基于麻雀搜索算法的大地电磁反演方法研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Henkel_liu
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大地电磁测深法(Magnetotelluric Sounding,MT)是一种以天然交变电磁场为场源研究地壳、上地幔电导率结构的频率域电磁法,广泛应用于工程勘察、矿产勘探、油气勘探、地热勘探和地球深部动力学研究等领域。大地电磁法解释通常是基于对观测到的阻抗张量数据进行反演或成像所建立的电性结构模型,由此可见,反演是大地电磁法应用过程中的重要步骤。求解大地电磁反问题的主要思路是将其转化为不同形式的正则化最小二乘问题,然后利用不同的最优化算法进行求解,目前已经提出了许多反演方法,如马夸特法、高斯-牛顿法、OCCAM法、NLCG法、拟牛顿法等,这些方法各有所长,但是也存在一些问题,通常是将本为非线性问题的大地电磁反问题线性化处理,导致线性化处理误差的产生,而且反演过程中基于确定性梯度还存在依赖初始模型的选取、容易陷入局部极值、多解性强等问题。近年来大量智能算法应用于地球物理反演中,因此,本文提出一种基于麻雀搜索算法的大地电磁反演方法,该方法完全进行非线性反演,具有不必计算雅可比偏导数矩阵,不依赖初始模型,全局寻优能力强的优点。该算法是根据麻雀种群的社会行为而提出的一种智能优化算法,同遗传算法寻优类似,麻雀搜索算法也是在解空间内搜索最优解,大量的研究表明,麻雀搜索算法相对其他智能算法具有更快的收敛速度、更高的收敛精度和更好的鲁棒性,在最优化问题的求解中应用广泛。本文首先以麦克斯韦方程组为出发点,推导了二维地电模型所满足的偏微分方程和边界条件,归纳了用于求解研究区域电磁场场值的边值问题,并利用变分法将此边值问题转化为可通过有限单元法分析的泛函极值问题。编写了二维正演程序,实现了基于矩形单元剖分、双二次插值的有限单元法二维正演模拟,并且分析了二维理论地电模型的正演响应特征。接下来,对比麻雀搜索算法、粒子群算法与灰狼优化算法等应用于测试函数的试算效果,分析麻雀搜索算法的全局寻优能力。采用麻雀搜索算法对大地电磁的一维层状模型进行反演,并在理论模型正演数据中加入不同程度的高斯噪声,验证了麻雀搜索算法一维反演的可行性和抗噪性。之后,构建了麻雀搜索算法二维反演的目标函数,研究了基于麻雀搜索算法的二维反演方法,利用该方法实现了二维理论地电模型的反演,反演结果准确地逼近真实模型,验证了麻雀搜索算法在大地电磁二维反演中可行性和有效性。最后,将本文算法应用于塔里木盆地乌什凹陷的大地电磁剖面反演解释,通过井旁测点电性结构模型与测井曲线的对比,表明实测数据反演结果准确性。并且综合研究区域的地质构造背景,对反演剖面开展了解释工作。
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