基于交叉梯度约束条件波阻抗和电阻率联合反演研究

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单一地球物理方法的反演结果只能反映地下结构的一种或几种物性参数,且容易出现多解现象,因此有必要发展不同地球物理方法间的联合反演。地震勘探反映了地下结构的密度和速度变化信息,波阻抗反演对异常体的分层和定位上效果较好,而直流电阻率法可以反映出地下结构的电性参数,但由于体积效应的影响,对异常体的边界划分不够准确。本文利用交叉梯度函数将地震波阻抗数据用于直流电法数据的反演中,实现了两者基于结构约束的联合反演。此方法仅依赖于两种物性的结构变化规律,不依赖于不同物性参数之间的具体关系表达式,避免了将两种量纲不同的物性参数融合在同一个公式中的问题。首先推导了电阻率法的二维有限元正反演过程,在对模型网格剖分时采用了结构化网格和非结构化网格相结合的方式,并使用归一化电位进行计算视电阻率和Jacobian矩阵,跳过了常规计算时利用反傅里叶余弦变换将转换电位转化到真实电位的过程,在不损失反演结果精度的情况下降低了计算难度,提高了计算速度。然后,对波阻抗反演的基本原理进行了说明,并使用STRATA进行计算。阐述了交叉梯度函数的基本原理,并采用中心差商对其离散化,得到了交叉梯度函数的基本性质。推导了交叉梯度函数约束下的波阻抗和电阻率法二维联合反演目标函数,使用拉格朗日乘子法进行求解,并编程实现反演计算。最后,分别进行了两种物性参数结构一致和不一致时的理论模型试算。结果显示,联合反演时对异常体的边界划分更加准确清晰,几何形态更加接近真实模型,对多个异常体的分辨能力大幅提升,物性参数的值更加接近实际值,迭代速度和稳定性也有进一步提升。当波阻抗模型和电阻率法模型结构不一致时,基于交叉梯度函数约束的联合反演算法仅对结构一致的区域有强约束作用,而对物性变化结构不一致的区域并没有产生明显的不利影响,不易引入外来误差。通过数值模拟,很好的说明了基于交叉梯度函数约束的联合反演算法的有效性和可靠性,可以大幅减少反演结果的多解性,使物性参数的计算更加准确。
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