Расширенный поиск
Оценка погрешности решения обратной задачи ВЭЗ для прецизионных исследований временных вариаций геоэлектрического разреза с сильным сезонным эффектом
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Сейсмические приборы
Том: 58
Номер: 4
Год: 2022
Страницы: 41-61
УДК: 550.837.311
DOI: 10.21455/si2022.4-3
Показать библиографическую ссылку
Бобачев А.А., Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Оценка погрешности решения обратной задачи ВЭЗ для прецизионных исследований временных вариаций геоэлектрического разреза с сильным сезонным эффектом
// Сейсмические приборы. 2022. Т. 58. № 4. С. 41-61. DOI: 10.21455/si2022.4-3
@article{БобачевОценка2022,
author = "Бобачев, А. А. and Дещеревский, А. В. and Сидорин, А. Я.",
title = "Оценка погрешности решения обратной задачи ВЭЗ для прецизионных исследований временных вариаций геоэлектрического разреза с сильным сезонным эффектом
",
journal = "Сейсмические приборы",
year = 2022,
volume = "58",
number = "4",
pages = "41-61",
doi = "10.21455/si2022.4-3",
language = "Russian"
}
Скопировать ссылку в формате ГОСТ
Скопировать ссылку BibTex
Ключевые слова: геоэлектрический мониторинг, прецизионные зондирования, ВЭЗ, погрешность инверсии данных, сезонные вариации, фликкер-шум
Аннотация: В рамках исследований по поиску предвестников землетрясений авторами был проведен эксперимент по многолетнему прецизионному мониторингу вариаций сопротивления зем-ной коры в высокосейсмичном районе Таджикистана. Первичные данные этого эксперимента можно рассматривать как профиль вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) особого вида, у которого вместо линейной координаты от пикета к пикету меняется дата зондирования. При обработке данных прецизионного мониторинга необходимо ре-шать обратную задачу ВЭЗ с максимально возможной точностью. Обычно используемые в электроразведке программы инверсии кривых ВЭЗ сделать это не позволяют. Авторами ра-нее был разработан специальный метод регуляризации функционала невязки, обеспечивающий подавление эффекта раскачки сопротивлений, благодаря чему погрешность восстановления удельного электрического сопротивления горных пород (УЭС) для профилей с сильным сезонным ходом сопротивления снижается на порядок. Однако в некоторых случаях регуляризированный алгоритм сильно смещает оценки амплитуды сезонного хода со-противления в нижних слоях разреза. В настоящей работе детально протестирована рабо-та предложенного алгоритма для девяти модельных профилей, имитирующих реальный геоэлектрический разрез. Рассмотренные профили отличались характеристиками сезонно-го хода сопротивления в нижних слоях разреза (варьировалась фаза и амплитуда сезонных эффектов). Показано, что раскачка сопротивлений эффективно подавляется во всех случаях. Для каждого модельного профиля оценена погрешность решения обратной задачи. Изу-чен эффект смещения оценок амплитуды сезонного хода. Показано, что в большинстве случаев анализ решения позволяет установить факт наличия таких искажений и качественно оценить их характер. Также показано, что для тех вариантов профиля, которые, предположительно, наиболее близки к экспериментальному профилю, смещение оценок минимально. Для всех профилей оценено отношение средних и максимальных ошибок расчета УЭС в разных слоях к невязке решения обратной задачи. Это позволяет оценивать фактическую погрешность восстановленных значений УЭС, зная только невязку подбора. Также в работе изучен возможный эффект повышения точности решения обратной задачи в случае предварительной декомпозиции кривых кажущегося сопротивления на сезонную и фликкер-шумовую составляющие. Показано, что при малых невязках подбора результаты меняются незначительно. Согласно полученным результатам, погрешность восстановления аперио-дической (фликкер-шумовой) компоненты вариаций УЭС в нижних слоях рассматриваемо-го разреза может быть доведена до 0.4 %. Точность восстановления сезонной составляю-щей вариаций УЭС зависит от амплитуды и фазы сезонных эффектов в модельном профиле. Для рассмотренных профилей погрешность меняется от 1 до 2 %.
Список литературы: Бобачев А.А. Комплекс IPI-1D – одномерная профильная интерпретация данных ВЭЗ и ВЭЗ-ВП [Электронный ресурс]. http://geoelectric.ru/ipi2win.htm (дата доступа: 26.06.2020)
Бобачев А.А., Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Особенности неустойчивости решения об-ратной задачи ВЭЗ при прецизионном мониторинге // Наука и технологические разработки. 2020а. Т. 99, № 1. С.31–58. https://doi.org/10.21455/std2020.1-4
Бобачев А.А., Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Алгоритмы регуляризации для повышения устойчивости решения обратной задачи при прецизионном мониторинге удельных электрических сопротивлений методом ВЭЗ // Сейсмические приборы 2020б. Т. 56, № 3. С.61–82. https://doi.org/10.21455/si2020.3-4
Бобачев А.А., Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Регуляризация решения обратной задачи ВЭЗ методом стабилизации контраста: тестирование алгоритма на модельных данных // Наука и технологические разработки. 2022. Т. 101, № 1. С.5–35. https://doi.org/10.21455/std2022.1-2
Дещеревский А.В. Фильтрация сезонных компонент вариаций геоэлектрических параметров на Гармском полигоне: Автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. М.: ИДГ РАН, 1996. 20 с.; Дис. ... канд. физ.-мат. наук. М.: ИДГ РАН, 1996. 175 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. Экспериментальные исследования сезонных вариаций кажущегося сопротивления применительно к задачам сейсмологии // Сейсмические при-боры. 1999а. Вып. 32. С.62–75.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Некоторые вопросы методики оценки среднесезонных функций для геофизических данных. М.: ОИФЗ РАН, 1999б. 40 с.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Скрытые периодичности и фликкер-шум в электротеллурическом поле // Физика Земли. 1999в. № 4. С.56–67.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Двухкомпонентная модель геофизических процессов: се-зонные вариации и фликкер-шум // Доклады Академии наук. 2001. Т. 376, № 1. С.100–105.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Проблема фликкер-шума при изучении причинно-следствен¬ных связей между природными процессами // Доклады Академии наук. 2003а. Т. 392, № 3. С.392–396.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Аномальная зависимость амплитуды сезонных вариаций кажущегося сопротивления от разноса // Доклады Академии наук. 2003б. Т. 388, № 3. С.387–391.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. О зависимости сезонных вариаций кажущегося сопротивления от глубины зондирования // Физика Земли. 2004. № 3. С.3–20.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Оптимизация алгоритма расчета временных вариаций удельного сопротивления по данным режимных зондирований методом ВЭЗ для повы-шения точности и надежности результатов // Наука и технологические разработки. 2019. Т. 98, № 1. https://doi.org/ 10.21455/std2019.1-3
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Лукк А.А., Сидорин А.Я. Признаки фликкер-шумовой структуры во временных реализациях электрометрических параметров // Изучение природы вариаций геофизических полей. М.: ОИФЗ РАН, 1994. С.5–17.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Линейность спектров несезонных компонент геофизических временных рядов // Доклады Академии наук. 1996. Т. 346, № 6. С.815–818.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Спектрально-временные особенности се-зонных 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., Журавлев В.И., Никольский А.Н., Сидорин А.Я. Технологии анализа геофизических рядов. Ч. 1. Требования к программе обработки // Сейсмические при-боры. 2016а. Т. 52, № 1. С.61–82.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Никольский А.Н., Сидорин А.Я. Технологии анализа геофизических временных рядов. Ч. 2. WinABD – пакет программ для сопровождения и анализа данных геофизического мониторинга // Сейсмические приборы. 2016б. Т. 52, № 3. С.51–80.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Никольский А.Н., Сидорин А.Я. Проблемы анализа временных рядов с пропусками и методы их решения в программе WinABD // Геофизиче-ские процессы и биосфера. 2016в. Т. 15, № 3. С.5–34.
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 Гармско-го 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.
Заборовский А.И. Электроразведка: Учебник для вузов. М.: Гостоптехиздат, 1963. 423 с.
Куфуд О. Зондирование методом сопротивлений. М.: Недра, 1984. 270 с.
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.: Наука, 1990. 206 с.
Осташевский М.Г., Сидорин А.Я. Многофункциональная станция электрического зондирования и результаты ее использования // Комплексные исследования по прогнозу земле-трясений. М.: Наука, 1991. С.182–199.
Сидорин А.Я. Вариации электрического сопротивления верхнего слоя земной коры // Докл. АН СССР. 1984. Т. 290, № 1. С.81–84.
Сидорин А.Я. Результаты прецизионных наблюдений за вариациями кажущегося сопротивления на Гармском полигоне // Докл. АН СССР. 1986. Т. 290, № 1. С.81–84.
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., Осташевский М.Г. Методика прецизионного электрического зондирования при поиске предвестников землетрясений // Сейсмические приборы. 1996. Вып. 25–26. С.189–211.
Хмелевской В.К., Шевнин В.А. (ред.). Электрическое зондирование геологической среды. Ч. 1.
М.: МГУ, 1988. 176 с.
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.
Якубовский Ю.В. Электроразведка. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. М.: Недра, 1980. 384 с.
Bobachev A. Ipi2win user's guide. Moscow: Moscow State University, 2002.
Бобачев А.А., Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Особенности неустойчивости решения об-ратной задачи ВЭЗ при прецизионном мониторинге // Наука и технологические разработки. 2020а. Т. 99, № 1. С.31–58. https://doi.org/10.21455/std2020.1-4
Бобачев А.А., Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Алгоритмы регуляризации для повышения устойчивости решения обратной задачи при прецизионном мониторинге удельных электрических сопротивлений методом ВЭЗ // Сейсмические приборы 2020б. Т. 56, № 3. С.61–82. https://doi.org/10.21455/si2020.3-4
Бобачев А.А., Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Регуляризация решения обратной задачи ВЭЗ методом стабилизации контраста: тестирование алгоритма на модельных данных // Наука и технологические разработки. 2022. Т. 101, № 1. С.5–35. https://doi.org/10.21455/std2022.1-2
Дещеревский А.В. Фильтрация сезонных компонент вариаций геоэлектрических параметров на Гармском полигоне: Автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. М.: ИДГ РАН, 1996. 20 с.; Дис. ... канд. физ.-мат. наук. М.: ИДГ РАН, 1996. 175 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. Экспериментальные исследования сезонных вариаций кажущегося сопротивления применительно к задачам сейсмологии // Сейсмические при-боры. 1999а. Вып. 32. С.62–75.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Некоторые вопросы методики оценки среднесезонных функций для геофизических данных. М.: ОИФЗ РАН, 1999б. 40 с.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Скрытые периодичности и фликкер-шум в электротеллурическом поле // Физика Земли. 1999в. № 4. С.56–67.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Двухкомпонентная модель геофизических процессов: се-зонные вариации и фликкер-шум // Доклады Академии наук. 2001. Т. 376, № 1. С.100–105.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Проблема фликкер-шума при изучении причинно-следствен¬ных связей между природными процессами // Доклады Академии наук. 2003а. Т. 392, № 3. С.392–396.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Аномальная зависимость амплитуды сезонных вариаций кажущегося сопротивления от разноса // Доклады Академии наук. 2003б. Т. 388, № 3. С.387–391.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. О зависимости сезонных вариаций кажущегося сопротивления от глубины зондирования // Физика Земли. 2004. № 3. С.3–20.
Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Оптимизация алгоритма расчета временных вариаций удельного сопротивления по данным режимных зондирований методом ВЭЗ для повы-шения точности и надежности результатов // Наука и технологические разработки. 2019. Т. 98, № 1. https://doi.org/ 10.21455/std2019.1-3
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Лукк А.А., Сидорин А.Я. Признаки фликкер-шумовой структуры во временных реализациях электрометрических параметров // Изучение природы вариаций геофизических полей. М.: ОИФЗ РАН, 1994. С.5–17.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Линейность спектров несезонных компонент геофизических временных рядов // Доклады Академии наук. 1996. Т. 346, № 6. С.815–818.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Сидорин А.Я. Спектрально-временные особенности се-зонных 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., Журавлев В.И., Никольский А.Н., Сидорин А.Я. Технологии анализа геофизических рядов. Ч. 1. Требования к программе обработки // Сейсмические при-боры. 2016а. Т. 52, № 1. С.61–82.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Никольский А.Н., Сидорин А.Я. Технологии анализа геофизических временных рядов. Ч. 2. WinABD – пакет программ для сопровождения и анализа данных геофизического мониторинга // Сейсмические приборы. 2016б. Т. 52, № 3. С.51–80.
Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Никольский А.Н., Сидорин А.Я. Проблемы анализа временных рядов с пропусками и методы их решения в программе WinABD // Геофизиче-ские процессы и биосфера. 2016в. Т. 15, № 3. С.5–34.
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 Гармско-го 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.
Заборовский А.И. Электроразведка: Учебник для вузов. М.: Гостоптехиздат, 1963. 423 с.
Куфуд О. Зондирование методом сопротивлений. М.: Недра, 1984. 270 с.
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.: Наука, 1990. 206 с.
Осташевский М.Г., Сидорин А.Я. Многофункциональная станция электрического зондирования и результаты ее использования // Комплексные исследования по прогнозу земле-трясений. М.: Наука, 1991. С.182–199.
Сидорин А.Я. Вариации электрического сопротивления верхнего слоя земной коры // Докл. АН СССР. 1984. Т. 290, № 1. С.81–84.
Сидорин А.Я. Результаты прецизионных наблюдений за вариациями кажущегося сопротивления на Гармском полигоне // Докл. АН СССР. 1986. Т. 290, № 1. С.81–84.
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., Осташевский М.Г. Методика прецизионного электрического зондирования при поиске предвестников землетрясений // Сейсмические приборы. 1996. Вып. 25–26. С.189–211.
Хмелевской В.К., Шевнин В.А. (ред.). Электрическое зондирование геологической среды. Ч. 1.
М.: МГУ, 1988. 176 с.
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.
Якубовский Ю.В. Электроразведка. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. М.: Недра, 1980. 384 с.
Bobachev A. Ipi2win user's guide. Moscow: Moscow State University, 2002.
