大地电磁非线性共轭梯度拟三维反演
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胡祖志,胡祥云,何展翔.大地电磁非线性共轭梯度拟三维反演.地球物理学报,2006,49(4):1226~1234Hu Z Z ,Hu X Y,He Z X.Pseudo 2Three 2Dimensional magnetotelluric inversion using nonlinear conjugate gradients.Chinese J .G eophys .(in Chinese ),2006,49(4):1226~1234大地电磁非线性共轭梯度拟三维反演胡祖志1,2,胡祥云1,何展翔21中国地质大学地球物理与空间信息学院,武汉 4300742东方地球物理公司综合物化探事业部,河北涿州 072751摘 要 提出了非线性共轭梯度法大地电磁拟三维反演.该方法选取共轭梯度反演算法为拟三维反演的核心.在计算灵敏度(Jacobian )矩阵时,吸取近似灵敏度矩阵思想,采用一维灵敏度矩阵来代替三维灵敏度矩阵,并对非测点的灵敏度元素提出一种近似方法.在第一次反演之后,采用拟牛顿法更新灵敏度矩阵.拟三维反演法在很大程度上节省了计算时间,并且理论模型和实际资料的反演试算结果表明大地电磁拟三维反演法具有一定的实用价值.关键词 大地电磁,拟三维,灵敏度,非线性共轭梯度,拟牛顿法文章编号 0001-5733(2006)04-1226-09中图分类号 P631收稿日期 2005-05-12,2006-03-16收修定稿作者简介 胡祖志,男,1981年生,硕士,主要从事电磁法勘探与正反演研究.E 2mail :airfoxh @Pseudo 2Three 2Dimensional m agnetotelluric inversion usingnonlinear conjugate gradientsHU Zu 2Zhi 1,2,HU X iang 2Y un 1,HE Zhan 2X iang 21Institute o f G eophysics &G eomatics ,China Univer sity o f G eo sciences ,Wuhan 430074,China2Department o f Non 2seismic Exploration ,Bureau o f G eophysical Pro specting ,H ebei Zhuo zhou 072751,ChinaAbstract We propose nonlinear conjugate gradient pseudo 232D MT inversion alg orithm.The conjugate gradient method was selected as the inversion kernel.When calculating sensitivities matrix ,instead of com puting 32D sensitivities ,we attem pt to com pute 12D sensitivities.Since the sensitivity elements of non 2stations are zero ,which should be non 2negligible values ,we adopt a method of approximation.We update sensitivities matrix by the quasi 2Newton method after the first inversion.Psudeo 232D MT inversion can save com putational time greatly.Inversion results of a synthetic data set and real data set show that the psudeo 232D MT inversion has s ome practical applications.K eyw ords Magnetotelluric ,Pseudo 2three 2dimensional ,Sensitivity ,Nonlinear conjugate gradient ,Quasi 2Newton method1 引 言 大地电磁(MT )是前苏联学者T ikhonov [1]和法国学者Cagniard [2]在20世纪50年代提出来的利用天然交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法,该方法在国内外的地热田的调查、矿产普查和勘探、地壳和上地幔电性结构的研究[3]、海洋地球物理、环境地球物理研究和地质工程中,尤其在石油天然气勘探方面,发挥着举足轻重的作用[4].当前MT 资料处理使用最多的还是一维和二维正反演.一维大地电磁反演理论比较成熟,方法众多.虽然在原理上二维和三维反演方法与一维方法在本质上是一致的,但是二维和三维反演方法在20世纪80年代前期研究进展相对缓慢.随着计算机技术的飞速发展,高维MT 反演方法也得到了快速发第49卷第4期2006年7月地 球 物 理 学 报CHI NESE JOURNA L OF GE OPHY SICSV ol.49,N o.4Jul.,2006展.目前国际上比较常用的二维反演方法有Occam 反演法[5]、RRI反演法[6]、共轭梯度反演法[7],国内有视模反演法[8]、连续介质快速反演法[9]、拟波动方程反演法[10]、模拟退火法[11]等.自20世纪70年代开始,三维大地电磁正演模拟算法得到了很大的发展.最初很多是采用积分方程法[12,13].在层状模型中仅有几个异常体时,这种方法计算的精度高,速度比较快,但随着模型复杂度的增加,花费的计算时间也随之剧增.有限差分法[14~16]、有限元法[17,18]、边界元法[19]、有限体积法[20]、整体积分局部微分法[21]、基于传统方法上进行一些改进的混合算法[22]和解大型稀疏矩阵方法的进步,使得它们在三维模拟中得到广泛的应用.随着三维正演的发展,MT的三维反演研究也日趋升温,近几年来的SEG年会专门开辟了三维电磁模拟与反演专题.国内的中国地质大学、中国石油大学、中国地震局地质研究所以及东方地球物理公司等单位也开展了三维模拟的应用研究[23].目前国内外提出的三维反演方法众多[24],有以共轭梯度法极大似然反演[25]、非线性共轭梯度反演[26]和人工神经网络反演[27]为代表的真三维反演方法,还有以拟线性近似反演[28]、快速松弛反演[29]等为代表的近似三维反演方法.虽然Madden et al.[14]提出了使用共轭梯度松弛法进行大地电磁三维反演,但共轭梯度法仍以其良好的稳定性和内存需求不高的特点,赢得了很多学者的关注,如S pitzer[30]研究了利用共轭梯度法进行电阻率法的三维正演问题;Zhang et al.[31]、吴小平等[32]分别研究了利用共轭梯度法进行电阻率法的三维反演问题;R odi et al.[7]在共轭梯度法的基础上又提出非线性共轭梯度(N LCG)法大地电磁二维反演,取得显著效果;而Newman et al.[26]则使用非线性共轭梯度法解决三维大地电磁反演问题.他们使用N LCG三维反演方法在串行机和并行机上反演合成模型数据,也说明了它的有效性,但还未见到应用该方法对实际三维资料进行处理的报道.地球物理反演中灵敏度矩阵的求取是反演中一个重要的分支.许多学者提出了很多计算灵敏度矩阵的方法,如扰动法、灵敏度方程法、伴随方程法和近似法等.在大地电磁近似反演方法中,Smith et al.[6]、Ellis et al.[33]曾经用近似灵敏度矩阵反演大地电磁二维数据,Farquhars on et al.[34]在伴随方程法基础上提出了一种灵敏度矩阵的近似方法,戴世坤等[9]提出连续介质反演则采用等效一维模型的方法计算灵敏度矩阵,谭捍东等[29]在RRI反演法的基础上进行了改进,在求取灵敏度矩阵时也采用近似法,发展了快速大地电磁三维反演方法.引入了近似计算灵敏度矩阵的方法使得反演的时间大大缩短,并且反演的结果比较令人满意.基于此,我们提出非线性共轭梯度法大地电磁拟三维反演法.三维正演采用交错采样有限差分方法[15],在计算三维灵敏度矩阵时,用一维灵敏度矩阵代替,对非测点的灵敏度元素按某一规则进行插值构建,从而形成拟三维灵敏度矩阵,并且在迭代反演过程中,采用拟牛顿法对拟灵敏度矩阵进行更新.2 拟三维反演方法211 目标泛函的构建假定离散化的三维地电模型向量m=[m1, m2,…,m M]T,观测数据向量d=[d1,d2,…,d N]T,误差向量e=[e1,e2,…,e N]T,经典的地球物理反演问题一般表示为d=F(m)+e,(1)其中F是正演模拟算子.在T ikhonov正则化理论基础上构建三维反演的目标泛函Φ:Φ(m)=d-F(m)T C-1e d-F(m)+λm T W T Wm,(2) C-1e是正定矩阵,为误差向量e的协方差矩阵.(2)式的第二项定义了模型空间的稳定化泛函.在拟三维反演中,选取矩阵W为简单的二阶差分算子来近似逼近Laplacian算子Δ2.正则化参数λ为一个正数,用来控制模型拟合的光滑度,在极小化数据拟合差范数和模型范数之间充当“折中”的角色.在选取λ参数时需谨慎,λ越大模型越光滑,当λ→0,反演问题变成接近于病态的最小二乘反演方法,由此会得到一个不稳定模型[35].212 非线性共轭梯度法最速下降法是最简单的梯度方法,但是在实际应用中经常收敛很慢.Fletcher and Reeves[37]提出了一种较好的非线性共轭梯度法(N LCG),之后P olak[38]对此进行了改进.这种方法与Hestenes and Stiefel[39]提出的线性共轭梯度法(CG)很密切,当目标泛函是正定二次并且N LCG中使用了精确的线性搜索,则N LCG就与CG方法等价.非线性共轭梯度法已经广泛地应用于地球物理反演问题[7,26,40]当中.我们在大地电磁拟三维反演中7221 4期胡祖志等:大地电磁非线性共轭梯度拟三维反演采用P olak2Ribiere共轭梯度法去极小化目标泛函(2)式.N LCG法沿搜索方向线性极小化确定一个模型序列:m0=mΦ(ml +αl p l)=minαΦ(ml+αp l)(3)m l+1=m l+αl p l l=0,1,2,…. m为给出的已知初始模型向量序列,在每次迭代极小化目标泛函时需要沿搜索方向pl计算搜索步长αl,搜索的迭代方向为p0=-C0g0p l=-C l g l+βl p l-1 l=1,2,…,(4)其中,gl代表Φ在m=ml处的梯度,C l是预条件因子,βl有多种形式,不同的形式代表不同的共轭梯度方法.本文选取PR(P olak2Ribiere)共轭梯度法βl =g T l C l(g l-g l-1)g T l-1C l g l-1.(5)213 预条件预条件因子Cl对共轭梯度法有很大的影响, C l越近似Hessian矩阵(目标函数对模型参数的二次导数),共轭梯度法执行的效率越高.R odi et al.[7]提出如下的方法构造预条件因子:C l=(κl I+λW T W)-1.(6) Newman[41]则采用另一种近似Hessian矩阵的方法:C l=[diag(A T C-1e A)+λW T W]-1.(7)式中κl是一个特定的标量,A为灵敏度矩阵,diag表示提取矩阵A T C-1eA的对角数值.前一种方法构造简单,后一种方法需要对灵敏度矩阵进行矩阵计算,需要很大的存储空间.在计算方程(4)时,可以通过下式应用线性共轭梯度法进行求解:C-1l q=g.(8) 214 近似灵敏度矩阵思想目标泛函(1)式的梯度为ΔΦ(m)=-2A(m)T C-1e d-F(m)+2λW T Wm,(9)其中A ij(m)=9j F i(m),i=1,2,…,N;j=1,2,…,M(10)代表Jacobian矩阵或者灵敏度矩阵.21411 对非测点的灵敏度矩阵元素的插值在拟三维反演中,可以选取一维灵敏度矩阵代替真三维灵敏度矩阵,除了与测点位置相对应的灵敏度元素不为零外,其他的元素皆为零,A=0Aj1N10Aj2N2……0AjNsNs,(11)其中,jk代表第k个测点在灵敏度矩阵中第j k列的位置,Ns为测点个数.AjNiNi=9F19m1…9F19m k…9F19m Nz9φ19m1…9φ19m k…9φ19m Nz……………9F Nf9m1…9F Nf9m k…9F Nf9m Nz9φNf9m1…9φNf9m k…9φNf9m Nz,(12)为第Ni个测点的一维灵敏度矩阵,N f为频点数,φ为相位.对非测点的灵敏度元素,根据电磁波的传播特性,并类比地震波的吸收[42]规律,我们提出如下方法进行近似:A~jNi=AjNiNie-ks j,j=1,2,…,M,(13)其中,k为与频率有关的系数,sj=Δx2j+Δy2j+Δz2j,Δxj,Δy j和Δz j分别为第j个非测点与测点下面长方体单元的x、y和z方向的距离.21412 拟牛顿更新灵敏度矩阵在每次反演迭代中,灵敏度矩阵的计算要占用很长的时间.为了节省计算时间,在第一次反演之后,我们采用拟牛顿法更新灵敏度矩阵[43]:A n+1=A n+[Δd n-A nΔm n]Δm TnΔm TnΔmn,(14)其中,Δdn=d n-d n-1,Δm n=m n-m n-1.在试验中发现,采用拟牛顿法更新灵敏度矩阵所占用的计算机CPU时间比直接计算灵敏度矩阵所用的时间减少了1Π2~1Π3.215 线性搜索在极小化目标泛函Φ(m+αp)时,需要确定搜索步长α,因为只包含一个变量α,所以可以用全局最优化的一维线性搜索方法,如精确线性搜索法、黄金分割法、插值法和不精确线性搜索法等求取.但是全局最优化方法有可能在每次反演迭代时导致多次8221地球物理学报(Chinese J.G eophys.)49卷 三维正演计算,会极大地降低反演的效率.R odi and Mackie [7]提出了一种改进的单变量高斯-牛顿线性搜索方法,Ψl 表示极小化的单变量泛函,Ψ~l 表示它的高斯-牛顿近似:Ψl =Φ(m l +αp l ),(15)Ψ~l (α;m lin =Φ~(m l +αp l ;m lin ),(16)其中m lin 表示一线性化的模型.线性搜索产生一系列模型:m l ,k =m l +αl ,k p l ,k =0,1,2,…,n k ,(17)其中αl ,0=0,Ψ~l (αl ,k +1;m l ,k )=min αΦ~(α;m l ,k ),k =0,1,2,…,n k .(18)因为Φ~(m ;m l ,k )是关于m 的二次函数,Ψ~l (α;m l ,k )是关于α的二次函数,则很容易求解(18)式极小化方程αl ,k +1=αl ,k-g Tl ,k p lp T l H ~l ,k p l,(19)其中,H ~是Hessian 矩阵H 的近似矩阵.在线性搜索中,我们采用如下的方案:(1)保持在线性搜索中得到的最优模型(最小的Φ),记做m l ,best =m l +αl ,best p l ;(2)在迭代中如果Ψl (αl ,k )>Ψl (αl ,k -1),则通过二等分方法计算下步的步长αl ,k +1=(αl ,k +αl ,best )2;(20) (3)在线性搜索的第2步或者其后续的步骤里,如果当前的模型和先前的最优模型有一个极小最优模型,也就是说当Ψ′l (αl ,k )Ψ′l (αl ,best )<0时,则计算αl ,k +1,以获得用三次近似Ψl (α)的局部极小.在α=αl ,k 和α=αl ,best 两点处,三次近似值与Ψl 及三次近似的导数值与Ψ′l 值相等.当计算的目标泛函和插值近似的目标泛函满足下面的不等式时,就可以认为线性搜索是成功的:Ψl (αl ,k +1)-Ψ~l (αl ,k +1;m l ,k )≤τΨl (αl ,k +1),(21)式中τν1;如果在允许最大线性搜索次数内Ψl (αl ,k +1)>115Ψl (αl ,best ),则线性搜索失败.最终经l 次线性搜索后的结果被确定为最优模型m l +1=m l ,best .(22) 如果线性搜索成功,新的搜索方向p l +1将由(4)式计算;如果线性搜索失败,p l +1将由(4)式的右边第一项计算得到.216 收敛标准第k 次迭代单一模式视电阻率和相位联合反演数据拟合差可由下式计算:χ2XY =6Nsj =16Nfi =1ln ρXY obsa ij -ln ρXY cala ij εXY obsij 2+φXY obs ij ΠφXY calij εφXY obs ij 2,(23)χ2YX =6Nsj =16N fi =1ln ρYX obsa ij-ln ρYX cala ijεYX obs ij2+φYX obs ij ΠφYX cal ij εφYX obsij 2,(24)式中ρXY obs a ij 、φXY obs a ij 、ρYX obs a ij 和φYX obsij 分别是XY 模式和YX 模式的视电阻率与相位的观测值,ρXY cal a ij 、φXY cal a ij 、ρYX cala ij 和φYX calij 分别是XY 模式和YX 模式的视电阻率与相位的计算值,εXY obsij、εφXY obs ij 、εXY obs ij和εφXY obsij 分别是XY 模式和YX 模式的视电阻率与相位的方差.对于三维大地电磁的单一模式反演,判断其收敛标准为χ—2XY =χ2XY 2・N s ・N f≤1,(25)χ—2YX=χ2YX2・N s ・N f≤1.(26) 对于联合反演,判断反演的收敛标准为χ—2both =χ—2XY +χ—2YX 2≤1.(27)3 理论模型与实例 为了对前面建立的拟三维反演算法的有效性进行检验,我们对理论合成模型数据和实测资料进行了反演计算.下面的程序均在主频为214GH z ,内存为512M 的奔腾Ⅳ处理器的PC 机上运行.311 模型一:二维长方体二维长方体模型如图1a 所示.二维长方体的走向为x 方向,尺寸为1km ×2km ,电阻率为5Ωm ,顶面埋深为700m ,背景电阻率为100Ωm.有限差分三维正演计算网格为N x =54,N y =54,N z =43(N z 包含9221 4期胡祖志等:大地电磁非线性共轭梯度拟三维反演图1 二维长方体及三维长方体模型(a )二维长方体Π三维长方体在x =0处的垂直断面图;(b )三维长方体在z =700~1700m 间的平面俯视图.Fig.1 Geometry of 22D cuboid m odel and 32D cuboid m odel(a )Cross section of a 22D Π32D cuboid m odel at x =0;(b )Vertial view of a 32D cuboid m odel at z =700~1700m.图2 模型一的XY 模式拟三维反演结果的水平切片图和垂直断面(a )在z =1000m 处的水平切片图;(b )在x =0处的垂直断面图.图中黑线代表真实模型边界(下同).Fig.2 Plan view and cross section of the inverted m odel from pseudo 232D XY m ode(a )Plan view of z =1000m ;(b )Cross section of x =0.Black line denotes the boundary of the m odel.图3 模型二的YX 模式拟三维反演结果的水平切片图和垂直断面(a )在z =1000m 处的水平切片图;(b )在x =0处的垂直断面图.Fig.3 Plan view and cross section of inverted m odel from pseudo 23D YX m ode(a )Plan view of z =1000m ;(b )Cross section of x =0.0321地球物理学报(Chinese J.G eophys.)49卷 图4 某地区大地电磁XY模式反演模型在不同深度的水平切片“3”代表测点位置.Fig.4 Plan view at different depths of the inverted m odel from pseudo232D XY m ode“3”denotes MT site.空气层).对所示模型进行正演计算,视电阻率和相位值分别加入5%和215%的随机误差,用来模拟实测数据.取初始模型为100Ωm,XY模式拟三维反演经两次迭代反演后退出,耗时54min,拟合差为0192%.图2是模型一的XY模式拟三维反演第二次迭代反演结果.从图2中可以看出,反演结果不但很好地反映了二维体的形态和走向,还得到了与真实模型相近的电阻率值,在真实模型边界范围之内,反1321 4期胡祖志等:大地电磁非线性共轭梯度拟三维反演图5 测线x=2000m(A)和x=4000m(B)的XY模式实测资料与反演模型响应拟断面对比(a),(c)为实测视电阻率和相位拟断面图;(b),(d)为反演的视电阻率和相位拟断面图.Fig.5 C omparis on of apparent resistivity and phase(XY m ode)pseudosections between the observed and predicted data along profile x=2000m(A)and x=4000m(B)(a)and(c)are observed apparent resistivity pseudosection and phase pseudosection,respectively,(b)and(d)are predicted apparent resistivity pseudosection and phase pseudosection,respectively.演的电阻率值最大不超过16Ωm.312 模型二:三维长方体三维长方体模型如图1(a,b)所示,为一个低阻三维长方体模型.长方体电阻率为5Ωm,尺寸为2km ×2km×1km,埋深h=700m,中心位于(0,0, 1200m),背景电阻率为100Ωm.有限差分三维正演计算网格同模型一.选取初始模型为100Ωm,YX模式拟三维反演经3次迭代反演后退出,耗时106min,拟合差为2141%.图3为模型二的YX模式拟三维反演第3次迭代反演结果,它能较好地反映异常体的空间展布和电性特征,在真实模型边界范围之内,反演的电阻率值要比实际值偏大,但最大值不超过40Ωm.从图2和图3中可以看出,XY模式和YX模式的拟三维反演得到的地电模型能够较好地反映真实的理论模型.313 实测资料的反演我们用拟三维反演法对某地区的实测资料进行了反演.选取该地区测线8条,线距1000m,每条测线各有10个测点,点距400m,采用10个频点,范围从0175~320H z.选取该地区的XY资料进行反演.初始模型为10Ωm,经过4次迭代反演,耗时122min,拟合差为1158%.图4是大地电磁XY模式拟三维反演得到的模型在不同深度的水平切片图.图5(A,B)是其中两条测线的XY模式实测资料与反演模型响应拟断面对比图.可以看出,实测与反演的视电阻率拟断面图吻合得比较好,反演的相位拟断面图拟合程度相对要差,但大体的趋势一致.2321地球物理学报(Chinese J.G eophys.)49卷 因此可以说得到的地电模型是能够代表实测资料所反映的真实地电构造所具有的特征.4 结 论 通过对两个理论模型合成数据进行反演试算,结果表明,YX模式、XY模式的拟三维反演都能够很好地重建地电模型,这也证明了我们的拟三维反演算法的可行性与正确性.对实际的大地电磁XY 模式资料进行了反演,得到的地电模型理论响应与实测资料拟合得比较好.反演试算的结果表明大地电磁拟三维反演法具有一定的实用价值.致 谢 本项研究中的三维正演程序得到Randy Mackie教授的授权许可,成文过程中得到了王家映教授的指导,在此表示感谢.参考文献(References)[1] T ikhonov A N.On determining electrical characteristics of the deeplayers of the earth’s crust.Dokl.Akad.Nauk S.S.S.S.R.,1950,73(2):295~297[2] Cagniard L.Basic theory of the magnetotelluric method of geophysicsprospecting.G eophysics,1953,18(3):605~635[3] WEI W enbo,Unsw orth,M Jones A,et al.Detection of widespreadfluids in the T ibetan crust by magnetotelluric studies.Science,2001,292:716~718[4] 王家映.石油电法勘探.北京:石油工业出版社,1992 W ang J Y.Oil E lectrical Exploration(in Chinese).Beijing: Petroleum Industry Press,1992[5] deG root2Hedlin C,C onstable S.Occam’s inversion to generatesm ooth,tw o2dimensional m odels from magnetotelluric data.G eophysics,1990,55(12):1613~1624[6] Smith J T,Booker J R.Rapid inversion of tw o2and three2dimensionalmagnetotelluric data.J.G eophys.Res.,1991,96:3905~3922 [7] R odi W L,M ackie R L.N onlinear conjugate gradients alg orithm for22D magnetotelluric inversion.G eophysics,2001,66(1):174~187 [8] 戴世坤.用视模型空间对比进行地球物理反演.地球物理学报,1994,37(增刊Ⅱ):524~533 Dai S K.G eophysical inversion using apparent m odel space contrast method.Chinese J.G eophys.(in Chinese),1994,37(Suppl.Ⅱ):524~533[9] 戴世坤,徐世浙.MT二维和三维连续介质快速反演.石油地球物理勘探,1997,32(3):305~317 Dai S K,Xu S Z.Rapid inversion of magnetotelluric data for22D and32D continuous media.Oil G eophysical Prospecting(inChinese),1997,32(3):305~317[10] 师学明.二维大地电磁拟波动方程反演法研究[博士论文].武汉:中国地质大学,1999 Shi X M.A pseudo wave equation inversion for tw o2dimensional magnetotelluric data[Ph.D.thesis](in Chinese).Wuhan:ChinaUniversity of G eosciences,1999[11] 杨 辉,王永涛,戴世坤等.带地形的MT多参量二维快速模拟退火约束反演.石油地球物理勘探,2003,38(2):213~217 Y ang H,W ang Y T,Dai S K,et al.22D inversion of magnetotelluric multi2parameters with topography using fast simulatedannealing.Oil G eophysical Prospecting(in Chinese),2003,38(2):213~217[12] H ohmann G W.Three2dimensional induced polarization andelectromagnetic m odeling.G eophysics,1975,40(2):309~324 [13] W annamaker P E,H ohmann G W,W ard S H.M agnetotelluricresponses of three2dimensional bodies in layered earths.G eophysics,1984,49(9):1517~1533[14] M adden T R,M ackie R L.Three2dimensional magnetotelluricm odeling and inversion.Proc.IEEE.,1989,77:318~333 [15] M ackie R L,Smith J T,M adden T R.Three2dimensionalelectromagnetic m odeling using difference equations:Themagnetotelluric exam ple.Radio Science,1994,29(4):923~935 [16] 谭捍东,余钦范,John Booker等.大地电磁三维交错采样有限差分数值模拟.地球物理学报,2003,46(5):705~711 T an H D,Y u Q F,Booker J,et al.M agnetotelluric three2 dimensional m odeling using the staggered2grid finite differencemethod.Chinese J.G eophys.(in Chinese),2003,46(5):705~711[17] Pridm ore D F,H ohmann G W,W ard S H,et al.An investigation offinite element m odeling for electrical and electromagnetic data in threedimensions.G eophysics,1981,46(7):1009~1024[18] M itsuhata Y,Uchida T.32D magnetotelluric m odeling using the T2Ωfinite2element method.G eophysics,2004,69(1):108~119 [19] 徐世浙,阮百尧,周 辉等.大地电磁场三维地形影响的数值模拟.中国科学(D辑),1997,27(1):15~20 Xu S Z,Ruan B Y,Zhou H,et al.Numeric m odeling of the three2 dimensional topographic effects in magnetotelluric.Science in China(Series D)(in Chinese),1997,27(1):15~20[20] Haber E,Ascher U M.Fast finite v olume simulation3Delectromagnetic problems with highly discontinuous coeffcients.SIAMput,2001,22(6):1943~1961[21] X ie G,Li J,M ajer E,et al.32D electromagnetic m odeling andnonlinear inversion.G eophysics,2000,65(3):804~822[22] Lee K H,Pridm ore D F,M orris on H F.A hybrid three2dimensionalelectromagnetic m odeling scheme.G eophysics,1981,46(5):796~805.[23] 何展翔,贺振华,王绪本等.油气非地震勘探技术的发展趋势.地球物理学进展,2002,17(3):473~479 He Z X,He Z H,W ang X B,et al.T endency of non2seismic techniques of hydrocarbon prospecting.Progress in G eophysics(inChinese),2002,17(3):473~479[24] 胡祖志,胡祥云.三维大地电磁反演综述.地球物理学进展,2005,20(1):214~220 Hu Z Z,Hu X Y.Review of three dimensional magnetotelluric inversion methods.Progress in G eophysics(in Chinese),2005,20(1):214~220[25] M ackie R L,M adden T R.Three2dimensional magnetotelluric3321 4期胡祖志等:大地电磁非线性共轭梯度拟三维反演inversion using conjugate gradients.G eophys.J.Int.,1993,115:215~229[26] Newman G A,Alumbaugh D L.Three2dimensional magnetotelluricinversion using non2linear conjugate gradients.G eophys.J.Int.,2000,140:410~424[27] S pichak V,P opova.Artificial neural netw ork inversion ofmagnetotelluric data in terms of three2deimensional earthmacroparameters.G eophys.J.Int.,2000,142:15~26 [28] Zhdanov M S,Fang S,Hursan G.E lectromagnetic inversion usingquasi2linear approximation.G eophysics,2000,65(5):1501~1513 [29] 谭捍东,余钦范,Booker J等.大地电磁三维快速松弛反演.地球物理学报,2003,46(6):850~855 T an H D,Y u Q F,Booker J,et al.Three2dimensional rapid relaxation inversion for the magnetotelluric method.Chinese J.G eophys.(in Chinese),2003,46(6):850~855[30] S pitzer K.A32D finite difference alg orithm for DC resistivitym odeling using conjugate gradient methods.G eophys.J.Int.,1995,123:903~914[31] Zhang J,M ackie R L,M adden T R.32D resistivity forward m odelingand inversion using conjugate gradients.G eophysics,1995,60(5):1313~1325[32] 吴小平,徐果明.利用共轭梯度方法电阻率三维反演研究.地球物理学报,2000,43(3):420~427 Wu X P,Xu GM.S tudy on32D resistivity inversion using conjugate gradient method.Chinese J.G eophys.(in Chinese),2000,43(3):420~427[33] E llis R G,Farquhars on C G,Oldenburg D W.Approximate inversemapping inversion of COPROD22Data.J.G eomag.G eoelectr,1993,45:1001~1012[34] Farquhars on C G,Oldenburg D W.Approximate sensitivities for theelectromagnetic inverse problem.G eophys.J.Int.,1996,126:235~252[35] R odi W L,M ackie R L.N onlinear conjugate gradients alg orithm for22D magnetotelluric inversion.G eophysics,2001,66(1):174~187 [36] Parker R L.The inverse problem of electromagnetic induction:existence and construction of s olutions based upon incom plete data.J.G eophys.Res.,1980,85:4421~4425[37] Fletcher R,Reeves C M.Function minimization by conjugatepute J.,1964,7:149~154[38] P olak E.C om putational M ethods in Optimization:A UnifiedApproach.Academic Press,1971[39] Hestenes M R,S tiefel E.M ethods of conjugate gradients for s olvinglinear systems.Journal o f Research o f the National Bureau o fStandards,1952,49:409~436[40] E llis R G,Oldenburg D W.The pole2pole32D Dc2resistivity inverseproblem:A conjugate gradient approach.G eophys.J.Int.,1994,119:187~194[41] Newman GA.S olution accelerators for large2scale3D electromagneticinverse problems.74th Ann.Internat.M tg.Expl.G eophys.Expanded Abstracts,2004[42] 张胜业,潘玉玲.应用地球物理学原理.武汉:中国地质大学出版社,2000 Zhang S Y,Pan Y L.Fundamentals of Applied G eophysics(in Chinese).Wuhan:China University of G eosciences Press,2000 [43] Christiansen A V,Auken E.Optimizing a layered and laterallyconstrained2D inversion of resistivity data using Broyden’s updateand1D derivatives.J.Appl.G eophys.,2004,56:247~261(本文编辑 汪海英)4321地球物理学报(Chinese J.G eophys.)49卷 。