第
41
卷第
9
期
2013
年
9
月
同济大学学报(自然科学版)
JOURNAL
OF
TONGJI
UNIVERSITY(NATURAL
SCIENCE)
Vo
l.
41
No. 9
Se
p.
2013
文章编号:
0253-374X(2013)0
弘
1429-06
001:
10. 3969
/j.
is
喝
n.0253-374x.2013.09.024
大地电磁反演中改进的自适应正则化因子选取
向阳,于鹏,陈晓,唐睿
(同济大学海洋地质国家重点实验室,上海
200092)
摘要
z
通过建立大地电磁
(MT)
层状地电模型,利用共辄梯
度法求解反问题,在给定不同初始模型的条件下对多种正则
化因子选取方法进行了计算比较,分析了各种方法的特点和
使用条件.结果表明,自适应正则化算法的效果与传统的定
值方法如
L
曲线法相近,但反演过程远比传统方法便捷.为
了解决反演依赖于初始模型的局限并增强解的稳定性,基于
多种自适应正则化方案的对比分析,提出了改进的自适应正
则化方案,选取数据拟合泛函与模型稳定泛函较大的比值为
正则化因子的初始值,并提出相应的调整方案自动控制正则
化因子衰减.模型试验表明,该方法对初始模型的依赖性低
于其他几种自适应的算法,反演结果的稳定性较强,可以进
一步提高正则化反演的效率.
关键词:正则化因子;自适应正则化;大地电磁测深;反演
中图分类号:
P63
1.
2
文献标志码
:A
An
Improved
Adaptive
Regularized
Parameter
Selection
in
Magnetotelluric
Inversion
XIANG
Yang
,
咒
J
Pe
叨,
α
fEN
Xiao
,
TANG
Rui
(
Stat
巳
Key
La
boratory
of
Marine
Geology
,
Tongji
University
,
Shanghai
200092
,
China)
Abstract:
Based on the conjugate gradient method to solve
出
e
inversed problem of layered magnetotelluric
(MT)
models, a comparative study is made between the inversion
results and several other regularization parameter selection
methods under different initial models
in
order to analyze their
respective behavior and conditions. The results show that the
adaptive regularization algorithm can get a similar inversion
result in a faster and easier way. Moreover, with the
p
町
pose
to reduce the limit due to depending on the initial model and
improve the stability
of
inversion, an improved adaptive
regularization method
is
put forward
by
selecting a large ratio
of
the misfit function
to
the stabilizing function as the initial
value
of
regularization parameter, and an automatic decay
coefficient scheme
is
proposed to reduce the
parametβr
with
收稿日期:
2012-10-08
iteration. Model test shows that the method
is
less dependent
on the initial model with a stable inversion result
, which can
improve the efficiency
of
regularization inversion.
Key
words:
regularization parameter; adaptive algorithm;
magnetotelluric
(M
T);
inversion
如何解决反演过程受初始模型影响的局限并提
高解的稳定性,一直是地球物理反演的关键问题.吉
洪诺夫正则化方法[l
J
已被广泛接受和应用于解决这
种不适定性反问题.正则化反演通过在目标函数中
加人模型约束,进而降低反演的多解性.正则化因子
是数据拟合泛函和模型稳定泛函之间的折衷系数,
正则化因子过大表示强调模型约束,数据总体是欠
拟合的
[2];
正则化因子过小表示反演主要拟合数据,
反演结果容易受到数据噪音的影响产生虚假构造,
总体是过拟合的,因此正则化因子的选取直接影响
到反演结果
[3J
如何选择合适的正则化因子,使反演
既满足观测数据的充分拟合,同时还能保证模型的
稳定性,一直是正则化反演中研究的热点,许多学者
对此进行了深入研究.
前人研究较多的是经验定值方法.其中包括元
偏风险估计预测方法
[4-5J
该方法能给出估计值和真
值之间的无偏的误差估计,但需要己知数据的噪音
方差,而广义交叉验证方法
[6-9J
则不需要估计数据
的噪音方差便可进行计算,因此应用更为广泛.
Hansen
等
[10-
1I
J
提出了
L
曲线法,选取
L
曲线拐点对
应的值为最佳正则化因子,但需要进行多次试算才
能得到一个最佳选择,且这个最佳也不是一个严格
的取值,是一个相对的最佳[l
2J
为了避免上述方法计算费时的问题,出现了许
多正则化因子随反演过程可自适应调整的算法.在
基金项目:国家科技重大专项
(20
1l
ZX05005-005-009HZ
,
20
1l
ZX05023-003-003);
教育部高等学校博士学科点专项科研基金
(20110072110017)
第一作者
t
向
阳(1
989
一)
,男,博士生,主要研究方向为大地电磁测深正反演.
E-mail:
xy587028@hotmai
l.
com
通讯作者:于
鹏
0969
一)
,男,教授,博士生导师,理学博士,主要研究方向为综合地球物理正反演
.E
】
mail:
yupeng@to
口
gji.
edu.
cn