وارون سازي شبه دوبعدي داده هاي الكترومغناطيس هلي كوپتري حوزه فركانس بر پايه روش اكام ميرا شده

Pseudo 2D inversion of frequency-domain helicopter-borne electromagnetic data based on damped Occam’s inversion (2D-DOInv) method

در اين مقاله، طرح معكوس ­سازي شبه­ دوبعدي با قيدهاي جانبي و قائم از طريق روش معكوس­ سازي اكام دو بعدي (2D- DOInv) براي داده ­هاي الكترومغناطيس هلي­كوپتري در حوزه فركانس، حاصل از دو سيستم آرايش هم ­صفحه افقي، هم ­محور قائم و همچنين تركيبي از هر دو سيستم، در محيط نرم­افزار MATLAB ارائه شده است. در الگوريتم 2D-DOInv، مساله معكوس ­سازي علاوه بر قيدهايي در جهت قائم، با استفاده از قيدهاي جانبي يا افقي نيز پايدار شده است. علاوه بر اين اطمينان حاصل مي­شود كه پارامترهاي مدل در شرايط و ساختارهاي زمين­ شناسي متفاوت در دو جهت افقي و قائم، با تعريف ضرايب اختياري جانبي و قائم از طرف كاربر، به طور صحيح تغيير مي ­كنند. در اين طرح داده­هاي تمام ايستگاه­ها به طور همزمان معكوس ­سازي مي­گردند و متعاقبا مدل حاصل از تمام ايستگاه­ها نيز در يك مقطع دوبعدي در يك زمان بازيابي مي ­شوند. از ديگر قابليت­هاي اين طرح معكوس ­سازي، اعمال قيد عدم تساوي به عنوان اطلاعات اوليه براي پايداري بيشتر مساله مي ­باشد. 2D-DOInv قادر است جهت تسريع در فرآيند معكوس ­سازي، از قابليت پردازش موازي در كامپيوترهاي حاوي چند پردازشگر استفاده كند. اين طرح معكو س ­سازي براي داده ­هاي حاصل از دو مدل مصنوعي با شبيه­سازي شرايط واقعي زمين، ساختار دره مدفون و يك زمين دو لايه­ اي با رو لايه­ ي به شدت ناهمگن، مورد آزمايش قرار گرفته است. نتايج نشان مي­دهد كه الگوريتم 2D-DOInv با وجود عدم برازش بالاتر، اثرات نامطلوب دو و سه بعدي و همچنين اثر نوفه­ي داده­ ها در مقاطع مقاومت ويژه الكتريكي را نسبت به روش معمولي اكام به طور موثر كاهش مي­دهد. همچنين با توجه به عدم وابستگي 2D-DOInv به مدل شروع، پايداري فرايند معكوس ­سازي و در نتيجه همگرايي سريع را در پي دارد. علاوه بر اين، در مواردي كه تغييرات جانبي ساختار زير سطح زمين قابل توجه باشد، مانند رولايه ناهمگن موجود در مدل مصنوعي دوم، مي­توان با انتخاب مقادير پايين قيد هموارساز در اين محيط­ ها از همواري بيش از حد مدل بازيابي شده جلوگيري كرد. در نهايت از الگوريتم مورد بحث به عنوان روشي مؤثر در معكوس ­سازي داده­ هاي الكترومغناطيس هلي­كوپتري در حوزه فركانس واقع در محدوده ­اي از برگه كلاته­ رشم در استان سمنان استفاده شده است و نتايج اين فرايند معكوس ­سازي با نقشه زمين­ شناسي، تصاوير ماهواره­اي و نتايج از حاصل از داده­ هاي توموگرافي مقاومت ويژه الكتريكي مقايسه گرديد و صحت آنها تائيد شد.

In this paper, we examine the applicability of a pseudo two-dimensional (2D) inversion technique, called 2D-DOInv, on a layered earth model, to a frequency-domain helicopter-borne electromagnetic (FDHEM) dataset. In this scheme, a one-dimensional (1D) inversion is modified with 2D Occam’s smoothness constraints between 1D models of adjacent sites in addition to the vertical smoothing. By incorporating the vertical and horizontal weighting factors in the regularization matrix, we obtain more stable solution and geologically more realistic results. Unlike 1D Occam’s inversion, in the 2DDOInv algorithm, the data of all stations along a flight line are simultaneously inverted by minimizing a common objective function. In this inversion algorithm, we are able to incorporate the inequality constraints. The inversion scheme can be parallelized using multiple processors in a single computer. To validate the algorithm, we consider synthetic responses generated over known 2D targets, a buried valley structure and a two-layer earth containing heterogeneous overburden. In comparison to the 1D Occam’s inversion, the 2D-DOInv algorithm estimates pseudo 2D cross section of subsurface resistivity structure, and efficiently reduces the effects of the multidimensional modeling cost and data noise. Finally, this inversion is applied on the real data in Kalat-e-Reshm area of Semnan Province, Iran. The resulting inverted parameters using the proposed algorithm correspond reasonably close to the known geology and to the results from electrical resistivity tomography (ERT) data inversion.