Abstract

A review of the modern approaches to the joint inversion of geophysical data is given. Two alternative lines are considered: based on the joint (parallel) inversion and on the two-step approach, when results of different single inversions are analyzed a posteriori. The advantages and disadvantages of the recently proposed methods of structural and lithological inversion as well as neural network and correlation methods of the joint posterior analysis of the models of physical properties of the media are compared. Guidelines on the application of the considered methods depending on the research purposes are given.

Keywords

joint inversion, single inversion, neural network, correlation method,

Reference

  •  1) Galuev V. I., Kaplan S. A., 2009, Kompleksnaya interpretaciya dannyh issledovaniy na fragmente opornogo geologogeofizicheskogo profilya 2-DV: Razvedka i ohrana zemnyh nedr, 4, 49 - 56.

  •  2) Golizdra G. Ya., 1978, O kompleksirovanii gravitacionnogo i seysmicheskogo metodov: Fizika Zemli, 6, 26 - 38.

  •  3) Golcman F. M., Kalinina T. B., 1973, Kompleksirovanie geofizicheskih nablyudeniy: Fizika Zemli, 8, 31 - 42.

  •  4) Kaplan S. A., Galuev V. I., Pimanova N. N., Malinina S. S., 2006, Kompleksnaya interpretaciya dannyh issledovaniy na opornyh profilyah: Geoinformatika, 3, 38 - 46.

  •  5) Nikitin A. A., Kaplan S. A., Galuev V. I., Malinina S. S., 2003, Opredelenie fiziko-geometricheskih svoystv zemnoy kory podannym geofizicheskogo kompleksa: Geoinformatika, 2, 29 - 38.

  •  6) Spichak V. V., 2005, Trehmernaya bayesovskaya inversiya: Elektromagnitnye issledovaniya zemnyh nedr (pod red. V. V. Spi-chaka): M., Nauchnyy mir, 91 - 109.

  •  7) Spichak V. V., Bezruk I. A., Popova I. V., 2008, Postroenie glubinnyh klasternyh petrofizicheskih razrezov po geofizicheskim dannym i prognoz neftegazonosnoe™ territoriy: Geofizika, 5, 43 - 45.

  •  8) Spichak V. V., Borisova V., Faynberg E., Halezov A., Goidi-na A. G., 2007, Trehmernaya elektromagnitnaya tomografiya Elbrusskogo vulkanicheskogo centra po magnitotelluricheskim i sputnikovym dannym: Vulkanologiya i seysmologiya, 1, 1 - 16.

  •  9) Spichak V. V., Goydina A. G., 2005, Neyrosetevoy prognoz temperatury v geotermalnyh zonah po skvazhinnym izmereniyam: Fizika Zemli, 10, 79 - 88.

  •  10) Spichak V. V., Popova I. V., 2005, Metodologiya neyrosetevoy inversii geofizicheskih dannyh: Fizika Zemli, 3, 71 - 85.

  •  11) Spichak V. V., Fukuoka K., Kobayashi G., Mogi T., Popova I., ShimaH., 2005, Issledovanie geoelektricheskoy struktury zony razlomov Minu (ostrov Kyusyu, Yaponiya) podannym audiomag-nitotelluriki: Fizika Zemli, 4, 67 - 79.

  •  12) Cheremisina E. I., Galuev V. I., Kaplan S. A., Malinina S. S., 2006, Metodika vydeleniya opornyh glubinnyh granic izmeneniya fizicheskih svoystv porod dlya resheniya zadach integrirovaniya geoinformacii pri regionalnyh geofizicheskih issledovaniyah: Geoinformatika, 1, 50 - 53.

  •  13) Bauer K., Pran R. G., Haberland S. and Weber M., 2008, Neural network analysis of crosshole tomographic images: the seismic signature of gas hydrate bearing sediments in the Mackenzie Delta (NW Canada): Geoph. Res. Letters, 35, L19306, doi: 10.1029/ 2008GL035263.

  •  14) Bedrosian P. A., 2007, MT+, integrating magnetotellurics to determine earth structure, physical state and processes: Surv. Geo-phys., 28, 121 - 167.

  •  15) Bedrosian P. A., Maercklin N., Weckmann U., Bartov Y., Ry-berg T., and Ritter O., 2007, Lithology-derived structure classification from the joint interpretation of magnetotelluric and seismic models: Geophys. J. Int., 170, 737 - 748.

  •  16) Bosch M., 1999, Lithologic tomography: from plural geophysical data to lithology estimation: J. Geoph. Res., 104, V1, 749 - 766.

  •  17) Bosch M., Guillen A., Ledru P., 2001, Lithologic tomography: an application to geophysical data from Cadomian belt of northern Brittany, France: Tectonophysics, 331, 197 - 227.

  •  18) Dell’ Aversana P., 2001, Integration of seismic, MT and gravity data in a thrust belt interpretation: The First Break, 6, 335 - 341.

  •  19) Dell’ Aversana P., 2007, Joint inversion of seismic, gravity and magnetotelluric data combined with depth seismic imaging. Ext. Abstr. 18th IAGA WG 1.2 Workshop on EM Induction in the Earth, El Vendrell, Spain.

  •  20) Gallardo L. A. and Meju M. A., 2003, Characterization of heterogeneous near-surface materials by joint 2D inversion of DC resistivity and seismic data: Geophysical Research Letters, 30 (13), 1658, doi: 10.1029/2003GL017370.

  •  21) Gallardo L. A. and Meju M. A., 2007. Joint two-dimensional cross-gradient imaging of magnetotelluric and seismic traveltime data for structural and lithological classification: Geophys. J. Int., 169, 1261 - 1272.

  •  22) Gallardo L. A., Meju M. A. and Perez-Flores M. A., 2005, A quadratic programming approach for joint image reconstruction: mathematical and geophysical examples: Inverse Problems, 21, 435 - 452.

  •  23) Flaber E. and Oldenburg D., 1997, Joint inversion: a structural approach: Inverse Problems, 13, 63 - 77.

  •  24) Kaipio J. P., Kolehmainen V., Vauhkonen M. and Somersalo E., 1999, Inverse problems with structural prior information: Inverse Problems, 15, 713 - 729.

  •  25) Kohonen T., 2001, Self-Organizing Maps. Springer-Verlag, Berlin.

  •  26) Linde N., Tryggvason A., BinleyA., Pedersen L. B., RevilA., 2006, A structural approach to joint three-dimensional inversion of geophysical data. Ext. Abstr. 18th IAGA WG 1.2 Workshop on EM Induction in the Earth, El Vendrell, Spain.

  •  27) Lines L. R., Schultz A. K. and TreitelS., 1988, Cooperative inversion of geophysical data: Geophysics, 53 (1), 8 - 20.

  •  28) Maercklin N., Bedrosian P. A., Haberland C., Ritter O., Ryberg T., Weber M. and Weckmann W, 2005, Characterizing a large shear-zone with seismic and magnetotelluric methods: the case of the Dead Sea Transform: Geoph. Res. Lett., 32, L15303, doi: 10.1029/ 2005GL022724.

  •  29) Moorkamp M., Jones A. G., Rao S. K., 2006, Joint inversion of MT and seismic receiver function data using a genetic algorithm. Ext. Abstr. 18th IAGA WG 1.2 Workshop on EM Induction in the Earth, El Vendrell, Spain.

  •  30) Pinheiro P. A. T., Loh W. W. and Dickin F. /., 1997, Smoothness-constrained inversion for two-dimensional electrical resistance tomography: Measurement Science and Technology, 8, 293 - 302.

  •  31) Reimann C., Filzmoser P., Garrett R. Dutter R., 2008, Statistical data analysis explained. John Wiley and Sons Ltd., London.

  •  32) Saunders J. N., HerwangerJ. V., Pain S. S., Worthington M. N. andde Oliveira S. R. E., 2005, Constrained resistivity inversion using seismic data: Geoph. J. Int., 160, 785 - 796.

  •  33) Spichak V., Rybin A., Batalev V., S/zov Y, Zakharova O., and GoidinaA., 2006, Application of ANN techniques to combined analysis of magnetotelluric and other geophysical data in the northern Tien Shan crustal area. Ext. Abstr. 18th IAGA WG 1.2 Workshop on EM Induction in the Earth, El Vendrell, Spain.

  •  34) Tarantola A., 1987, Inverse Problem Theory: Method for Data Fitting and Model Parameter Estimation, Elsevier, New York.

  •  35) Tilmann A., Stocker T., 2000. A new approach for the joint inversion of seismic and geoelectric data. Proc. 63 EAGE Conference and Technical Exhibition, Amsterdam.

Современные подходы к комплексной инверсии геофизических данных

Спичак В.В.

Аннотация

В статье дан обзор современных подходов к комплексной инверсии геофизических данных. Рассматриваются два альтернативных направления, основанных на совместной (параллельной) инверсии и двухэтапном подходе, когда совместно анализируются результаты однометодных инверсий. Сравниваются достоинства и недостатки предложенных в последние годы методов структурной и литологической инверсии, а также нейросетевых и корреляционных методов комплексного апостериорного анализа построенных моделей физических свойств среды. Даны рекомендации по их использованию в зависимости от целей исследования.

Финансирование

Работа поддержана грантом РФФИ 09-05-92423.

Ключевые слова

комплексная инверсия, однометодная инверсия, нейросетевые и корреляционные методы,

Информация об авторах

Библиографическая ссылка

Спичак В.В. Современные подходы к комплексной инверсии геофизических данных // Геофизика. 2009. № 5. С. 10-19.

Список литературы

  •  1) Галуев В. И., Каплан С. А., 2009, Комплексная интерпретация данных исследований на фрагменте опорного геологогеофизического профиля 2-ДВ: Разведка и охрана земных недр, 4, 49 - 56.

  •  2) Голиздра Г. Я., 1978, О комплексировании гравитационного и сейсмического методов: Физика Земли, 6, 26 - 38.

  •  3) Гольцман Ф. М., Калинина Т. Б., 1973, Комплексирование геофизических наблюдений: Физика Земли, 8, 31 - 42.

  •  4) Каплан С. А., Галуев В. И., Пиманова Н. Н., Малинина С. С., 2006, Комплексная интерпретация данных исследований на опорных профилях: Геоинформатика, 3, 38 - 46.

  •  5) Никитин А. А., Каплан С. А., Галуев В. И., Малинина С. С., 2003, Определение физико-геометрических свойств земной коры поданным геофизического комплекса: Геоинформатика, 2, 29 - 38.

  •  6) Спичак В. В., 2005, Трехмерная байесовская инверсия: Электромагнитные исследования земных недр (под ред. В. В. Спи-чака): М., Научный мир, 91 - 109.

  •  7) Спичак В. В., Безрук И. А., Попова И. В., 2008, Построение глубинных кластерных петрофизических разрезов по геофизическим данным и прогноз нефтегазоносное™ территорий: Геофизика, 5, 43 - 45.

  •  8) Спичак В. В., Борисова В., Файнберг Э., Халезов А., Гоиди-на А. Г., 2007, Трехмерная электромагнитная томография Эльбрусского вулканического центра по магнитотеллурическим и спутниковым данным: Вулканология и сейсмология, 1, 1 - 16.

  •  9) Спичак В. В., Гойдина А. Г., 2005, Нейросетевой прогноз температуры в геотермальных зонах по скважинным измерениям: Физика Земли, 10, 79 - 88.

  •  10) Спичак В. В., Попова И. В., 2005, Методология нейросетевой инверсии геофизических данных: Физика Земли, 3, 71 - 85.

  •  11) Спичак В. В., Фукуока К., Кобаяши Г., Моги Т., Попова И., ШимаХ., 2005, Исследование геоэлектрической структуры зоны разломов Мину (остров Кюсю, Япония) поданным аудиомаг-нитотеллурики: Физика Земли, 4, 67 - 79.

  •  12) Черемисина Е. И., Галуев В. И., Каплан С. А., Малинина С. С., 2006, Методика выделения опорных глубинных границ изменения физических свойств пород для решения задач интегрирования геоинформации при региональных геофизических исследованиях: Геоинформатика, 1, 50 - 53.

  •  13) Bauer К., Pran R. G., Haberland С. and Weber М., 2008, Neural network analysis of crosshole tomographic images: the seismic signature of gas hydrate bearing sediments in the Mackenzie Delta (NW Canada): Geoph. Res. Letters, 35, L19306, doi: 10.1029/ 2008GL035263.

  •  14) Bedrosian P. A., 2007, MT+, integrating magnetotellurics to determine earth structure, physical state and processes: Surv. Geo-phys., 28, 121 - 167.

  •  15) Bedrosian P. A., Maercklin N., Weckmann U., Bartov Y., Ry-berg T., and Ritter O., 2007, Lithology-derived structure classification from the joint interpretation of magnetotelluric and seismic models: Geophys. J. Int., 170, 737 - 748.

  •  16) Bosch M., 1999, Lithologic tomography: from plural geophysical data to lithology estimation: J. Geoph. Res., 104, В1, 749 - 766.

  •  17) Bosch M., Guillen A., Ledru P., 2001, Lithologic tomography: an application to geophysical data from Cadomian belt of northern Brittany, France: Tectonophysics, 331, 197 - 227.

  •  18) Dell’ Aversana P., 2001, Integration of seismic, MT and gravity data in a thrust belt interpretation: The First Break, 6, 335 - 341.

  •  19) Dell’ Aversana P., 2007, Joint inversion of seismic, gravity and magnetotelluric data combined with depth seismic imaging. Ext. Abstr. 18th IAGA WG 1.2 Workshop on EM Induction in the Earth, El Vendrell, Spain.

  •  20) Gallardo L. A. and Meju M. A., 2003, Characterization of heterogeneous near-surface materials by joint 2D inversion of DC resistivity and seismic data: Geophysical Research Letters, 30 (13), 1658, doi: 10.1029/2003GL017370.

  •  21) Gallardo L. A. and Meju M. A., 2007. Joint two-dimensional cross-gradient imaging of magnetotelluric and seismic traveltime data for structural and lithological classification: Geophys. J. Int., 169, 1261 - 1272.

  •  22) Gallardo L. A., Meju M. A. and Perez-Flores M. A., 2005, A quadratic programming approach for joint image reconstruction: mathematical and geophysical examples: Inverse Problems, 21, 435 - 452.

  •  23) Flaber E. and Oldenburg D., 1997, Joint inversion: a structural approach: Inverse Problems, 13, 63 - 77.

  •  24) Kaipio J. P., Kolehmainen V., Vauhkonen M. and Somersalo E., 1999, Inverse problems with structural prior information: Inverse Problems, 15, 713 - 729.

  •  25) Kohonen T., 2001, Self-Organizing Maps. Springer-Verlag, Berlin.

  •  26) Linde N., Tryggvason A., BinleyA., Pedersen L. B., RevilA., 2006, A structural approach to joint three-dimensional inversion of geophysical data. Ext. Abstr. 18th IAGA WG 1.2 Workshop on EM Induction in the Earth, El Vendrell, Spain.

  •  27) Lines L. R., Schultz A. K. and TreitelS., 1988, Cooperative inversion of geophysical data: Geophysics, 53 (1), 8 - 20.

  •  28) Maercklin N., Bedrosian P. A., Haberland C., Ritter O., Ryberg T., Weber M. and Weckmann W, 2005, Characterizing a large shear-zone with seismic and magnetotelluric methods: the case of the Dead Sea Transform: Geoph. Res. Lett., 32, L15303, doi: 10.1029/ 2005GL022724.

  •  29) Moorkamp M., Jones A. G., Rao С. K., 2006, Joint inversion of MT and seismic receiver function data using a genetic algorithm. Ext. Abstr. 18th IAGA WG 1.2 Workshop on EM Induction in the Earth, El Vendrell, Spain.

  •  30) Pinheiro P. A. T., Loh W. W. and Dickin F. /., 1997, Smoothness-constrained inversion for two-dimensional electrical resistance tomography: Measurement Science and Technology, 8, 293 - 302.

  •  31) Reimann C., Filzmoser P., Garrett R. Dutter R., 2008, Statistical data analysis explained. John Wiley and Sons Ltd., London.

  •  32) Saunders J. Н., HerwangerJ. V., Pain С. С., Worthington М. N. andde Oliveira С. R. Е., 2005, Constrained resistivity inversion using seismic data: Geoph. J. Int., 160, 785 - 796.

  •  33) Spichak V., Rybin A., Batalev V., S/'zov Y, Zakharova O., and GoidinaA., 2006, Application of ANN techniques to combined analysis of magnetotelluric and other geophysical data in the northern Tien Shan crustal area. Ext. Abstr. 18th IAGA WG 1.2 Workshop on EM Induction in the Earth, El Vendrell, Spain.

  •  34) Tarantola A., 1987, Inverse Problem Theory: Method for Data Fitting and Model Parameter Estimation, Elsevier, New York.

  •  35) Tilmann A., Stocker T., 2000. A new approach for the joint inversion of seismic and geoelectric data. Proc. 63 EAGE Conference and Technical Exhibition, Amsterdam.