دانشگاه شاهرود
دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک
گروه ژئوفیزیک
پایان نامه کارشناسی ارشد
بهبود مدلسازی معکوس دادههای الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس با تعیین مدلاولیه مناسب و اعمال قیدهای عمقی و هموارساز
اکو علیپور
اساتید راهنما
دکترعلی نجاتی کلاته
دکتر علیرضا عرب امیری
تیر 1394
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
چکیده
هدف از انجام این پایان نامه طراحی الگوریتمی برای مدلسازی یکبعدی دادههای الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس است. طراحی چنین الگوریتمی مستلزم استفاده از ابزارهای ریاضی برای ارتباط دادههای الکترومغناطیسی و مجهولات مسئله است. این مجهولات شامل مقاومتویژه و ضخامت لایهها میباشد. متأسفانه رابطه بین داده ها و پارامترهای مسئله کاملاً غیرخطی است و هیچ رابطه مستقیمی برای تعیین پارامترهای مسئله وجود ندارد، از طرفی تفسیر این داده ها یا با بهره گرفتن از منحنیهای استاندارد به صورت دستی انجام میشود، که در تفسیر دادههای هوابرد به دلیل حجم انبوه داده ها امکانپذیر نیست؛ یا با بهره گرفتن از الگوریتمهای وارونسازی که بر اساس اصلاح مدل در هر تکرار و کم کردن خطای بین دادههای برداشت شده و دادههای پیش بینی شده در الگوریتم استوار هستند؛ قابل تفسیرند. مشکل اصلی این نوع الگوریتمها نیاز به یک مدل اولیه نزدیک به مدل واقعی است. پس برای طراحی چنین الگوریتمی ابتدا با مقایسه نتایج روشهای سریع و تقریبی دادههای مدل مصنوعی، که مقاومتویژه ظاهری و عمق مرکزی متناظر با آن است، مدل اولیهای بر اساس مقاومتویژه و ضخامت لایهی متناظر با آن تعیین میشود، سپس این مدل در الگوریتمی وارونسازی بر پایه تصحیح مدل در تکرارهای متوالی به مدل نهایی همگرا خواهد شد.
در این تحقیق برای وارونسازی داده ها از الگوریتمی مقید استفاده شده است. این الگوریتم با بهره گرفتن از قید هموارساز همگرایی به هموارترین مدل ممکن را تضمین می کند، سپس با بهره گرفتن از قید عمقی و محاسبه نسبت ضخامت لایهها به عمق قرارگیری آنها همگراترین مدل عمقی به مدل نهایی حاصل میشود و در نهایت با بهره گرفتن از قید جانبی، که با بهره گرفتن از تفاضل نتایج قیدهای عمقی دو سونداژ مجاور بهدست میآید؛ همگرایی مدل با در نظر گرفتن تغییرات جانبی حاصل میشود. لازم به ذکر است، اگر اطلاعات اولیه از لایهبندی زمین مورد مطالعه و مقاومتویژه متناظر با آن در دسترس باشد، این اطلاعات با بهره گرفتن از قید اطلاعات اولیه به الگوریتم وارد میشود. با بهره گرفتن از مجموع این روشها برنامهای کاملاً اتوماتیک به منظور مدلسازی دادههای الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس در محیط نرمافزار MATLAB تهیه شده است، که ورودی این برنامه داده ها و خروجی آن مدل لایهای مقاومتویژه است.
نتایج استفاده از الگوریتم وارونسازی مقید روی دادههای مدل مصنوعی حاوی درصدی نوفه تصادفی نشان میدهد، که استفاده از قیدها در همگرایی به مدل نهایی بسیار مؤثر است و نسبت به الگوریتمهایی چون مارکوارت- لونبرگ تضمین همگرایی بالاتری دارند. از طرفی نتایج این نوع مدلسازی روی دادههای مدل مصنوعی که تا حدی توجیه کننده پیچیدگیهای ساختمانی زمین است، نشان میدهد که این نوع مدلسازی می تواند اطلاعات مفیدی از پیچیدگیهای ساختارهای زیرسطحی نیز فراهم نماید.
در پایان به تفسیر دادههای الکترومغناطیسی منطقه باریکا از استان آذرباییجان غربی، حوالی شهرستان سردشت پرداخته شده است و نتایج مربوط به مدل لایهای مقاومتویژه، با اطلاعات زمینشناسی و همچنین مشاهدات مربوط به پیچیدگیهای ساختاری و سطح آب زیرزمینی در این منطقه مقایسه شده است که عملکرد مناسب این الگوریتم را در مدلسازی دادههای واقعی نیز تأیید می کند.
کلمات کلیدی: الکترومغناطیس هوابرد، مدل اولیه، وارونسازی، قید هموارساز، قید عمقی و جانبی، باریکا، آذرباییجان غربی.
فهرست مطالب
فصل اول
١-١ مقدمه……………………………………………………………………………………2
1-2 سابقه موضوع……………………………………………………………………. 5
1-3 طرح مسئله و ضرورت تحقیق……………………………………………………………6
1-4 اهداف مطالعه و روش تحقیق……………………………………………………………8
1-5 ساختار پایان نامه …………………………………………………………………10
فصل دوم
2-1 روشهای هوابرد الکترومغناطیسی………………………………….………………. 14
2-2 روش الکترومغناطیسی هلیکوپتری. 14
2-2-3 سیستمهای الکترومغناطیس هوابرد با بال ثابت.. 17
2-2-4 مزایا و معایب روش هوابرد حوزه زمانی (TEM) 18
2-2-5 مزایا و معایب روش هلیکوپتری حوزه فرکانسی (FEM) 19
2-4 پاسخهای میدان مغناطیسی. 24
2-6 پاسخ رسانای مدفون. ………….………………………………………………….31
2-7 رفتار میدانهای الکترومغناطیسی در محیطهای لایهای. 34
2-7-1 ضریب بازتاب امواج تخت در محیطهای لایهای. 34
2-8 معادله پیشرو الکترومغناطیس هوابرد. 36
2-8-1 حل عددی مدلسازی پیشرو 39
فصل سوم
3-1 مقدمه.…………..…………………………………………………………………….42
3-2 فرمولبندی مسائل وارون. 42
3-2-2 تخمینهای اندازه بردار خطا 44
3-3 راه حل کمترین مربعات برای مسائل وارون خطی. 46
3-4 حل مسائل غیرخطی و تبدیل آنها به مسائل خطی. 47
3-5 حل معادلات غیرخطی توسط الگوریتم مارکوارت- لونبرگ.…………………….……….49
3-5-2 روش سریعترین کاهش یا روش شیب نزولی. 51
3-5-3 روش مارکوارت- لونبرگ.. 52
3-6 وارونسازی دادههای الکترومغناطیسی هوابرد حوزه فرکانس ……………………………55
3-6-1 روابط ریاضی وتعاریف مربوط به قیدها 56
3-7 آشنایی بیشتر با روش وارونسازی قیدی داده ها 64
فصل چهارم
4-1 مقدمه.…………………………..…………………………………………………….70
4-2 روشهای سریع تفسیر دادههای الکترومغناطیسی. 71
4-3 انتخاب روشی سریع برای تعیین مدل اولیه. 76
4-3-1 تعیین مقاومتویژه به روش فریزر 78
4-3-2 تعیین مقاومتویژه به روش ماندری. 81
4-3-3 تعیین مقاومتویژه به روش سیمون. 84
4-4 تحلیل نتایج بهدست آمده از مدلهای مصنوعی. 87
فصل پنجم
5-1 مقدمه….….…………………………………………………………………………..94
5-2 وارونسازی دادههای مصنوعی الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس.. 94
5-2-1 وارونسازی مقید دادههای مصنوعی استاندارد حاوی نوفه. 96
5-2-2 وارونسازی مقید دادههای مدل مصنوعی با پیچیدگیهای ساختمانی. 103
5-3 وارونسازی مقید و تفسیر دادههای هوابرد منطقه باریکا 107
5-3-1 پهنههای برشی منطقه باریکا 107
5-3-3 تحلیل نتایج مدلسازی دادههای باریکا 113
5-4 برنامه نگاشته شده برای تفسیر دادههای الکترومغناطیسی هوابرد حوزه فرکانس…………..120
فصل ششم
6-1 جمع بندی و نتیجهگیری……………………………………………….…….………126
6-2 پیشنهادات………………………………………………………………………………………..128
پیوست………………………………………………………………………………………..137
| فهرست شکلها | ||
| شکل | صفحه | |
| شکل 1-1 | سیستم برداشت دادههای الکترومغناطیسی حوزه فرکانس………………………………….. | 4 |
| شکل2-1 | چینشهای متفاوت پیچه گیرنده و فرستنده.…………………………………………………… | 17 |
| شکل 2-2 | سیستم برداشت دادههای الکترومغناطیسی هوابرد حوزه زمان…………………………….. | 19 |
| شکل 2-3 | سیستم برداشت دادههای الکترومغناطیسی هوابرد حوزه فرکانس…………………………. | 20 |
| شکل 2-4 | شکل شماتیکی که دو بخش از معادله (2-21) را توصیف می کند………………………… | 25 |
| شکل 2-5 | هندسه حاکم بر مساله میدان مغناطیسی ناشی از یک حلقه دایرهای……………………. | 27 |
| شکل 2-6 | القای مغناطیسی ناشی از جریان در حلقه اولیه روی حلقه ثانویه…………………………. | 28 |
| شکل 2-7 | القای متقابل در حلقه فرستنده (TX)، گیرنده (RX) و توده رسانا………………………….. | 31 |
| شکل 2-8 | رفتار قسمتهای حقیقی و موهومی تابع پاسخ بر حسب پارامتر پاسخ…………………… | 34 |
| شکل 2-9 | رفتار موج الکترومغناطیسی با قطبشهای TE (الکتریکی) و TM (مغناطیسی) در عبور از محیطهای لایهای……………………………………………………………………………. | 35 |
| شكل 3-1 | برازش کمترین مربعات یک خط راست…………………………………………………………… | 45 |
| شكل 3-2 | خط راست برازش شده به جفت های(z,d) که خطا تحت نرمهای L1، L2 و L∞……… | 46 |
| شكل 3-3 | فلوچارت وارونسازی دادههای الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس در الگوریتمی کاملا اتوماتیک.…………………………………………………………………………………………. | 65 |
| شکل 4-1 | پارامترهای تاثیرگذار در برداشتهای HEM.……………………………………………………. | 75 |
| شکل4-2 | (الف) مدل مصنوعی سه لایه با ضخامتهای 20و30 متر و بینهایت و مقاومتویژههای 50،20و50 اهم متر. (ب) مدل مصنوعی سه لایه با ضخامتهای 20و30 متر و بینهایت و مقاومتویژههای 20،50 و20 اهم متر.……………………………………………. | 77 |
| شکل 4-3 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری فریزر و عمق مرکزی متناظر ( ).…………………………………………………………………………………. | 79 |
| شکل 4-4 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری فریزر و عمق مرکزی متناظر سنگپیل.…………………………………………………………………………….. | 79 |
| شکل 4-5 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری فریزر و عمق مرکزی متناظر ( ).…………………………………………………………………………….. | 80 |
| شکل 4-6
|
نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری فریزر و عمق مرکزی متناظر روش تعمیم یافته سیمون.……………………………………………………… | 80 |
| شکل 4-7 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری ماندری و عمق مرکزی متناظر ( ).…………………………………………………………………………………. | 82 |
| شکل 4-8 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری ماندری و عمق مرکزی متناظر سنگپیل………………………………………………………………………………. | 82 |
| شکل 4-9 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری ماندری و عمق مرکزی متناظر ( )………………………………………………………………………………. | 83 |
| شکل 4-10 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری ماندری و عمق مرکزی متناظر روش تعمیم یافته سیمون.………………………………………………………. |
83 |
| شکل 4-11 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری سیمون و عمق مرکزی متناظر ( )………………………………………………………………………………….. | 85 |
| شکل 4-12 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری سیمون و عمق مرکزی متناظر سنگپیل ……………………………………………………………………………… | 85 |
| شکل 4-13 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری سیمون و عمق مرکزی متناظر ( ).……………………………………………………………………………… | 86 |
| شکل 4-14 | نتایج بهدست آمده از نرمافزار EM1D با روش مقاومتویژه ظاهری سیمون و عمق مرکزی متناظر روش تعمیم یافته سیمون……………………………………………………….. | 86 |
| شکل 4-15 | نتایج بهدست آمده در محیط نرمافزار MATLAB با روش مقاومتویژه ظاهری ماندری و عمق مرکزی متناظر روش ( ).……………………………………………………………. |
88 |
| شکل 4-16 | تعیین مدل اولیه بر اساس مقاومتویژه متناظر با ضخامت لایهها…………………………. | 89 |
| شکل 4-17 | فلوچارت تعیین مدل اولیه با بهره گرفتن از ترکیب روشهای سریع نیم فضا.………………. | 91 |
| شکل 5-1 | مقطع مقاومتویژه حاصل از وارونسازی به روش اکام (شیرزادی تبار و همکاران، 1390)……………………………………………………………………………………………………. | 94 |
| شکل 5-2 | شبهمقطعی دوبعدی از مدلسازی مقید لایهای………………………………………………… | 95 |
| شکل 5-3 | تعیین مدل اولیه با بهره گرفتن از مدل کیفی مقاومتویژه، که در اختیار مفسر قرار میگیرد…………………………………………………………………………………………………………….. | 96 |
| شکل 5-4 | مدل مصنوعی که تغییرات مقاومتویژه با راهنمای رنگی کنار آن مشخص شده است……………………………………………………………………………………………………….. | 97 |
| شکل 5-5 | مدل اولیه تعیین شده برای مدل مصنوعی شکل (5-4) قسمت الف……………………… | 98 |
| شکل 5-6 | نتایج مدلسازی به روش مارکوارت- لونبرگ و خطای عدم برازش مربوط به هر مدل……………………………………………………………………………………………………….. | 101 |
| شکل 5-7 | نتایج مدلسازی به روش وارونسازی مقید و خطای عدم برازش مربوط به هر مدل.………………………………………………………………………………………………………. |
102 |
| شکل 5-8
|
الف) مدل مصنوعی مورد مطالعه. ب) ناهنجاری مورد استفاده که پاسخ مدل مصنوعی قسمت الف میباشد. ج) نتیجه وارونسازی مقید دادههای مصنوعی و خطای عدم برازش مدل و دادهها…………………………………………………………………………………… |
104 |
| شکل 5-9 | الف) ناهنجاری مربوط به مدل مصنوعی شکل (5-8) قسمت الف، که هموارسازی شدهاند. ب) نتایج مربوط به وارونسازی مقید ناهنجاری قسمت الف از شکل (5-9)… |
105 |
| شکل 5-10 | موقعیت استان کردستان و صفحه آلوت در نقشه ایران، موقعیت باریکا در صفحه آلوت……………………………………………………………………………………………………….. | 110 |
| شکل 5-11 | نقشه زمینشناسی منطقه باریکا………………………………………………………………………. | 111 |
| شکل 5-12 | راهنمای رنگی نقشه زمینشناسی نشان داده شده در شکل (5-11).……………………. | 112 |
| شکل 5-13 | تصاویر مختلف با ارجاع به مختصات عکسها در منطقه باریکا بر حسب مختصات طول و عرض جغرافیایی بر حسب درجه ………………………………………………………… |
115 |
| شکل 5-14 | الف) ناهنجاری مربوط به خط برداشت12870 ب) نتیجه وارونسازی مقید ناهنجاری قسمت الف……………………………………………………………………………………………….. | 116 |
| شکل 5-15 | الف) ناهنجاری مربوط به خط برداشت 12910 ب) نتیجه وارونسازی مقید ناهنجاری قسمت الف…………………………………………………………………………………. | 117 |
| شکل 5-16 | الف) بزرگنمایی قسمت ب1 از شکل (5-14) ایستگاههای 1200 تا 1800. ب) بزرگنمایی قسمت ب2 از شکل (5-14) ایستگاههای 2000 تا 3000. ج) بزرگنمایی قسمت ب3 از شکل (5-14) ایستگاههای 3000 تا 4200. د) بزرگنمایی قسمت مشخص شده با مستطیل از شکل (5-15) ایستگاههای 300 تا 1800.…………………. | 118 |
| شکل 5-17 | وارونسازی خط برداشت 12870 با نرمافزار BGR ………………………………………… | 119 |
| شکل 5-18 | وارونسازی خط برداشت 12910 با نرمافزار BGR …………………………………………. | 119 |
| شکل 5-19 | اطلاعات مورد نیاز برنامه نگاشته شده در محیط نرمافزار……………………………………. | 120 |
| شکل 5-20 | الف) نیم فضای همگن داده ها ب) مدل اولیه تعیین شده……………………………………. | 121 |
| شکل 5-21 | الف) منحنیهای دادههای واقعی و مدل اولیه تولید شده در فرکانسهای متناظر. ب) خطای عدم برازش مربوطه.………………………………………………………………………….. | 122 |
| شکل 5-22 | نحوه نمایش نتایج مدلسازی دو پارامتر مقاومتویژه و ضخامت لایهها ………………… | 122 |
| شکل 5-23 | نتایج مدلسازی مقید. ……………………………………………………………………………….. | 123 |
| شکل 5-24 | نتایج مدلسازی مقید بهبود یافته ………………………………………………………………… | 123 |
فهرست جدولها
| جدول | صفحه | |
| جدول 4-1 | نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت الف؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومتویژه ظاهری فریزر بر حسب اهم- متر، متناظر با نتایج مربوط به عمق مرکزی، که از روشهای مختلف بهدست آمده است…………………………………. |
78 |
| جدول4-2 | نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت ب؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومتویژه ظاهری فریزر بر حسب اهم- متر متناظر، با نتایج مربوط به عمق مرکزی، که از روشهای مختلف بهدست آمده است.……………………………………….. |
78 |
| جدول4-3 | نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت الف؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومتویژه ظاهری ماندری بر حسب اهم- متر، متناظر با نتایج مربوط به عمق مرکزی، که از روشهای مختلف بهدست آمده است .………………………….. |
81 |
| جدول 4-4 | نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت ب؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومتویژه ظاهری ماندری بر حسب اهم- متر، متناظر با نتایج مربوط به عمق مرکزی، که از روشهای مختلف بهدست آمده است ………………………………. |
81 |
| جدول 4-5 | نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت الف؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومتویژه ظاهری سیمون بر حسب اهم- متر، متناظر با نتایج مربوط به عمق مرکزی، از روشهای مختلف که از روشهای مختلف بهدست آمده است………………………………………………………………………………………………………. |
84 |
| جدول 4-6 | نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت ب؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومتویژه ظاهری سیمون بر حسب اهم- متر، متناظر با نتایج مربوط به عمق مرکزی، که از روشهای مختلف بهدست آمده است .……………………………….. |
84 |
لینک خرید