基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法及系统，构造不同探测距离的电阻率模型与波速模型；进行地震与电法单独反演，根据其反演结果对电阻率模型与波速模型的共同联合反演区域计算结构约束项；基于结构约束的特点，对结构约束项设置不同系数，以平衡数据项与结构约束项，得到最后的结构约束项，交替加在地震和电法的损失函数中，获得各自基于结构性约束的联合反演结果

【技术实现步骤摘要】
基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法及系统


[0001]本专利技术属于地球物理勘探
，涉及一种基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法及系统
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]为了揭示地下介质的结构和物性参数分布，各种地球物理方法包括重磁震电等不断被用于探测中；各类方法利用其观测数据，依赖不同地球物理属性来推断地下结构，反映地下物质的某一种物理性质，各有其优缺点
。
地震法和电法是两种重要的地球物理勘探方法，但随着探测深度和探测环境复杂度的增加，单一的地球物理方法可获得的有效信息有限且往往面临数据量不足的问题，反演容易存在多解性
。
[0004]联合反演作为目前地球物理反演领域的重要发展趋势，综合多种勘探方法，联合各种地球物理观测数据，可以有效抑制反演的多解性，获得更为准确的地下介质信息
。
基于结构相似性的联合反演，包括基于模型曲率信息
、
交叉梯度
、
模型梯度点乘积和基于局部相关性等，交叉梯度作为联合反演的有效手段之一，不依赖于先验的物性信息，适用性强较强，是当前的研究热点
。
此外，利用先验信息在数值方面与结构方面为波速模型和电阻率模型提供较好的初始模型，可以有效提高联合反演的效果
。
[0005]目前实现基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演主要存在以下两个难题：
[0006]地震反演和电法反演的质量十分依赖于人为设置的初始模型，而隧道探测中很难提供一个包含大尺度结构的良好的初始模型，因此反演过程很容易陷入局部极值
。
如何利用地勘资料
、
超前炮孔和超前导洞等提供的数值信息与结构信息给隧道反演提供一个好的初始模型是实现联合反演的基础
。
[0007]地震反演和电法反演探测距离不同的后续处理
。
当前的联合反演往往只对不同探测方法的共同探测空间进行反演，对于探测距离更大的方法，没有利用联合反演的结果进行进一步优化
。
如何实现不同探距的探测方法的全局优化是提升联合反演整体效果必须要解决的问题
。

技术实现思路

[0008]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法及系统，本专利技术可以对隧道全波形反演进行优化，提升联合反演的效果
。
[0009]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法，包括以下步骤：
[0011]构造不同探测距离的电阻率模型与波速模型；
[0012]进行地震与电法单独反演，根据其反演结果对电阻率模型与波速模型的共同联合反演区域计算结构约束项；
[0013]基于结构约束的特点，对结构约束项设置不同系数，以平衡数据项与结构约束项，得到最后的结构约束项，交替加在地震和电法的损失函数中，获得各自基于结构性约束的联合反演结果
。
[0014]作为可选择的实施方式，构造不同探测距离的电阻率模型与波速模型的具体过程包括基于真实探测距离的不同，生成对应的三维隧道电阻率模型和三维隧道速度模型，所述三维隧道电阻率模型的探测距离相较于真实探测距离小，所述三维隧道速度模型的探测距离相较于真实探测距离大
。
[0015]作为可选择的实施方式，所述电阻率模型与波速模型的横切面尺度相同，纵向尺度上选取与电阻率模型一致的长度作为共同联合反演区域
。
[0016]作为可选择的实施方式，对共同联合反演区域计算结构约束项的具体过程包括进行地震与电法单独反演，根据其反演结果对共同反演区域计算交叉梯度项函数，所述函数为速度和电阻率的梯度的乘积，根据交叉梯度项函数计算结构约束项函数
。
[0017]作为进一步的，所述交叉梯度项函数为：
[0018][0019][0020][0021]其中，和为速度和电阻率的梯度
,m1、m2分别为速度和电阻率的模型参数值，
s、b、c、d
分别表示当前网格和
x、y、z
方向上的前向网格，
Δ
x
i
、
Δ
y
i
、
Δ
z
i
分别为当前网格在
x、y、z
方向上的边长
,
Δ
x
i+1
、
Δ
y
i+1
、
Δ
z
i+1
分别为
x、y、z
方向上的前向网格的边长
。
[0022]作为可选择的实施方式，对结构约束项设置不同系数，以平衡数据项与结构约束项的具体过程包括根据结构约束的特点，，对结构约束项设置权重系数，为自适应权重因子，依据数据项与结构约束项数量级上的差别进行选择，实现平衡结构约束项和数据拟合项的影响
。
[0023]作为可选择的实施方式，还包括基于所述联合反演的结果，将其作为整体波速模型的初始模型，对非公共区域的波速模型进行进一步优化
。
[0024]一种基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演系统，包括：
[0025]模型构建模块，被配置为构造不同探测距离的电阻率模型与波速模型；
[0026]约束模块，被配置为进行地震与电法单独反演，根据其反演结果对电阻率模型与波速模型的共同联合反演区域计算结构约束项；
[0027]联合反演模块，被配置为基于结构约束的特点，对结构约束项设置不同系数，以平衡数据项与结构约束项，得到最后的结构约束项，交替加在地震和电法的损失函数中，获得各自基于结构性约束的联合反演结果
。
[0028]一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处
理器加载并执行所述方法中的步骤
。
[0029]一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的方法中的步骤
。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0031]1、
基于先验信息，利用地勘资料
、
超前炮孔和超前导洞等提供的数值信息与结构信息，可以为地震和电法反演提供一个可靠的初始模型，利用其包含的大尺度结构信息可以更有效地提升反演质量
。
[0032]2、
基于结构约束的特点，对结构约束项设置自适应权重系数，以平衡数据项与结构约束项，提升了约束的可靠性
。
[0033]3、
本专利技术对非公共区域的地震波速模型进行了进一步的优化，将联合反演获得的共同区域波速模型作为整体波速模型的初始模型，对波速模型非公共区域进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法，其特征是，包括以下步骤：构造不同探测距离的电阻率模型与波速模型；进行地震与电法单独反演，根据其反演结果对电阻率模型与波速模型的共同联合反演区域计算结构约束项；基于结构约束的特点，对结构约束项设置不同系数，以平衡数据项与结构约束项，得到最后的结构约束项，交替加在地震和电法的损失函数中，获得各自基于结构性约束的联合反演结果
。2.
如权利要求1所述的一种基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法，其特征是，构造不同探测距离的电阻率模型与波速模型的具体过程包括基于真实探测距离的不同，生成对应的三维隧道电阻率模型和三维隧道速度模型，所述三维隧道电阻率模型的探测距离相较于真实探测距离小，所述三维隧道速度模型的探测距离相较于真实探测距离大
。3.
如权利要求1所述的一种基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法，其特征是，所述电阻率模型与波速模型的横切面尺度相同，纵向尺度上选取与电阻率模型一致的长度作为共同联合反演区域
。4.
如权利要求1所述的一种基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法，其特征是，对共同联合反演区域计算结构约束项的具体过程包括进行地震与电法单独反演，根据其反演结果对共同反演区域计算交叉梯度项函数，所述函数为速度和电阻率的梯度的乘积，根据交叉梯度项函数计算结构约束项函数
。5.
如权利要求4所述的一种基于结构性约束的隧道地震与电法联合反演方法，其特征是，所述交叉梯度项函数为：是，所述交叉梯度项函数为：是，所述交叉梯度项函数为：其中，和为速度和电阻率的梯度
,m1、m2分别为速度和电阻率的模型参数值，
s、b、c、d
分别表示当前网格和
x、y、z
方向上的前向网格，
Δ
x
i
、
Δ
y
i
、
Δ
z

【专利技术属性】
技术研发人员：任玉晓，刘本超，郭诗雨，刘斌，陈磊，许新骥，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：