瞬变电磁快速变维贝叶斯反演及在城市地下空间的应用

摘要

瞬变电磁法是能够提供地下空间电阻率分布的常用物探方法.在瞬变电磁数据反演解释中,常规反演方法多侧重于提供单一的最优反演结果,然而由于模型化过程和数据本身存在误差,使得存在一定范围内的模型均能够有效满足数据拟合,单一反演结果难免会造成估计结果的偏差.变维贝叶斯反演结合统计学思想提供的模型置信区间,能够有效对这种不确定度范围进行描述,然而受庞大的计算量及瞬变电磁自身正演速度的限制,使得该方法评估效率仍然较低.本研究进行了优化变维贝叶斯反演效率的有效尝试,探究了限制模型核数、变化采样步长及设置收敛条件对反演速度及收敛性的提升作用.为了提升变维贝叶斯反演的实用性,提出了BIC-AM优化策略用于瞬变电磁数据变维贝叶斯反演的快速精准解释.仿真结果验证了该策略能够满足对模型充分采样的同时,将反演速度提升4倍.利用该方法与MPI技术的结合,在普通计算机上高效的解释了城市地下空洞区的二维地下电阻率的概率密度分布信息,相比于传统算法反演效率提升15倍.研究成果将为瞬变电磁数据的快速不确定度分析提供新的解决策略,也能为变维贝叶斯反演在其它地球物理探测方法上的应用提供参考.