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基于交替方向乘子算法的二维磁异常稀疏反演

地球物理学报 2022年第12期65卷 4900-4913页

作者：罗重阳张玉洁中国地质大学(武汉)数学与物理学院武汉430074 地质探测与评估教育部重点实验室武汉430074

磁异常反演是获取地下场源磁化率分布的重要手段之一,在地球勘探中扮演着重要角色.在磁异常反演中,对比光滑反演,稀疏反演的结果具有边界分明,物性参数分布集中的特点,更符合实际情况.针对稀疏反演,本文首先构建了具有代表性的基于L_(1... 详细信息

磁异常反演是获取地下场源磁化率分布的重要手段之一,在地球勘探中扮演着重要角色.在磁异常反演中,对比光滑反演,稀疏反演的结果具有边界分明,物性参数分布集中的特点,更符合实际情况.针对稀疏反演,本文首先构建了具有代表性的基于L_(1)范数目标函数,利用交替方向乘子算法可分离凸函数的特点,将极小化L_(1)范数的优化问题分解为一系列的子问题,通过对子问题求解获得原问题的解;为了增强交替方向乘子算法的适应性,本文结合广义软阈值函数将交替方向乘子法推广于L_(p)(0反演中.为了验证本文提出的算法的有效性,采用了三种常规模型进行模拟实验.与基于L_(2)范数的反演算法进行实验对比,结果表明,本文算法得到了边界清晰,磁化率分布更集中的反演结果.最后,将基于交替方向乘子算法的L_(1)和L_(p)(0反演应用到青海省尕林格铁矿保护区获得的实际磁异常数据中,获得了较为符合实际地质情况的稀疏反演结果.

关键词：稀疏反演交替方向乘子算法 L_(p)(0 磁异常

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基于正交最小二乘的位场数据稀疏反演

地球物理学进展 2023年第6期38卷 2611-2621页

作者：叶丽霞张玉洁罗重阳中国地质大学(武汉)数学与物理学院武汉430074 地质探测与评估教育部重点实验室武汉430074

传统的重磁反演方法大多数是基于观测数据和模型参数约束的L2范数极小化,然后利用共轭梯度法(Conjugate Gradient, CG)进行物性反演,得到的是分辨率较低的非稀疏解.考虑到大多数地质的情况下,物性分布本身具有稀疏性,本文用压缩感知(Com... 详细信息

传统的重磁反演方法大多数是基于观测数据和模型参数约束的L2范数极小化,然后利用共轭梯度法(Conjugate Gradient, CG)进行物性反演,得到的是分辨率较低的非稀疏解.考虑到大多数地质的情况下,物性分布本身具有稀疏性,本文用压缩感知(Compressed Sensing, CS)技术代替传统的反演方法,提出了基于正交最小二乘法(Orthogonal Least Squares, OLS)的物性稀疏反演方法.首先,位场数据可以由核矩阵的列向量线性表出,且物性参数是稀疏的,然后利用OLS算法,将核矩阵的列向量作为一个个原子,根据残差最小选择最相关的列作为选择的原子加以匹配,然后进行迭代求解.模拟数据和真实数据实验表明,本文提出的OLS方法不仅可以快速反演场源的稀疏分布,而且可以获得分辨率高、具有尖锐边界的反演结果,在实际应用中具有较好的效果.

关键词：压缩感知正交最小二乘稀疏反演位场数据

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稀疏反演多次波去除策略与效果分析

地球物理学报 2017年第12期60卷 4801-4813页

作者：白兰淑刘伊克卢回忆中国地震台网中心北京100045 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 洛恩能源科技(北京)有限公司北京100012

多次波去除是海上勘探中的一项关键技术,在一定程度上决定着最终成像结果的质量.表面相关多次波去除方法(Surface-Related Multiple Elimination,SRME)是一种基于反馈迭代模型的数据驱动类方法,该方法利用地震数据本身预测多次波,进一... 详细信息

多次波去除是海上勘探中的一项关键技术,在一定程度上决定着最终成像结果的质量.表面相关多次波去除方法(Surface-Related Multiple Elimination,SRME)是一种基于反馈迭代模型的数据驱动类方法,该方法利用地震数据本身预测多次波,进一步对其进行匹配相减获得一次波结果,这往往导致与多次波重叠的一次波被错误地去除.稀疏反演一次波估计方法(Estimation of Primaries by Sparsity Inversion,EPSI)在原理上同样基于反馈迭代模型,通过求解一次波和表面相关多次波总残差最小化问题直接获得一次波.该方法无多次波的匹配相减过程,可减少与多次波发生重叠的一次波产生损失.另外,EPSI可以很好地解决SRME无法解决的近道缺失问题.理论数据和实际资料处理对比表明SRME对数据完整性以及一次波和多次波的分布情况有较强的依赖性,而EPSI几乎不受这两个因素的影响.EPSI相比SRME方法计算成本高,尚未在工业界广泛应用,但随着高性能计算的普及,该方法的实用性有望得到突破.

关键词：稀疏反演一次波表面相关多次波多次波压制

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L1范数约束被动源数据稀疏反演一次波估计

地球物理学报 2015年第2期58卷 674-684页

作者：程浩王德利冯飞王通吉林大学地球探测科学与技术学院长春130026 中海油服物探事业部数据处理中心天津300451

对于被动源地震数据,运用常规的互相关算法得到的虚拟炮记录中,不仅含有一次波反射信息,还包括了表面相关多次波.然而,通过传统的被动源数据稀疏反演一次波估计(EPSI)方法,可以求得只含有一次波,不含表面相关多次波的虚拟炮记录.本文改... 详细信息

对于被动源地震数据,运用常规的互相关算法得到的虚拟炮记录中,不仅含有一次波反射信息,还包括了表面相关多次波.然而,通过传统的被动源数据稀疏反演一次波估计(EPSI)方法,可以求得只含有一次波,不含表面相关多次波的虚拟炮记录.本文改进了传统的被动源数据稀疏反演一次波估计问题的求解方法,将被动源稀疏反演一次波估计求解问题转化为双凸L1范数约束的最优化求解问题,避免了在传统的稀疏反演一次波估计过程中用时窗防止反演陷入局部最优化的情况.在L1范数约束最优化的求解过程中,又结合了2DCurvelet变换和小波变换,在2DCurvelet-wavelet域中,数据变得更加稀疏,从而使求得的结果更加准确,成像质量得到了改善.通过简单模型和复杂模型,验证了本文提出方法的有效性.

关键词：被动源稀疏反演 L1正则化凸优化

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基于稀疏反演理论的自动叠加速度反演方法

地球物理学报 2017年第7期60卷 2791-2800页

作者：徐文君殷俊锋王华忠冯波同济大学数学系上海200092 同济大学海洋与地球科学学院波现象与反演成像研究组上海200092

叠加速度分析技术是常规地震资料处理中的重要环节,也是经典的时间域速度建模方法.叠加速度分析技术主要包括速度谱计算和拾取两个步骤.至今为止,多数研究工作通过提高速度谱的分辨率以及抗噪声能力,获得高质量的速度谱从而有利于拾取.... 详细信息

叠加速度分析技术是常规地震资料处理中的重要环节,也是经典的时间域速度建模方法.叠加速度分析技术主要包括速度谱计算和拾取两个步骤.至今为止,多数研究工作通过提高速度谱的分辨率以及抗噪声能力,获得高质量的速度谱从而有利于拾取.本文的目标是将叠加速度分析技术转为一个全自动化的处理流程.从参数估计的角度出发,将叠加速度估计转化为稀疏反演框架下的模型参数估计问题,并通过稀疏反演算法自动反演叠加速度,进而提高叠加速度建模的效率.为实现这一目标,首先给出了正问题的定义,即层状介质中CMP道集的预测模型,利用叠加速度、垂向双程走时(t_0)以及反射子波以及CMP道集时距关系(如双曲时距关系)可以预测CMP道集.接着,速度分析反问题可以描述为已知观测的CMP道集,估计模型参数(叠加速度及t_0时间等).利用模型参数的稀疏性作为约束条件并用L_0范数作为模型稀疏性的度量准则,叠加速度分析可以转化为L_0范数约束下的稀疏反演问题.本文提出了一种基于预测校正思想的匹配追踪算法求解上述反问题,实现了自动叠加速度建模并为后续的高精度速度反演方法提供较好的初始模型.理论和实际资料的测试结果证明了本文方法的有效性.

关键词：叠加速度分析速度谱自动速度建模 CMP道集稀疏反演

基于数据规则化和稀疏反演的三维表面多次波压制方法

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地球物理学报 2016年第2期59卷 673-681页

作者：方云峰聂红梅张丽梅唐博文王增波中国海洋大学青岛266100 中国石油东方地球物理公司物探技术研究中心河北涿州072751

表面多次波是海洋地震勘探中的主要问题.目前,二维数据驱动的表面多次波压制技术(SRME)已经比较成熟,并且已经成为工业界压制海洋表面多次波的主流方法.但是由于二维SRME算法没有考虑横测线方向上多次波的贡献,导致在处理实际三维海洋... 详细信息

表面多次波是海洋地震勘探中的主要问题.目前,二维数据驱动的表面多次波压制技术(SRME)已经比较成熟,并且已经成为工业界压制海洋表面多次波的主流方法.但是由于二维SRME算法没有考虑横测线方向上多次波的贡献,导致在处理实际三维海洋资料时存在比较大的误差.将二维SRME算法扩展到三维空间后可以得到三维SRME算法,但是由于目前实际采集的三维海洋资料的观测系统存在拖缆漂移,而且横测线方向采样过于稀疏,直接应用三维SRME算法无法准确预测表面多次波.本文提出的通过数据规则化配合稀疏反演的三维表面多次波压制方法能够解决这种实际资料和三维SRME算法之间的矛盾.本文通过研究数据规则化与反规则化技术,使得数据分布满足三维SRME的要求;通过研究稀疏反演技术,有效解决了横测线方向采样稀疏对于多次波预测的影响,三维实际海洋资料的应用结果验证了方法的有效性和可行性.

关键词：三维表面多次波数据规则化稀疏反演

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基于稀疏反演三维表面多次波压制方法

地球物理学报 2015年第7期58卷 2496-2507页

作者：王维红井洪亮东北石油大学地球科学学院大庆163318

三维表面多次波压制是海洋地震资料预处理中的重要研究课题,基于波动理论的三维表面多次波压制方法(3DSRME)是数据驱动的方法,理论上来说,可有效压制复杂构造地震数据表面多次波.但该方法因对原始地震数据采集要求高而很难在实际资料处... 详细信息

三维表面多次波压制是海洋地震资料预处理中的重要研究课题,基于波动理论的三维表面多次波压制方法(3DSRME)是数据驱动的方法,理论上来说,可有效压制复杂构造地震数据表面多次波.但该方法因对原始地震数据采集要求高而很难在实际资料处理中广泛应用.本文基于贡献道集的概念,将稀疏反演方法引入到表面多次波压制中,应用稀疏反演代替横测线积分求和,无需对横测线进行大规模重建,进而完成三维表面多次波预测,这样可有效解决实际三维地震数据横测线方向稀疏的问题.基于纵测线多次波积分道集为抛物线的假设,为保证预测后三维表面多次波和全三维数据预测的多次波在运动学和动力学特征上基本一致,文中对预测数据实施基于稳相原理的相位校正.理论模型和实际数据的测试结果表明,本文基于稀疏反演三维表面多次波压制方法可在横测线稀疏的情况下,有效压制三维复杂介质地震资料中的表面多次波,从而更好地提高海洋地震资料的信噪比,为高分辨率地震成像提供可靠的预处理数据保障.

关键词：稀疏反演表面多次波贡献道集多次波预测

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基于稀疏反演的高效混采数据分离方法

石油地球物理勘探 2019年第2期54卷 268-273,I0005页

作者：宋家文李培明王文闯王成祥李合群王宝彬东方地球物理公司物探技术研究中心河北涿州072750

混叠采集技术能极大地提高地震采集效率,但是由于连续激发,混采数据中存在严重的邻炮干扰噪声,而且混采数据规模巨大,这要求后续的信噪分离算法精确、稳定、快速,为此提出一种基于稀疏反演的高效混采数据分离方法。在三维共检波点道集上... 详细信息

混叠采集技术能极大地提高地震采集效率,但是由于连续激发,混采数据中存在严重的邻炮干扰噪声,而且混采数据规模巨大,这要求后续的信噪分离算法精确、稳定、快速,为此提出一种基于稀疏反演的高效混采数据分离方法。在三维共检波点道集上,首先通过三维快速傅里叶变换,将时空域数据变换到频率—波数—波数域(FKK);然后采用硬阈值函数提取相干信号,利用相干信号预测混叠噪声;最后以数据残差为驱动,不断收缩阈值,迭代更新模型,实现高效混采数据分离。模拟数据和实际数据应用结果表明,本文方法能够精确、稳定、快速地分离高混叠度的地震数据。

关键词：高效混采信噪分离三维共检波点道集 FKK域稀疏反演

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应用稀疏反演方法压制自由表面多次波

石油地球物理勘探 2015年第4期50卷 613-618,2页

作者：宋家文赵波李合群东方地球物理公司博士后科研工作站河北涿州072751 中国地质大学(北京) 北京100083 东方地球物理公司物探技术研究中心河北涿州072751

SRME的自适应相减过程易损伤有效信号,本文采用的反演方法克服了SRME的上述局限。首先阐述了基于稀疏反演的自由表面多次波压制理论,推导了脉冲响应与震源子波的更新公式;然后通过模拟算例对比分析了稀疏反演法与SRME的多次波压制效果;... 详细信息

SRME的自适应相减过程易损伤有效信号,本文采用的反演方法克服了SRME的上述局限。首先阐述了基于稀疏反演的自由表面多次波压制理论,推导了脉冲响应与震源子波的更新公式;然后通过模拟算例对比分析了稀疏反演法与SRME的多次波压制效果;最后通过实际数据进一步验证了方法的有效性。

关键词：自由表面多次波压制自适应相减脉冲响应震源子波稀疏反演