摘要：在分析测试粒子数、速度因子、目标函数等算法参数对粒子群优化算法效果的影响规律的基础上,设计自然电场粒子群优化反演算法,并对加入不同程度白噪声模拟数据进行反演试算。研究结果表明:设计的粒子群优化算法能有效实现对自然电场数据的反演,算法具有收敛速度快、稳定、反演精度较高和抗噪音能力强等优点,可以较为准确地得到异常体的位置、形态、极化角等参数,能较好地满足生成实际要求。

摘要：为了提高检测精度、简化硬件电路设计、精确测量2n伪随机复合频率信号中各主频信号通过地质体之后的响应参数(相位信息和幅度信息),基于数字相干检测的原理,设计一种数字相干检测系统。该检测系统硬件以高性能处理器STM32F103RD为核心,结合24位Σ-△型高精度模数转换器ADS1271和GPS的实时授时功能完成对待测信号的采集;该系统软件针对待测信号中与参考信号相干的某个主频信号设计A/D采样率处理、参考信号离散化处理、GPS同步规则设置以及相干检测计算等算法实现幅度和相位的检测。研究结果表明:该相干检测系统能准确检测出2n复合频率信号中各主频信号经过模拟地质体之后的响应信息;该检测系统具有良好的抗温度干扰能力、一致性以及重复性,能有效提高检测精度、减少误差。该相干检测系统非常吻合当前物探领域频率域勘探仪器的检测要求,具有广阔的应用前景。

摘要：利用模拟阻抗网络构建三维地电模型,方便快速正演计算。采用共轭梯度算法进行最小二乘反演迭代,迭代过程中不必完全计算灵敏度矩阵,大大节约了计算时间与存储空间,实现视电阻率监测数据的快速三维反演计算。在设计快速三维反演算法的基础上,利用模拟污染监测视电阻率数据对算法进行实验测试。测试结果表明:基于模拟阻抗网络模型的共轭梯度反演算法能有效实现对视电阻率数据的反演成像,算法收敛稳定,并且计算耗时少。进一步实验场地的实际监测数据反演测试还表明:该反演成像方法能有效反映追踪污染物质在地下介质中的扩散轨迹与具体影响范围,具有较好的实用性和时效性。

摘要：双频激电法是一种非常有效的探测极化目标体的勘探方法,可以同时观测获取视电阻率和极化率数据。为了提高双频激电观测数据解译的可靠性,利用粒子群优化算法对电阻率数据和极化率进行联合反演。在对异常目标体采用旋转椭球体进行几何近似模拟的基础上,基于Core-Core散射理论实现双频激电法的快速数值模拟计算,为粒子群优化联合反演提供正演基础。在对粒子群优化算法参数进行分析设定的基础上设计了联合反演算法,并采用加入不同程度噪声的模拟双频激电数据对算法进行了实验测试。测试结果表明:粒子群优化联合反演算法能有效实现电阻率与极化率数据的联合反演,具有很强的抗噪声能力,且算法收敛快、稳定性好。进一步的实测数据联合反演测试还表明:该算法具有较低的模型初始信息依赖性,在给定较大搜索空间的条件下仍能反演出较为满意的结果模型,具有较好的实用性。

摘要：研发基于ZYNQ处理器的ARM嵌入式天然场射频大地电磁法信号采集系统。该系统集成了采集控制模块、数据读取模块和数据滤波模块,采用FPGA高速逻辑门电路、FIR滤波器以及ARM嵌入式系统等技术手段,实现RMT信号的采集、传输、滤波和存储。仿真和对比试验结果表明:该系统性能稳定,滤波模块阻带衰减大于70 dB,系统采集的数据反演结果精准,能提供高精度地质信息,所设计的信号采集系统能够为国产化射频大地电磁法勘探设备研发提供一种技术方案。

摘要：电阻率法以岩矿石电阻率差异为勘探基础,具有装置简便、能有效处理复杂地形等特点,在有色金属勘探中具有独特的优势,是有色金属勘探的最重要方法,其理论方法、观测仪器和反演解释技术不断更新完善。观测理论和方法技术由简单模型和特定装置向二维、三维发展,甚至出现跨维的观测方式,以求实现观测效率与效果的平衡。电阻率法仪器装备也同步发展,由单一装置设计向分布式、阵列式仪器发展,其自动化程度、观测精度和数据量都在不断提高。观测数据的反演解释同样也向符合实际勘探需要的非线性三维和智能化联合反演发展,其精度和可靠性越来越好。这些方法技术的发展不仅进一步巩固了电阻率法在有色金属勘探中的重要地位,而且还有向金属矿山环境和地质灾害监测与探查方面应用不断拓展的趋势。

摘要：几何多重网格法(GMG)将细网格上的大型稀疏矩阵的求解转化为较粗网格上的更容易求解的问题,从而快速求解大型稀疏方程组.但是由于大地电磁法(MT)正演模拟中涉及双旋度算子,传统GMG无法有效平滑高频误差导致其收敛慢甚至发散.为此,我们引入了四色分块高斯赛德尔法(GS)作为平滑算法,该算法局部满足电流散度为零的条件,无需额外的散度校正且具有高度并行性,可以显著提高GMG的收敛效率.但是随着系数矩阵各向异性(比如电导率的强烈变化等)增加,GMG收敛速度会变慢.Krylov子空间求解法如稳定双共轭梯度法(BiCGstab)可以改善这种收敛变慢的问题.因此,在本文中针对交错网格有限差分法(FDM)提出了一种结合四色分块GS平滑算法GMG和BiCGstab的MT高效正演模拟方法.在该方法中,将四色分块GS平滑算法GMG作为BiCGstab求解器的预条件技术,从而显著提高正演效率.我们设计了一个层状电阻率模型,通过与其解析解对比验证本文所提算法的正确性.然后设计了一个双异常体电阻率模型和一个Dublin模型1(DTM1),基于BiCGstab,对比了GMG预条件技术与其他传统预条件技术的数值表现,如超松弛预条件技术(SSOR)、分块不完全LU分解预条件技术(block ILU)和高斯赛德尔预条件技术(GS).结果显示本文提出的算法在迭代次数,计算时间和稳定性方面都远远优于传统预条件技术.对于所有例子,GMG预条件技术均能在10次以内达到收敛,计算时间比传统预条件技术减少70%以上,显示了本方法的稳定性和高效性.

摘要：直流电阻率法被广泛应用在工程和环境及水文地球物理、野外采矿、地热探测等领域.地下岩石常具有层理面和裂缝等具有方向依赖性的结构,岩石电导率常常呈现各向异性特征,因此研究复杂直流电阻率各向异性问题的高精度正演算法具有迫切的理论和学术需求.本文利用面向目标的自适应有限元算法和非结构化网格相结合的方式,解决了带地形任意复杂直流电阻率各向异性问题的高精度正演这一难题.有别于前人的研究成果,本文提出了一种特别的二次虚拟场算法实现带源的任意起伏地形问题模拟;另外,本文第一次基于电流密度连续性条件构建适合直流电阻率各向异性问题的后验误差估计算法,有效地驱动面向目标有限元网格自适应加密过程.最后,通过三组电阻率各向异性模型验证本文提出算法的正确性和适应性,测试结果表明:对于任意复杂直流电阻率各向异性问题,本文提出的算法具有精度高、适应性强等特点;另外,我们还发现电流密度连续性条件可用于设计直流电阻率问题的有效后验误差估计算法.

摘要：提出了一种基于非结构化四面体以及带地形模型的自适应多层快速多极大规模磁法快速正演算法.该算法弥补了传统积分方法采用FFT加速计算时不能采用非结构化网格的缺陷;同时采用自适应快速多极算法突破积分求和方法求解大规模磁法问题耗时长的突出问题.首先,采用非结构化的四面体网格剖分技术能够更好的模拟复杂模型以及带地形模型,实现磁法模型的高精度模拟;其次,采用一种自适应多层快速多极(AMFM)算法实现大规模磁法正演求解.通过将计算区域划分为近区和远区,对近区采用解析计算高精度求解,对远区采用自适应多层快速多极算法进行加速计算,假设有M个观测点,N个四面体源单元,可将计算复杂度由传统积分求和法的O(MN)减少到O(Mlog N).本文设计了组合体模型以及安徽怀宁地区的实际地形模型,模型计算结果体现了采用该方法进行大规模复杂模型三维磁法正演模拟的高效性和准确性.

摘要：可控源电磁法具有分辨率高及抗干扰能力强等特点,是一种重要的地电磁勘探方法.目前,可控源电磁法的高精度正演计算一直是其核心研究问题之一.传统积分方程法一般采用近似积分公式、简单矩形网格和近似的奇异性体积分计算技术,制约了体积分方程法处理复杂地下异常体的能力,降低了计算精度.针对上述问题,本文基于完全积分公式、四面体非结构化网格和奇异体积分的精确解析解来高精度求解复杂可控源电磁模型的正演响应.首先,从电场积分公式出发,推导了可控源电磁问题满足的积分方程;其次,借助于非结构化四面体网格离散技术,实现了地下复杂异常体的有效模拟.最后,利用散度定理把强奇异值体积分转换为一系列弱奇异性的面积分公式,并通过推导获得了这些弱奇异性的面积分公式的解析解,从而最终实现三维可控源电磁问题的高精度积分求解.以块状低阻体地电模型为测试模型,采用本文提出的积分方程方法获得的数值解与其他公开数值算法解进行对比分析,其对比结果具有高度的吻合性,验证了算法的正确性;同时,设计了球状及复杂地电模型进行算法收敛性测试,进一步验证算法的正确性以及能够处理地下复杂模型的能力.