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1.
《应用地球物理》2017,(4)
目前,各种主、被动源瑞雷波勘探方法在近地表探测中扮演着日益重要的角色,利用瑞雷波频散曲线反演可以得到近地表横波速度信息,但是瑞雷波频散曲线反演问题是高度非线性的全局优化问题。为了缓解陷入局部最优解的风险,本文将一种新的全局优化方法一洗牌蛙跳算法引入到瑞雷波频散曲线反演中。洗牌蛙跳算法是一种群智能优化算法,通过模拟青蛙种群的觅食行为来实现最优化问题的求解,具有计算速度快,需要调整的参数少,全局寻优能力强的优点。为了检验洗牌蛙跳算法的可靠性和计算能力,首先对不含噪声和含噪声的四层理论模型进行了反演试算。然后,利用不含噪声数据对洗牌蛙跳算法与粒子群优化算法进行比较分析。最后,对实际数据进行反演,以检验洗牌蛙跳算法的实用性。理论地层模型和实际数据的测试结果表明:洗牌蛙跳算法可以有效地定量解释瑞雷波频散曲线,收敛速度、反演精确总体优于经典粒子群优化算法与改进粒子群优化算法,具有很大的发展潜力。 相似文献
2.
从背景噪声中提取瑞雷波频散曲线并通过反演获得地下横波速度结构已被广泛应用于大尺度的地下结构探测和小尺度的工程勘探中.基于频散函数的反演目标函数可以有效解决多阶模频散曲线联合反演的模式误判问题，然而其广泛分布的局部极值导致更为严重的多解性，在大范围的参数搜索空间下很难获得最优解，需要搭配全局搜索性能强的优化算法.本文提出局部优化粒子群算法(PSOG),通过粒子迭代过程中引入局部优化方法提高种群多样性，避免陷入局部极值并加快收敛速度.为验证新算法的有效性，结合基于久期函数的目标函数对理论合成数据进行反演，结果表明，局部优化粒子群算法比传统算法的稳定性与准确性都有显著提高.处理了上海苏州河地区的背景噪声数据，成功地对古河道切割造成的软弱层进行成像.PSOG算法与新型反演目标函数的结合在背景噪声勘探的工程应用上具有巨大潜力. 相似文献
3.
为快速准确的反演得到近地表地层结构，将一种新颖而强大的非线性算法——蚁群算法引入到瑞雷波频散曲线领域，并对其进行相应的改进，改进蚁群算法的优点是运算效率快、精度高、算法简单、灵活易于实现，需要调节控制参数也较少。文中分别在无噪声\，含噪声以及实测数据进行反演测试，通过模型数据和实测数据表明，应用于瑞雷波反演中的改进蚁群算法在收敛速度与收敛精度之间能达到良好的平衡，所得解具有较高可信度。而且算法为促进所得解快速收敛到全局最优，在搜索中分全局搜索与局部搜索两个方式进行，能够有效地避免局部最优解产生。借助人工合成的瑞雷波数据以及真实观测数据，验证了改进蚁群算法在反演近地表剪切波速度时的有效性和通用性。此外，文中与遗传算法进行比较，得出改进蚁群算法具有高效性和高精度性的优点。 相似文献
4.
面波多道分析方法(MASW)是获取垂向剪切波速度剖面的一种有效方法。频散曲线反演是MASW中关键的一步。由于瑞雷波频散曲线反演具有非线性、多参数和多极值的特征,这对于常规的局部线性化反演方法是极大的挑战。为此,本文采取确定性的全局优化算法,广义模式识别算法(GPS)对瑞雷波频散曲线进行反演。其原理可以简述为:算法首先通过模式以确定性的方式对目标函数进行采样来搜索一个点序列;然后使序列中每一个点到下一个点的目标函数值逐渐减少,从而使点序列逐渐逼近全局最优解,最后的解便为待求的最优模型参数。为验证GPS的有效性,首先利用设计的3种典型的6层地质模型通过快速矢量传递算法正演模拟产生基模式频散曲线(频率范围为5~101Hz,频率间隔为2Hz,频点数为49),并对理论频散曲线进行反演。反演结果表明,模型的真实值已经被高度精确地重建。说明GPS可以用于实际勘探中的基模式频散曲线反演。为进一步验证GPS的有效性,在吉林大学校园采集瑞雷波实测数据,并提取基模式频散曲线,应用GPS进行反演。反演重建的横波速度剖面与先验的地质信息吻合得很好。理论模型和真实数据的反演结果表明,GPS可以应用在瑞雷波频散曲线非线性反演中。 相似文献
5.
应用改进蜂群算法反演面波频散曲线以获得近地表横波速度剖面.蜂群算法属于群智能算法中的一种，灵感来源于蜜蜂群体特定的觅食行为，在该算法的基础上结合粒子群算法中的全局最优解引导思想，同时引入遗传算法中交叉运算操作，即采用基于交叉操作的全局人工蜂群算法对面波频散曲线进行反演研究.改进蜂群算法在继承传统算法精于探索特性的同时，针对其疏于开发的缺陷着重加强了算法对全局的探索能力.使用理论和实测瑞雷波数据，本文研究了改进蜂群算法在推导近地表横波速度分布的有效性和适用性.在反演中，目标函数的收敛性好，改进算法在迭代的过程中能够快速收敛到全局最优；模型参数的概率分布高，即在寻找到全局最优解的同时，能够确保解中每个参数同时达到最优，保证了反演的结果可靠度，使其能有效地应用于瑞雷波频散曲线的反演和解释中. 相似文献
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为了避免微动勘探技术中因忽略高阶模式瑞雷波而影响反演精度的不足,提出从微动面波中提取多模式瑞雷波频散曲线的映射式方法.该方法从微动信号入手,首先通过相关法提取多半径台阵的相关系数曲线,然后建立从多条相关系数曲线到多模式瑞雷波频散曲线的映射模型,最后采用分区拟合准则优化实现模型结构,达到提取微动面波中多模式瑞雷波频散曲线的目的.为验证方法的有效性,通过有限差分方法数值计算实际近表面应用中三种常见典型地质结构中的微动信号,采用映射式方法提取微动面波中多模式瑞雷波频散曲线,将提取结果和理论值进行对比分析.结果表明,映射式方法提取微动面波中多模式瑞雷波频散曲线可以满足反演地质结构的要求. 相似文献
7.
粒子群优化算法（PSO）是模仿鸟群寻找食物的社会行为的一种全局最优化算法,在多维空间函数寻优、动态目标寻优等方面有着收敛速度快、解质量高且需要设置的参数较少等优点.本文在研究常规粒子群优化算法的基础上,对常规的粒子群算法进行了改进,提出了一种新的惯性权重ω参数振荡递减策略,加快了PSO算法的收敛速度,构造的新算法称为阻尼粒子群优化算法.在MATLAB 6.5 编程环境中对阻尼PSO算法进行了数值实验,并对大地电磁测深的理论模型和实测数据进行了反演试算,结果表明,阻尼PSO算法不依赖于初始模型、能够搜索到全局极值,不易陷入局部极值,是一种快速有效的地球物理反演方法. 相似文献
8.
瑞雷波频散曲线反演的本质是对目标函数求极值的过程.传统的线性局部反演算法容易陷入局部极小值,增加了反演结果的不确定性.粒子群算法作为一种全局非线性优化手段,能够保证各搜索空间内局部寻优的同时,逼近全局最优,保证迭代反演的收敛性.建立含软夹层型地层模型,正演计算得到理论频散曲线,采用粒子群算法反演得到的横波速度与模型高度吻合.同时,在理论频散曲线中加入10%的高斯白噪声,粒子群算法的反演结果仍然具有很好的可靠程度.通过对实测频散曲线的反演表明:粒子群算法在含软夹层型地层的横波速度探测中相对于最小二乘法优势明显,具有很高的应用价值. 相似文献
9.
建议一种SA和GA相结合的策略,较好地解决了GA收敛早熟及SA搜索效率较低的问题,提高了全局优化计算效率;在应用其依据面波频散曲线反演工程场地剪切波速时,利用简化剥层法提供较小的模型空间,取得了较好的反演效果. 相似文献
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《地球物理学进展》2016,(6)
高频面波方法是以瑞雷波和勒夫波为研究对象,在水文、工程和环境研究中具有广泛的应用,其主要思想是利用面波的频散特性来反映浅层地质问题,提取高质量的频散曲线成了面波勘探中的一个重要步骤.本文通过对理论模型研究说明,利用τ-p变换与F-K变换两种方法均能有效地进行频散能量成像,其效果在高频范围差别不大,在低频范围F-K变换提取频散曲线更为精确;与瑞雷波记录相比,勒夫波记录信噪比较高,通过对同一地区采集的瑞雷波和勒夫波进行频散分析可知,瑞雷波记录频散能量成像效果差,频散能量出现间断、跳跃的现象,而勒夫波记录频散能量连续、集中,相速度分辨率较高,提取频散曲线简单清晰,可为反演地表横波精细速度结构提供更好的频散曲线数据. 相似文献
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Surface wave methods are becoming increasingly popular in many geotechnical applications and in earthquake seismology due to their noninvasive characteristics.Inverse surface wave dispersion curves are a crucial step in most surface wave methods.Many inversion methods have been applied to surface wave dispersion curve inversion,including linearized inversion and nonlinearized inversion methods.In this study,a hybrid inversion method of Damped Least Squares(DLS) with Very Fast Simulated Annealing(VFSA) is developed for multi-mode Rayleigh wave dispersion curve inversion.Both synthetic and in situ fi eld data were used to verify the validity of the proposed method.The results show that the proposed method is superior to the conventional VFSA method in aiming at global minimum,especially when parameter searching space is adjacent to real values of the parameters.The advantage of the new method is that it retains both the merits of VFSA for global search and DLS for local search.At high temperatures,the global search dominates the runs,while at a low temperatures,the local search dominates the runs.Thus,at low temperatures,the proposed method can almost directly approach the actual model. 相似文献
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利用水平与竖向谱比（HVSR）方法反演场地速度结构是国际上迅速发展的研究领域.HVSR反演计算实质是一个土层场地模型空间搜索的全局优化问题，当模型搜索空间的复杂程度增大时，目前常用的搜索算法收敛速度慢，计算效率较低.本文实现了一种结合遗传和模拟退火方法优点的混合全局优化HVSR反演算法，通过理论模型和竖向台阵实测数据的检验，表明该算法能获得很好的反演效果，较好地解决了蒙特卡罗方法收敛速度慢，遗传算法收敛早熟和模拟退火算法搜索效率低的问题.本文在此基础上讨论了单台加速度S波记录用于场地速度结构HVSR反演的适用性，为基于单个地震台的地震观测记录反演浅层速度结构提供了一种高效且较为准确的反演方法. 相似文献
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At present, near-surface shear wave velocities are mainly calculated through Rayleigh wave dispersion-curve inversions in engineering surface investigations, but the required calculations pose a highly nonlinear global optimization problem. In order to alleviate the risk of falling into a local optimal solution, this paper introduces a new global optimization method, the shuffle frog-leaping algorithm (SFLA), into the Rayleigh wave dispersion-curve inversion process. SFLA is a swarm-intelligence-based algorithm that simulates a group of frogs searching for food. It uses a few parameters, achieves rapid convergence, and is capability of effective global searching. In order to test the reliability and calculation performance of SFLA, noise-free and noisy synthetic datasets were inverted. We conducted a comparative analysis with other established algorithms using the noise-free dataset, and then tested the ability of SFLA to cope with data noise. Finally, we inverted a real-world example to examine the applicability of SFLA. Results from both synthetic and field data demonstrated the effectiveness of SFLA in the interpretation of Rayleigh wave dispersion curves. We found that SFLA is superior to the established methods in terms of both reliability and computational efficiency, so it offers great potential to improve our ability to solve geophysical inversion problems. 相似文献
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作为近地表横波速度结构成像的主要手段之一,面波多道分析法的正问题研究对现场观测系统设计及后续反演计算具有重要意义.目前面波频散曲线的正演主要分为两类:一是对水平层状介质中面波的本征值问题进行求解,该类方法计算效率高但较难考虑地下介质在横向上的不均匀性;二是基于波动方程的全波场模拟,该类方法在理论上可考虑任意复杂的地质模型但计算成本相对较高.本文基于振幅归一化加权的聚束分析,提出了一种适用于横向非均匀介质模型的多道瑞雷波频散曲线正演方法.首先,基于聚束分析的计算公式推导得到了经振幅归一化加权后输出功率谱中相速度与局部相速度之间的关系,然后通过黄金分割极值搜索算法计算得到了多道瑞雷波数据的理论频散曲线.数值分析结果表明,该算法能够快速地实现横向非均匀介质中多道瑞雷波频散曲线的正演计算,所求取的频散曲线与采用二维弹性波时间域有限差分模拟分析得到的结果误差较小,这在一定程度上说明了该计算方法的可靠性,从而可为面波多道分析法中的观测系统快速优化设计以及横向非均匀介质中频散曲线的反演解释提供理论支撑. 相似文献
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基于萤火虫算法的雷瑞波非线性反演(英文) 总被引：2，自引：2，他引：0
雷瑞波具有强振幅、低频和低速的特点,在反射地震勘探中通常是需要被压制的强噪声。本文研究如何利用雷瑞波获取近地表地层的横波速度和地下结构,选取萤火虫优化算法进行面波的反演,萤火虫优化算法是一种新的粒子群算法理论,具有稳定、快捷、全局搜索等特点。针对萤火虫优化算法优缺点进行了讨论和改进,通过对理论模型和野外数据的测试应用,将提取的瑞利面波频散曲线反演得到横波速度信息。结果表明萤火虫优化算法能实现面波非线性反演,并具有分辨率高、抗干扰能力强等优点和实际使用前景。 相似文献
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The local geology and shallow S-wave velocity structure of a site are recognized to be key factors for the increase in the damaging potential of seismic waves. Indeed, seismic amplitudes may be amplified in frequency ranges unfavorable for building stock by the presence of soft sedimentary covers over lying hard bedrock. Hence, microzonation activities, which aim at assessing the site response as accurately as possible, have become a fundamental task for the seismic risk reduction of urbanized areas. Methods based on the measurement of seismic noise, which typically are fast, non-invasive, and low cost, have become a very attractive option in microzonation studies.Using observations derived from seismic noise recordings collected by two-dimensional arrays of seismic stations, we present a novel joint inversion scheme for surface wave curves. In particular, the Love wave, the Rayleigh wave dispersion and the HVSR curves are innovatively combined in a joint inversion procedure carried out following a global search approach (i.e., the Genetic Algorithm).The procedure is tested using a data set of seismic noise recordings collected at the Bevagna (Italy) test-site. The results of the novel inversion scheme are compared with the inversion scheme proposed by Parolai et al. (2005), where only Rayleigh wave dispersion and HVSR curves are used, and with a cross-hole survey. 相似文献
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