Расширенный поиск
ОСОБЕННОСТИ НЕУСТОЙЧИВОСТИ РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ВЭЗ ПРИ ПРЕЦИЗИОННОМ МОНИТОРИНГЕ
1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
2 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
2 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Наука и технологические разработки
Том: 99
Номер: 1
Год: 2020
Страницы: 31-58
УДК: 550.837.311
DOI: 10.21455/std2020.1-4
Показать библиографическую ссылку
БОБАЧЕВ А.А., ДЕЩЕРЕВСКИЙ А.В., СИДОРИН А.Я. ОСОБЕННОСТИ НЕУСТОЙЧИВОСТИ РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ВЭЗ ПРИ ПРЕЦИЗИОННОМ МОНИТОРИНГЕ // Наука и технологические разработки. 2020. Т. 99. № 1. С. 31-58. DOI: 10.21455/std2020.1-4
@article{БОБАЧЕВОСОБЕННОСТИ2020,
author = "БОБАЧЕВ, А. А. and ДЕЩЕРЕВСКИЙ, А. В. and СИДОРИН, А. Я.",
title = "ОСОБЕННОСТИ НЕУСТОЙЧИВОСТИ РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ВЭЗ ПРИ ПРЕЦИЗИОННОМ МОНИТОРИНГЕ",
journal = "Наука и технологические разработки",
year = 2020,
volume = "99",
number = "1",
pages = "31-58",
doi = "10.21455/std2020.1-4",
language = "Russian"
}
Скопировать ссылку в формате ГОСТ
Скопировать ссылку BibTex
Ключевые слова: вертикальное электрическое зондирование, прецизионный мониторинг, инверсия данных, особенности неустойчивости решения обратной задачи
Аннотация: При решении многих геофизических задач используется мониторинг методом вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) на стационарных многоэлектродных установках. Получаемый в результате временной ряд наблюдений можно рассматривать как профиль (набор пикетов) ВЭЗ, развернутый не в пространстве, как при профильных зондированиях, а во времени. При решении обратной задачи ВЭЗ для данных прецизионного мониторинга на стационарной многоэлектродной установке ВЭЗ был обнаружен эффект высокоамплитудного противофазного изменения удельного электрического сопротивления (УЭС) соседних слоев во времени. Такое поведение малоправдоподобно с физической точки зрения. Для выяснения причин возникновения этого явления были изучены синтетические профили ВЭЗ, аналогичные реальным профилям. В каждом слое модельного разреза был задан закон изменения во времени (вдоль профиля) УЭС и рассчитаны синтетические кривые кажущегося сопротивления. Затем решалась обратная задача ВЭЗ. При этом использовались те же алгоритмы, которые применялись для экспериментальных рядов. Полученные решения сравнивались с исходными синтетическими профилями УЭС, что позволило провести анализ ошибок решения. Результаты анализа показали, что эффект противофазного изменения удельных сопротивлений соседних слоев разреза (эффект раскачки решения обратной задачи) не связан с реальными изменениями УЭС. Он возникает из-за особой структуры ландшафта невязки, обусловленной эквивалентностью по сопротивлениям. Данная особенность не учитывается стандартными алгоритмами решения обратной задачи и может приводить к достаточно большим ошибкам, если не принимать специальных мер противодействия. При мониторинге геоэлектрического разреза предъявляются повышенные требования к точности решения обратной задачи ВЭЗ. Необходимая точность не может быть достигнута с помощью обычно используемых алгоритмов инверсии. Требуется разработка специальных алгоритмов подбора решения обратной задачи, обеспечивающих подавление раскачки.
Список литературы: Бобачев А.А. Комплекс IPI-1D - одномерная профильная интерпретация данных ВЭЗ и ВЭЗ-ВП 2020 [Электронный ресурс]. http://geoelectric.ru/ipi2win.htm
Богданов М.И., Калинин В.В., Модин И.Н. Применение высокоточных низкочастотных электроразведочных комплексов для ведения длительного мониторинга опасных инженерно-геологических процессов // Инженерные изыскания. 2013. № 10/11. С.110-115.
Дещеревский А.В. Фильтрация сезонных компонент вариаций геоэлектрических параметров на Гармском полигоне: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. М.: ИДГ РАН, 1996. 20 с.
Дещеревский А.В. Фрактальная размерность, показатель Херста и угол наклона спектра временного ряда. М.: ОИФЗ РАН, 1997. 36 с.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И. Тестирование методики оценки параметров фликкер-шума. М.: ОИФЗ РАН, 1996. 12 с.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Некоторые вопросы методики оценки среднесезонных функций для геофизических данных. М.: ОИФЗ РАН, 1999. 40 с.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Двухкомпонентная модель геофизических процессов: сезонные вариации и фликкер-шум // Докл. РАН. 2001. Т. 376, № 1. С.100-105.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Проблема фликкер-шума при изучении причинно-следственных связей между природными процессами // Докл. РАН. 2003. Т. 392, № 3. С.392-396.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. О зависимости сезонных вариаций кажущегося сопротивления от глубины зондирования // Физика Земли. 2004а. № 3. С.3-20.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Исследование значимости корреляции электрической активности рыб и электротеллурического поля // Биофизика. 2004б. Т. 49, вып. 4. С.715-722.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Некоторые алгоритмы фильтрации для геофизических временных рядов // Физика Земли. 1996а. № 2. С.56-67.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Линейность спектров несезонных компонент геофизических временных рядов // Докл. РАН. 1996б. Т. 346, № 6. С.815-818.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Спектрально-временные особенности сезонных изменений кажущегося сопротивления // Физика Земли. 1997а. № 3. С.53-63.
Дещеревский А.В., Лукк А.А., Сидорин А.Я. Признаки фликкер-шумовой структуры во временных реализациях геофизических полей // Физика Земли. 1997б. № 7. С.3-19.
Дещеревский А.В., Мухин В.М., Сидорин А.Я. Модифицированный алгоритм расчета водного баланса в почве для выявления экзогенных вариаций геофизических параметров // Геофизические исследования. 2006. № 5. С.116-133.
Дещеревский А.В., Мухин В.М., Сидорин А.Я. Фазовые различия сезонных вариаций поступления влаги в почву на станциях Гармского полигона // Физика Земли. 2008. № 9. С.44-53.
Дещеревский А.В., Модин И.Н., Сидорин А.Я. Метод построения модели геоэлектрического разреза с учетом сезонных вариаций по данным многолетнего мониторинга методом ВЭЗ для поиска предвестников землетрясений // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53, № 4. C.61-80. https://doi.org/10.21455/si2017.4-5
Дещеревский А.В., Модин И.Н., Сидорин А.Я. Построение оптимальной модели геоэлектрического разреза по данным режимных ВЭЗ на примере центральной части Гармского полигона // Геофизические процессы и биосфера. 2018а. Т. 17, № 3. С.109-140. https://doi.org/10.21455/ GPB2018.3-7
Дещеревский А.В., Модин И.Н., Сидорин А.Я. Сезонные вариации удельного электрического сопротивления в верхних слоях земной коры // Вопросы инженерной сейсмологии. 2018б. Т. 45, № 3. С.68-83. https://doi.org/10.21455/VIS2018.3-6
Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Оптимизация сети режимных дипольных зондирований на Гармском полигоне// Прогноз землетрясений. № 7. Душанбе: Дониш, 1986. С.162-168.
Лукк А.А., Дещеревский А.В., Сидорин А.Я., Сидорин И.А. Вариации геофизических полей как проявление детерминированного хаоса во фрактальной среде. М.: ОИФЗ РАН, 1996. 210 с.
Осташевский М.Г., Сидорин А.Я. Аппаратура для динамической геоэлектрики. М.: ИФЗ АН СССР, 1990. 208 с.
Пушкарев В.Н., Сидорин А.Я. Сравнение чувствительности различных методов электроразведки применительно к задаче поиска предвестников землетрясений // Сейсмические приборы. 2002. Вып. 37. С.74-88.
Сидорин А.Я. Результаты прецизионных наблюдений за вариациями кажущегося сопротивления на Гармском полигоне // Докл. АН СССР. 1986а. Т. 290, № 1. С.81-84.
Сидорин А.Я. Методы динамической геоэлектрики в автоматизированной системе прогноза землетрясений // Прогноз землетрясений. № 6. Душанбе; Москва: Дониш, 1986б. С.88-96.
Сидорин А.Я. (ред.). Гармский геофизический полигон. М.: Наука, 1990. 240 с.
Сидорин А.Я. (ред.). Автоматизированная обработка данных на Гармском геофизическом полигоне. М.: Наука, 1991. 216 с.
Сидорин А.Я. Предвестники землетрясений. М.: Наука, 1992. 192 с.
Сидорин А.Я., Журавлев В.И. Оценка размеров зон подготовки землетрясений по данным электрического зондирования // Моделирование предвестников землетрясений. М.: Наука, 1980. С.45-54.
Хмелевской В.К., Шевнин В.А. (ред.). Электрическое зондирование геологической среды. Ч. 2. М.: МГУ, 1992. 200 с.
Хмелевской В.К., Шевнин В.А. (ред.). Электроразведка методом сопротивлений. М.: МГУ, 1994. 160 с.
Bobachev A. Ipi2win user's guide. Moscow: Moscow State University, 2002.
Loke M.H., Dahlin T., Rucker D.F. Smoothness-constrained time-lapse inversion of data from 3D resistivity surveys // Near Surf. Geoph. 2014. N 12. P.4-24.
Maillet R. The Fundamental Equations of Electrical Prospecting // Geophysics. 1947. V. 12, N 4. P.529-556. https://doi.org/10.1190/1.1437342
Morrow C., Brace W.F. Resistivity changes in tuffs due to stress // J. Geophys. Res. 1981. V. 86, N B4. P.2929-2934.
Supper R., Ottowitz D., Jochum B., Kim J.H., Römer A., Baron I., Pfeiler S., Lovisolo M., Gruber S., Vecchiotti F. Geoelectrical monitoring: an innovative method to supplement landslide surveillance and early warning // Near Surf. Geoph. 2014a. N 12. P.133-150.
Supper R., Ottowitz D., Jochum B., Römer A., Pfeiler S., Kauer S., Keuschnig M., Ita M. Geoelectrical monitoring of frozen ground and permafrost in alpine areas: field studies and considerations towards an improved measuring technology // Near Surf. Geoph. 2014b. N 12. P.93-115.
Wilkinson P., Chambers J., Kuras O., Meldrum P., Gunn D. Long-term time-lapse geoelectrical monitoring // First Break. 2011. V. 29. P.77-84.
Yamazaki Y. Electrical conductivity of strained rocks (1st paper). Laboratory experiments on sedimentary rocks // Bull. Earthquake Res. Inst. Univ. Tokyo. 1965. V. 43. P.783-802.
Богданов М.И., Калинин В.В., Модин И.Н. Применение высокоточных низкочастотных электроразведочных комплексов для ведения длительного мониторинга опасных инженерно-геологических процессов // Инженерные изыскания. 2013. № 10/11. С.110-115.
Дещеревский А.В. Фильтрация сезонных компонент вариаций геоэлектрических параметров на Гармском полигоне: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. М.: ИДГ РАН, 1996. 20 с.
Дещеревский А.В. Фрактальная размерность, показатель Херста и угол наклона спектра временного ряда. М.: ОИФЗ РАН, 1997. 36 с.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И. Тестирование методики оценки параметров фликкер-шума. М.: ОИФЗ РАН, 1996. 12 с.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Некоторые вопросы методики оценки среднесезонных функций для геофизических данных. М.: ОИФЗ РАН, 1999. 40 с.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Двухкомпонентная модель геофизических процессов: сезонные вариации и фликкер-шум // Докл. РАН. 2001. Т. 376, № 1. С.100-105.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Проблема фликкер-шума при изучении причинно-следственных связей между природными процессами // Докл. РАН. 2003. Т. 392, № 3. С.392-396.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. О зависимости сезонных вариаций кажущегося сопротивления от глубины зондирования // Физика Земли. 2004а. № 3. С.3-20.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Исследование значимости корреляции электрической активности рыб и электротеллурического поля // Биофизика. 2004б. Т. 49, вып. 4. С.715-722.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Некоторые алгоритмы фильтрации для геофизических временных рядов // Физика Земли. 1996а. № 2. С.56-67.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Линейность спектров несезонных компонент геофизических временных рядов // Докл. РАН. 1996б. Т. 346, № 6. С.815-818.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Спектрально-временные особенности сезонных изменений кажущегося сопротивления // Физика Земли. 1997а. № 3. С.53-63.
Дещеревский А.В., Лукк А.А., Сидорин А.Я. Признаки фликкер-шумовой структуры во временных реализациях геофизических полей // Физика Земли. 1997б. № 7. С.3-19.
Дещеревский А.В., Мухин В.М., Сидорин А.Я. Модифицированный алгоритм расчета водного баланса в почве для выявления экзогенных вариаций геофизических параметров // Геофизические исследования. 2006. № 5. С.116-133.
Дещеревский А.В., Мухин В.М., Сидорин А.Я. Фазовые различия сезонных вариаций поступления влаги в почву на станциях Гармского полигона // Физика Земли. 2008. № 9. С.44-53.
Дещеревский А.В., Модин И.Н., Сидорин А.Я. Метод построения модели геоэлектрического разреза с учетом сезонных вариаций по данным многолетнего мониторинга методом ВЭЗ для поиска предвестников землетрясений // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53, № 4. C.61-80. https://doi.org/10.21455/si2017.4-5
Дещеревский А.В., Модин И.Н., Сидорин А.Я. Построение оптимальной модели геоэлектрического разреза по данным режимных ВЭЗ на примере центральной части Гармского полигона // Геофизические процессы и биосфера. 2018а. Т. 17, № 3. С.109-140. https://doi.org/10.21455/ GPB2018.3-7
Дещеревский А.В., Модин И.Н., Сидорин А.Я. Сезонные вариации удельного электрического сопротивления в верхних слоях земной коры // Вопросы инженерной сейсмологии. 2018б. Т. 45, № 3. С.68-83. https://doi.org/10.21455/VIS2018.3-6
Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Оптимизация сети режимных дипольных зондирований на Гармском полигоне// Прогноз землетрясений. № 7. Душанбе: Дониш, 1986. С.162-168.
Лукк А.А., Дещеревский А.В., Сидорин А.Я., Сидорин И.А. Вариации геофизических полей как проявление детерминированного хаоса во фрактальной среде. М.: ОИФЗ РАН, 1996. 210 с.
Осташевский М.Г., Сидорин А.Я. Аппаратура для динамической геоэлектрики. М.: ИФЗ АН СССР, 1990. 208 с.
Пушкарев В.Н., Сидорин А.Я. Сравнение чувствительности различных методов электроразведки применительно к задаче поиска предвестников землетрясений // Сейсмические приборы. 2002. Вып. 37. С.74-88.
Сидорин А.Я. Результаты прецизионных наблюдений за вариациями кажущегося сопротивления на Гармском полигоне // Докл. АН СССР. 1986а. Т. 290, № 1. С.81-84.
Сидорин А.Я. Методы динамической геоэлектрики в автоматизированной системе прогноза землетрясений // Прогноз землетрясений. № 6. Душанбе; Москва: Дониш, 1986б. С.88-96.
Сидорин А.Я. (ред.). Гармский геофизический полигон. М.: Наука, 1990. 240 с.
Сидорин А.Я. (ред.). Автоматизированная обработка данных на Гармском геофизическом полигоне. М.: Наука, 1991. 216 с.
Сидорин А.Я. Предвестники землетрясений. М.: Наука, 1992. 192 с.
Сидорин А.Я., Журавлев В.И. Оценка размеров зон подготовки землетрясений по данным электрического зондирования // Моделирование предвестников землетрясений. М.: Наука, 1980. С.45-54.
Хмелевской В.К., Шевнин В.А. (ред.). Электрическое зондирование геологической среды. Ч. 2. М.: МГУ, 1992. 200 с.
Хмелевской В.К., Шевнин В.А. (ред.). Электроразведка методом сопротивлений. М.: МГУ, 1994. 160 с.
Bobachev A. Ipi2win user's guide. Moscow: Moscow State University, 2002.
Loke M.H., Dahlin T., Rucker D.F. Smoothness-constrained time-lapse inversion of data from 3D resistivity surveys // Near Surf. Geoph. 2014. N 12. P.4-24.
Maillet R. The Fundamental Equations of Electrical Prospecting // Geophysics. 1947. V. 12, N 4. P.529-556. https://doi.org/10.1190/1.1437342
Morrow C., Brace W.F. Resistivity changes in tuffs due to stress // J. Geophys. Res. 1981. V. 86, N B4. P.2929-2934.
Supper R., Ottowitz D., Jochum B., Kim J.H., Römer A., Baron I., Pfeiler S., Lovisolo M., Gruber S., Vecchiotti F. Geoelectrical monitoring: an innovative method to supplement landslide surveillance and early warning // Near Surf. Geoph. 2014a. N 12. P.133-150.
Supper R., Ottowitz D., Jochum B., Römer A., Pfeiler S., Kauer S., Keuschnig M., Ita M. Geoelectrical monitoring of frozen ground and permafrost in alpine areas: field studies and considerations towards an improved measuring technology // Near Surf. Geoph. 2014b. N 12. P.93-115.
Wilkinson P., Chambers J., Kuras O., Meldrum P., Gunn D. Long-term time-lapse geoelectrical monitoring // First Break. 2011. V. 29. P.77-84.
Yamazaki Y. Electrical conductivity of strained rocks (1st paper). Laboratory experiments on sedimentary rocks // Bull. Earthquake Res. Inst. Univ. Tokyo. 1965. V. 43. P.783-802.
