基于人工蜂群算法的大地电磁非线性反演研究

发布时间：2020-04-23 13:03

【摘要】：大地电磁法是利用天然电磁场在地下传播及分布的差异特征来研究地下岩层电阻率分布规律的一种地球物理勘探方法。该方法野外工作施工方便、工作效率高、分辨力强,广泛应用在矿产资源、地热、水资源、油气资源勘查。然而,随着理论研究的深入和实际应用的推广,出现了许多需要进一步解决和完善的新问题,大地电磁反演问题的研究,是当前一个重点研究方向。大地电磁测深反演,主要是通过构造合适的误差目标函数,求解其最小值,进而求得模型参数。为此,许多地球物理学家提出了各种反演方法。如Bostick反演法、连续介质反演法、基于方差原理的高斯—牛顿法、马奎特法、广义逆反演法等。但是传统的基于最小方差原理反演的方法,由于反演结果总是依赖于初始给定的模型,容易陷入局部极小。为此本文提出了一种基于人工蜂群算法的大地电磁非线性反演方法,来提高反演精度。人工蜂群算法是土耳其埃尔吉耶斯大学Karaboga教授提出的一种基于蜜蜂群智能搜索行为的随机优化算法。大量的实验研究证明,ABC算法在寻优等方面有着收敛速度快、非劣解质量高、鲁棒性好等优点,非常适合求解各种数值最优化问题。本文首先详细介绍了大地电磁测深法基本原理,从麦克斯韦方程组出发,推导出一维二层、三层、四层直至递推N层介质大地电磁场地面阻抗递推公式,利用Matlab工具编写了正演程序,对二层、三层和四层地质模型进行了正演计算,并对计算结果分析,为反演工作打下基础。随后,构建基于人工蜂群算法的非线性反演的基本框架;根据大地电磁测深曲线的特点和反演的精度及电性特征对人工蜂群算法目标函数进行改进,加入正则化项,综合考虑模型及数据的拟合,引入人工蜂群算法实现对目标函数的非线性方法求解。对不同类型的地质—地球物理模型和实例进行算法验证,探讨基于人工蜂群算法的大地电磁非线性反演方法的可行性和实用性。
【图文】：

地电,电磁现象,场源,电磁场

2.1 大地电磁场场源天然地电场中，各种全球性或区域性变化的电磁场称为大地电磁场。大地电磁场的变化分为平静变化和干扰变化两类。平静变化是连续出现确定的周期性，如周期按照日、月、季、年同等时长等不同周期，还有与太发同周期的；干扰变化是偶然发生的，有高频地电变化。大地电磁场的变化分类：地电日变化，由具有相同周期的静日地电日变化和扰日地电日变化叠加场源是分布在电离层中的电流系，，静日地电日变化主要分布在中低纬度的上100Km，在地表有限区域内可将电磁波视为似平面波。地电微变化，幅值变化较小的高频地电变化，在 1Hz 附近，幅度最小，低于这个频率，变化幅度增大。高频的地电变化，比如雷暴系统，主要产生空 8 Km 处，它产生的电磁噪音的影响几乎遍及全球；地电脉动，太阳辐射子一方面绕着地磁场的磁力线运动，另一方面还沿着磁力线的方向在两极之荡，带电粒子的这种运动所产生的电磁效应是电磁脉动的场源，如图 2.1 所

示意图,磁棒,电极,示意图

图 2.4 大地电磁测深野外电极和磁棒布设示意图当观测时，保证足够长的观测时长，确保每一个测点上的记录数据都包频谱成分和足够长的记录长度。大地电磁法的勘探深度和信号的频率、地下有关系，一般获得最大周期 T 可以由经验公式2T ≥ 40 D /ρ，其中 D 为勘探深平均电阻率或等效电阻率。为了得到周期为 T 的振幅谱，必须克服截断效应集时间必须为最大周期 T 得 8-10 倍，一般要求记录时间：2400 /cT ≥ D ρ，时间越长越好。为了压制噪声获得更高信噪比的高质量数据，目前普遍采用的技术有远技术和 Robust 技术。远参考测量技术即两个测点同时采集，在资料处理时进磁道信息处理，消除不相关噪声。进行远参考数据采集时，必须使用 GPS 卫保证两个测点同步采集。Robust 技术是在进行数据采集的过程中对数据进行析计算，以此为依据放弃使用相关程度低的数据从而消除飞点数据，去除了偶
【学位授予单位】：河北地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P631.325

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