alone. We employ a global inversion approach for non-linear optimization to find the all-pass filter phase values for each signal frequency. We tested the robustness and reliability of our algorithm on synthetic data with different wavelets, 1-D reflectivity models of different complexity, varying levels of added noise, and different types of prior information. When applied to realistic synthetic 2-D data and 2-D field data, we obtain images with increased temporal resolution compared to the results of standard processing. 相似文献
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惯性导航系统定位误差随时间积累发散,利用重力场辅助惯性导航已成为组合导航领域的新方向,该技术对实现潜艇无源定位意义重大.首先利用二维高斯基函数对局部离散格网重力异常基准图进行逼近获取其解析表达式,在此基础上对传统相关极值匹配算法进行重新建模,采用拟牛顿BFGS非线性寻优方法对该模型进行解算,最终完成基于连续解析形式重力异常基准图的相关极值匹配算法设计.为进一步提高算法性能进行以下两点改进:(1)采用TERCOM算法进行预匹配以缩小寻优范围提高寻优速度;(2)采用差分法减小实测过程中Eötvös效应对重力匹配的影响.最后在2'×2'卫星测高反演重力异常数据库基础上进行了三组对比仿真实验,从实验结果可以看出,在重力测量误差、系统误差及初始定位误差较大的情况下,通过该组合匹配算法获得的匹配定位仍能以较高的精度跟踪真实航迹,且其性能较传统单一匹配算法有较大提高. 相似文献
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地表起伏地形在野外矿产资源勘察中不可避免,其对直流电阻率法勘探影响巨大.近年来,电阻率三维正演取得诸多进展,特别是应用非结构网格我们能够进行任意复杂地形和几何模型的电阻率三维数值模拟,但面向实际应用的起伏地形下电阻率三维反演依然困难.本文基于非结构化四面体网格,并考虑到应用GPS/GNSS时,区域地球物理调查中可非规则布设测网的实际特点,实现了任意地形(平坦或起伏)条件下、任意布设的偶极-偶极视电阻率数据的不完全Gauss-Newton三维反演.合成数据的反演结果表明了方法的有效性,可应用于复杂野外环境下的三维电法勘探. 相似文献
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Alexandre Pryet James Ramm Jean-Paul Chilès Esben Auken Benoit Deffontaines Sophie Violette 《Journal of Applied Geophysics》2011,75(2):277-283
We develop a technique allowing 3D gridding of large sets of 1D resistivity models obtained after inversion of extensive airborne EM surveys. The method is based on the assumption of a layered-earth model. 2D kriging is used for interpolation of geophysical model parameters and their corresponding uncertainties. The 3D grid is created from the interpolated data, its structure accurately follows the geophysical model, providing a lightweight file for a good rendering. Propagation of errors is tracked through the quantification of uncertainties from both inversion and interpolation procedures. The 3D grid is exported to a portable standard, which allows flexible visualization and volumetric computations, and improves interpretation. The method is validated and illustrated by a case-study on Santa Cruz Island, in the Galapagos Archipelago. 相似文献