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基于蚁狮优化算法的瑞雷波频散曲线反演

王一鸣 宋先海 张学强

王一鸣, 宋先海, 张学强. 基于蚁狮优化算法的瑞雷波频散曲线反演[J]. 地质科技通报, 2023, 42(3): 331-337. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0100
引用本文: 王一鸣, 宋先海, 张学强. 基于蚁狮优化算法的瑞雷波频散曲线反演[J]. 地质科技通报, 2023, 42(3): 331-337. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0100
Wang Yiming, Song Xianhai, Zhang Xueqiang. Inversion of Rayleigh wave dispersion curves based on antlion optimizer[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2023, 42(3): 331-337. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0100
Citation: Wang Yiming, Song Xianhai, Zhang Xueqiang. Inversion of Rayleigh wave dispersion curves based on antlion optimizer[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2023, 42(3): 331-337. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0100

基于蚁狮优化算法的瑞雷波频散曲线反演

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0100
基金项目: 

国家自然科学基金项目 42074164

国家自然科学基金项目 41874150

详细信息
    作者简介:

    王一鸣(1997—), 男, 现正攻读地球探测与信息技术专业硕士学位, 主要从事瑞雷波反演技术及应用工作。E-mail: 358017792@qq.com

    通讯作者:

    宋先海(1973—), 男, 教授, 主要从事地震面波勘探、地震折射波勘探、地震反射波勘探、地震层析成像和地球物理反演等研究工作。E-mail: songxianhaiwcy@sina.com

  • 中图分类号: P631.4+9

Inversion of Rayleigh wave dispersion curves based on antlion optimizer

  • 摘要:

    反演瑞雷波频散曲线获得横波速度剖面, 是近地表瑞雷波勘探中最重要的步骤之一; 瑞雷波频散曲线反演是一个多极值、高度非线性问题, 为此引入蚁狮优化算法求解该类问题。蚁狮优化算法是一种群智能算法, 是模仿蚁狮设置陷阱捕食的行为建立的全局优化算法, 该算法收敛速度较快且降低了不同的参数设置对结果产生的影响。通过使用蚁狮优化算法对典型的理论地质模型进行了频散曲线反演, 反演结果表明蚁狮优化算法能够运用在瑞雷波频散曲线反演中且精度较高, 在实测资料中与传统非线性方法进行了对比, 验证了基于蚁狮优化算法频散曲线反演的优势与实用性。

     

  • 图 1  模型1的反演结果

    a.基阶反演频散曲线对比图;b.迭代收敛曲线图;c.横波速度剖面对比

    Figure 1.  Inversion results of Model 1

    图 2  模型2的反演结果

    a.基阶反演频散曲线对比图;b.迭代收敛曲线图; c.横波速度剖面对比

    Figure 2.  Inversion results of Model 2

    图 3  模型3的反演结果

    a.基阶反演频散曲线对比图;b.迭代收敛曲线图; c.横波速度剖面对比

    Figure 3.  Inversion results of Model 3

    图 4  实测资料及其反演

    a.实测地震记录;b.实测频散能量图; c.横波速度剖面; d.反演实测对比; e.横波速度迭代曲线; f.层厚度迭代曲线; g.迭代收敛曲线对比; h.实测资料与反演结果对比

    Figure 4.  Field dataset and inversion results

    表  1  模型1参数及反演搜索范围

    Table  1.   Parameters of Model 1 and search space in the inversion

    层号 理论模型 搜索范围
    横波速度/(m·s-1) 纵波速度/(m·s-1) 密度/(g·cm-3) 层厚度/m 横波速度/(m·s-1) 层厚度/m
    1 200 663 1.9 4 100~300 2~6
    2 300 1 149 1.9 2 150~450 1~3
    3 400 1 774 1.9 6 200~600 3~9
    4 500 2 030 1.9 半空间 250~750 半空间
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    表  2  模型1反演结果统计

    Table  2.   Statistics of Model 1 inversion results

    模型参数 理论值 统计结果
    反演结果 相对误差/% 总误差/%
    Vs1/(m·s-1) 200 200.14 0.07 2.95
    Vs2/(m·s-1) 300 307.59 2.53
    Vs3/(m·s-1) 400 390.91 2.27
    Vs4/(m·s-1) 500 499.31 0.14
    H1/m 4 3.96 1.00
    H2/m 2 2.15 7.50
    H3/m 6 5.57 7.17
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    表  3  模型2参数及反演搜索范围

    Table  3.   Parameters of Model 2 and search space in the inversion

    层号 理论模型 搜索范围
    横波速度/(m·s-1) 纵波速度/(m·s-1) 密度/(g·cm-3) 层厚度/m 横波速度/(m·s-1) 层厚度/m
    1 200 663 1.8 4 100~300 2~6
    2 150 497 1.8 2 100~300 1~3
    3 300 994 1.8 6 150~450 3~9
    4 400 1 326 1.8 半空间 200~600 半空间
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    表  4  模型2反演结果统计

    Table  4.   Statistics of Model 2 inversion results

    模型参数 理论值 统计结果
    反演结果 相对误差/% 总误差/%
    Vs1/(m·s-1) 200 200.60 0.30 3.27
    Vs2/(m·s-1) 150 147.98 1.34
    Vs3/(m·s-1) 300 308.96 2.99
    Vs4/(m·s-1) 400 397.25 0.68
    H1/m 4 4.20 5.00
    H2/m 2 1.93 3.50
    H3/m 6 5.50 8.33
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    表  5  模型3参数及反演搜索范围

    Table  5.   Parameters of Model 3 and search space in the inversion

    层号 理论模型 搜索范围
    横波速度/(m·s-1) 纵波速度/(m·s-1) 密度/(g·cm-3) 层厚度/m 横波速度/(m·s-1) 层厚度/m
    1 150 497 1.8 4 50~250 2~6
    2 250 829 1.8 2 100~400 1~3
    3 200 663 1.8 3 100~400 1.5~4.5
    4 400 1 327 1.8 半空间 200~600 半空间
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    表  6  模型3反演结果统计

    Table  6.   Statistics of Model 3 inversion results

    模型参数 理论值 统计结果
    反演结果 相对误差/% 总误差/%
    Vs1/(m·s-1) 150 151.33 0.88 3.60
    Vs2/(m·s-1) 250 249.31 0.28
    Vs3/(m·s-1) 200 217.65 8.82
    Vs4/(m·s-1) 400 399.15 0.21
    H1/m 4 4.23 5.75
    H2/m 2 2.14 7.00
    H3/m 3 2.95 1.67
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  • 收稿日期:  2021-12-02

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