فهرست مطالب

پژوهش های ژئوفیزیک کاربردی - سال چهارم شماره 1 (پیاپی 7، بهار و تابستان 1397)

نشریه پژوهش های ژئوفیزیک کاربردی
سال چهارم شماره 1 (پیاپی 7، بهار و تابستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/03/29
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محمد الرجاوی، حمیدرضا سیاهکوهی*، علی غلامی صفحات 1-13
    روش های وارون برای حل مسائل در شاخه های علمی مختلفی بکار برده می شوند؛ اما شرایط حاکم بر داده های ژئوفیزیکی استفاده از این روش ها را پیچیده می کند. این شرایط را می توان به تکرار ناپذیری برداشت داده های ژئوفیزیکی به علت هزینه های بالای عملیات و نیز تاثیری که گسسته سازی روی حل مسئله اعمال می نماید، دانست. به طور کلی مسائل وارون در ژئوفیزیک در زمره مسائل بد وضع دسته بندی می شوند. این بدان معناست که برای انتخاب پاسخ مناسب منظم سازی و اعمال شرایطی منطبق با اصول فیزیکی حاکم بر مسئله لازم است. تخمین مدل سرعت از وارون زمان رسید امواج لرزه ای از جمله این مسائل در لرزه شناسی است. منظم ساز تیخنوف و منظم ساز تغییرات کلی از جمله روش های مرسوم برای حل این گونه مسائل هستند. روش اول توانمندی بالایی در بازسازی سیگنال های هموار دارد؛ ولی ناپیوستگی ها و لبه های سیگنال را به خوبی بازیافت نمی کند. در مقابل روش دوم به خوبی قادر به بازسازی لبه های سیگنال است؛ ولی بخش های هموار را دچار اعوجاج می کند. در این مقاله یک روش منظم سازی بر اساس ترکیب روش های حل تیخنوف درجه دوم و تغییرات کلی بیان می شود. در این مطالعه برای تخمین مدل سرعت از زمان رسید امواج لرزه ای در پروفیل لرزه ای قائم توانمندی روش های منظم ساز مرسوم با روش ترکیبی روی مدل های مصنوعی مقایسه می شود. نتایج اعمال روش ها روی مدل های سرعت حاوی لبه و بخش هموار، حاکی از رفع کاستی های دو روش مرسوم توسط روش ترکیبی است. علاوه بر آن سه روش فوق در وارون زمان رسید امواج ثبت شده در پروفیل لرزه ای قائم (VSP) واقعی نیز اعمال و نتایج به دست آمده با هم مقایسه و مورد بحث قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: وارون زمان رسید، حل مسائل وارون، منظم ساز تیخنوف، منظم ساز تغییرات کلی، پروفیل لرزه ای قائم، پارامتر منظم سازی
  • پروانه پاک منش، علیرضا گودرزی*، میثم کورکی صفحات 15-26
    واهمامیخت به مسائل تخمین ورودی مجهول سیستم LTI زمانی که سیگنال و پاسخ سیستم معلوم باشد؛ اطلاق می شود. در عمل سیگنال خروجی با نوفه همراه است. برای بعضی سیستم ها مسئله واهمامیخت ساده است؛ با این حال برای سیستم های معکوس ناپذیر مسئله کمی پیچیده می شود. استفاده از معکوس سیستم منجر به تقویت نوفه می شود. اگر انتظار داریم یا می دانیم ورودی مجهول سیگنال به یک سیستم LTI تنک است؛ آنگاه واهمامیخت تنک رویکرد مناسبی برای تخمین x است. هدف، افزایش قدرت تفکیک زمانی در مقطع لرزه ای است؛ به طوری که لایه های نازک قابل تشخیص باشند. در پژوهش حاضر روش واهمامیخت بر اساس الگوریتم MM ارائه شده است و برتری آن نسبت به روش حداقل مربعات که روشی مرسوم است، مشاهده می شود. در روش حداقل مربعات، تابع هزینه بر اساس نرم l2 کمینه خواهد شد. در روش الگوریتم MM، کمینه تابع هزینه با استفاده از نرم l1 و l2 تعریف می شود. الگوریتم MM از مزیت ساختار نواری ماتریس هایی که در مسائل واهمامیخت وجود دارد استفاده کرده است. همچنین پس از اعمال این الگوریتم بر داده مصنوعی و واقعی نسبت به روش حداقل مربعات افزایش قدرت تفکیک لایه ها و بازیابی فرکانس های از دست رفته قابل مشاهده است. پس از اعمال نشانگرهای لرزه ای بر مقطع پس از برانبارش، طیف فرکانس و دامنه افزایش قدرت تفکیک را نشان می دهند. به این صورت که حضور لایه ها بهتر درک می شود. دنبال کردن مسیر لایه ای که قبلا میسر نبود، امکان پذیر شده است. همچنین لایه هایی که قبلا وجود نداشتند در حال حاضر به وضوح دیده می شوند.
    کلیدواژگان: واهمامیخت، الگوریتم MM، وارون سازی، تنکی، سیستم LTI، منظم سازی، روش حداقل مربعات
  • کاظم سعیدی*، امین روشندل کاهو، سید رضا قوامی ریابی، بهزاد تخم چی، پدرام ابراهیمی صفحات 27-42
    تخلخل موثر یکی از خصوصیات مهم مخزن است؛ که مهندسان نفت همیشه به دنبال یافتن مدل مناسبی از نحوه توزیع این پارامتر در سنگ مخزن می باشند. با توجه به این که خصوصیات پتروفیزیکی سنگ مخزن بسیار پیچیده است؛ بنابراین در چند دهه اخیر بکار گرفتن روش های دسته بندی در تخمین و مدل سازی این خصوصیات به یکی از موضوعات مهم در صنعت نفت تبدیل شده است. در این پژوهش با تلفیق نگارهای پتروفیزیکی، نشانگرهای لرزه ای و به کارگیری الگوریتم آدابوست سعی شد تا مقدار تخلخل موثر در بلوک F3 بخش هلندی دریای شمال دسته بندی شود. در مرحله اول پس از استخراج نشانگرهای لرزه ای از مقطع دوبعدی لرزه ای، توسط روش انتخاب ویژگی SFS، تعداد شش نشانگر لرزه ای با تاثیر مثبت در فرآیند دسته بندی مشخص گردید. این شش نشانگر لرزه ای توسط داده های تخلخل موثر دسته بندی شده در موقعیت چاه برچسب گذاری شدند و برای آموزش الگوریتم آدابوست مورد استفاده قرار گرفتند. این آموزش با دقت 6/76 درصد انجام گردید. در مرحله بعد به منظور ارزیابی صحت عملکرد الگوریتم آدابوست، مرحله اعتبارسنجی با حذف اطلاعات مربوط به یک چاه انجام شد؛ که دقت 7/71 درصد به دست آمد و نشان از عملکرد و آموزش صحیح الگوریتم آدابوست دارد. درنهایت الگوریتم آدابوست به منظور دسته بندی تخلخل موثر در سایر بخش هایی که اطلاعات چاه موجود نبود، بکار گرفته شد. خروجی الگوریتم نشان داد که لایه های مربوط به سازندهای گروه چالک از تخلخل موثر خوبی برخوردارند و احتمالا استخراج نفت از این افق ها صرفه اقتصادی خواهد داشت.
    کلیدواژگان: تخلخل موثر، نشانگرهای لرزه ای، خصوصیات پتروفیزیکی، الگوریتم آدابوست
  • امنه کهریزی، فتانه تقی زاده فرهمند * صفحات 43-54
    مطالعه ساختار پوسته و گوشته بالائی برای به دست آوردن مدلی دقیق از ساختار زیرسطحی زمین یکی از اهداف ژئوفیزیکدان ها است. در این مطالعه به کمک تحلیل تابع گیرنده P و با استفاده از زمان رسید فاز تبدیلی Ps در ناپیوستگی های گوشته بالایی (410 و 660 کیلومتری)، ضخامت منطقه انتقالی گوشته در شمال غرب زاگرس مورد مطالعه قرار گرفت تا وجود احتمالی آنومالی دمایی در منطقه بررسی شود. برای این منظور داده های بیش از 1100 زمین لرزه دورلرز ثبت شده توسط ایستگاه های کوتاه دوره و باند پهن شبکه های لرزه نگاری کرمانشاه و خرم آباد و ایستگاه باند پهن سنندج از بدو تاسیس تا 2016 میلادی با بزرگای 5/5Mb≥ و در فاصله رومرکزی ̊95 >D> ̊30 مورد پردازش قرار گرفت. نتایج حاصل از این پژوهش توسط داده های ثبت شده در ایستگاه های لرزه نگاری در شمال غرب زاگرس که فازهای تبدیلی آنها در لایه های زیرسطحی واقع در منطقه سنندج - سیرجان و ارومیه - دختر قرار گرفتند؛ نشان دادند که مرز ناپیوستگی های منطقه انتقالی گوشته (410 و 660 کیلومتری) نسبت به مدل مرجع (IASP91) انحراف نشان می دهند. در زمان رسید فازهای تبدیلی از مرز دو ناپیوستگی نسبت به مدل مرجع (IASP91) به ترتیب حدود 1 و 2 ثانیه تقدم در رسید مشاهده شد؛ که اختلاف رسید بدست آمده از فازهای تبدیلی منطقه انتقالی گوشته حدود 23 ثانیه است؛ که این اختلاف نسبت به متوسط جهانی (s24)، 1 ثانیه کمتر است. نبود تاخیر یکسان در رسید می تواند بیانگر ضخامت کمتر منطقه انتقالی در مکان قرارگیری نقاط تبدیل باشد؛ که احتمالا ناشی از بی هنجاری دمایی است که موجب کاهش سرعت های لرزه ای امواج حجمی می شود. نتایج این تحقیق با آنچه که توسط سازمان انرژی های نو ایران (سانا) در زون سنندج- سیرجان از نظر مستعد بودن انرژی زمین گرمایی ارائه شده، همخوانی دارد.
    کلیدواژگان: توابع گیرنده P، دورلرز، گوشته بالایی، ناپیوستگی، شمال غرب زاگرس، انرژی زمین گرمایی
  • احمد محمدی، محمدرضا سپهوند *، افسانه نصرآبادی صفحات 55-66
    امروزه در ایران به جهت انباشت منابع و امکانات در محدوده های شهری رشد شهرنشینی افزایش یافته و به تبع آن محدوده شهرهای کشور توسعه زیادی داشته اند؛ بنابراین با توجه به توزیع جمعیتی در این مناطق و همچنین واقع شدن تعداد زیادی از این مناطق بر روی نهشت های رسوبی اهمیت مطالعه زلزله شناسی و مهندسی زلزله برای مقاوم سازی و کاهش خطر زمین لرزه افزایش می یابد. یکی از مواردی که موجب افزایش خسارت در زمان وقوع زمین لرزه حتی در فواصل بسیار زیاد از مرکز زمین لرزه است، اثرات ساختگاهی و تشدید خاک است. خسارت شهر مکزیکوسیتی ناشی از زمین لرزه ای که در فاصله رومرکزی بیش از 300 کیلومتر رخ داده بود نمونه بارزی از خسارت ناشی از اثر ساختگاهی است. لذا امروزه مطالعه اثر ساختگاه و به دست آوردن اطلاعات ساختارهای زیرزمینی (سرعت موج برشی) اهمیت ویژه ای یافته است. بیضی وار امواج رایلی به عنوان تابعی از فرکانس رابطه نزدیکی با ساختارهای زیرزمینی از جمله ضخامت لایه رسوبی و پروفیل سرعت موج برشی دارد و استخراج این اطلاعات با استفاده از برگردان بیضی وار امواج رایلی امکان پذیر است. در روش برگردان بیضی وار امواج رایلی با استفاده از نوفه های محیطی بیضی وار امواج رایلی در یک محدود فرکانسی قابل قبول استخراج می شود. در این روش که بر اساس روش کاهش تصادفی است با کاهش اثرات تمامی امواج به غیر از امواج رایلی امکان استخراج این بیضی وار را ممکن می سازد. در این پژوهش اطلاعات مربوط به نوفه های محیطی برای 24 ایستگاه در محدود شهری کرمان جمع آوری شد. سپس با استفاده از الگوریتم بهینه شده همسایگی موجود در افزونه نرم افزار Geopsy پروفیل سرعت موج برشی و عمق سنگ بستر لرزه ای از بیضی وار امواج رایلی استخراج شد. مقادیر میانگین سرعت موج برشی تا عمق 30 متری در محدوده 199 تا 245 متر بر ثانیه به دست آمد و طبق آیین نامه های موجود خاک منطقه مورد بررسی قرار گرفت. همچنین محدوده عمق سنگ بستر لرزه ای در حدود 230 متر تخمین زده شد.
    کلیدواژگان: روش RayDec، سنگ بستر لرزه ای، برگردان بیضی وار امواج رایلی، نسبت طیفی H-V، سرعت موج برشی، اثر ساختگاه
  • محمدرضا ابراهیمی*، محمدعلی ریاحی، محمد صنیعی آباده صفحات 67-80
    توموگرافی زمان سیر داده های لرزه ای بین چاهی اغلب برای به دست آوردن تصویری از ساختار سرعتی بین دو چاه به کار می رود. این مدل سرعت طوری محاسبه می شود که خطای بین داده اندازه گیری شده و داده حاصل از مسئله مستقیم (Forward problem) کمینه گردد. از آنجا که مسیر پرتوها در واقعیت تابع بی هنجاری های سرعتی است؛ مسئله توموگرافی زمان سیر مسئله ای غیرخطی قلمداد می شود. الگوریتم های مرسوم حل مسئله وارون توموگرافی، روش های بهینه سازی محلی (Local) هستند؛ که با خطی سازی طی یک فرآیند تکراری با یک مدل اولیه که توسط کاربر انتخاب می شود، مدل سرعتی بین دو چاه را به دست می آورند. یکی از مشکلات این روش ها وابستگی مدل نهایی به مدل اولیه است؛ که ممکن است تابع هدف در کمینه محلی همگرا شود و از کمینه سراسری (Global) فاصله داشته باشد. لذا روش های بهینه سازی سراسری برای حل این مشکل معرفی شده اند. یکی از جدیدترین و قوی ترین روش های بهینه سازی سراسری، بهینه سازی ازدحام ذرات است؛ که این مقاله از وارون سازی هموار با استفاده از این الگوریتم بهره برده است. روش های بهینه سازی سراسری بدون توجه به مدل اولیه، به کمینه سراسری تابع هدف همگرا می شوند. الگوریتم معرفی شده بر روی داده های مصنوعی بدون نوفه و با نوفه گاوسی اعمال شد و پس از مشاهده عملکرد مناسب آن بر روی این داده ها، داده واقعی بین چاهی مورد استفاده قرار گرفت و نتایج حاصل با الگوریتم مارکوارت- لونبرگ (LM) که یک روش بهینه سازی محلی است، مقایسه شد و عدم قطعیت مدل واقعی به دست آمده نیز محاسبه گردید. نتایج حاصل نشان دهنده عملکرد مناسب تر الگوریتم مورد استفاده در وارون سازی مدل سرعتی است.
    کلیدواژگان: توموگرافی زمان سیر، داده بین چاهی، وارون سازی غیرخطی، بهینه سازی سراسری، بهینه سازی ازدحام ذرات
  • اکبر حیدری*، حامد عابر، علی جهان آرا صفحات 81-93
    امروزه روش های ژئوفیزیکی از توانمندترین روش ها برای اکتشاف و تعیین مکان توده ها و سازه های مدفون زیرزمینی می باشند.یکی از کارآمدترین روش ها در تعیین مکان و اکتشاف سازه های مدفون زیرزمینی روش رادار نفوذی به زمین (GPR) است. در این روش با توجه به عمق توده ی مورد نظر، از چشمه با فرکانس های مختلف برای انتشار موج الکترومغناطیس استفاده شده و با توجه به بازتاب این امواج محل سازه ی مدفون قابل تشخیص است. در این مقاله ابتدا به معرفی روش رادار نفوذی به زمین پرداخته شده و سپس چگونگی مدل سازی پیشرو داده های مذکور با استفاده از روش عددی تفاضل محدود در حوزه ی زمان (FDTD) با استفاده از کدنویسی در محیط MATLAB و با اعمال شرایط مرزی جاذب CPML برای یک تونل مدفون با ابعاد مشخص تشریح شده است. مزیت استفاده از روش های عددی نظیر روش تفاضل محدود، دقت بالا، سادگی فهم و محاسبات نسبتا ساده تر نسبت به سایر روش ها است. هدف از این مقاله مدل سازی پیشرو داده های رادار نفوذی به زمین برای کشف تونل هایی با ابعاد کوچک در اعماق مختلف و در شرایط محیطی متفاوت است. این امر از اهمیت زیادی در مباحث مهندسی برخوردار است؛ زیرا این تونل ها به راحتی قابل شناسایی نبوده و محلی برای استتار افراد و مهمات است. در این مقاله با توجه به عمق و ابعاد تونل 3 آزادراه تهران-پردیس به مدل سازی انتشار موج در یک مدل مصنوعی از این تونل پرداخته شده است. با توجه به نتایج به دست آمده از مدل سازی، فرکانس 50 مگاهرتز برای برداشت میدانی از تونل 3 پردیس از دستگاه ژئورادار (MALA) انتخاب شده و نتایج حاصل از برداشت میدانی با نتایج حاصل از مدل سازی مقایسه شده اند. مقایسه ی نتایج به دست آمده حاکی از عملکرد قابل قبول مدل سازی این تونل است.
    کلیدواژگان: رادار نفوذی به زمین، تونل مدفون زیرزمینی، مدل سازی پیشرو، روش عددی تفاضل محدود، تونل پردیس
  • مجتبی مختاریان اصل*، عارف علیپور صفحات 95-104
    لرزش ناشی از انفجار در معادن و تاثیر آن بر سازه ها و تجهیزات مجاور از پیامدهای منفی سیکل معدنکاری محسوب می شود. به منظور کنترل لرزش و مدیریت اثرات نامطلوب آن، اقدام به اندازه گیری و مدل سازی میرایی امواج می شود. با انجام چندین انفجار آزمایشی و تحلیل امواج لرزشی ناشی از آن، مدل میرایی این امواج برای هر ساختگاه و معدن مطالعاتی تعیین می شود. به طور معمول برمبنای فاصله محل اندازه گیری موج تا سینه کار انفجار و بیشینه خرج به ازای هر تاخیر، اقدام به مدل سازی میرایی حداکثر سرعت ذرات می شود. در تحقیق حاضر با استفاده از چند مدل تجربی، معادله حداکثر سرعت ذرات برای انفجارات معدن سونگون تعیین شده است. همچنین با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری مدل دیگری نیز برای پیش بینی میرایی امواج ارائه شده است. با توجه به آزمون های آماری صورت گرفته بین نتایج حاصل از تخمین حداکثر سرعت ذرات توسط مدل های مختلف و مقادیر اندازه گیری شده، در گستره معدن مس سونگون عملکرد مناسب مدل مبتنی بر الگوریتم رقابت استعماری در تخمین بیشینه سرعت ذرات به اثبات رسیده است.
    کلیدواژگان: انفجار، لرزش زمین، بیشینه سرعت ذرات، الگوریتم رقابت استعماری، مس سونگون
  • الهام محمدی*، مهدی رضاپور صفحات 105-122
    همگرایی صفحات عربستان و اوراسیا عامل عمده موثر در پدیدار شدن زون های زمین ساختی مختلف و پیچیده در مناطق برخوردی زاگرس و البرز در ایران است. در این مطالعه هدف این است تا با بهره گیری از روش تابع گیرنده P و روش زو و کاناموری (2000)، تغییرات عمق موهو را در زون های زمین ساختی متنوع در این پهنه ها به دست آوریم. برای این منظور بیش از 1000 زمین لرزه دورلرز ثبت شده توسط 65 ایستگاه لرزه نگاری دائمی، 50 ایستگاه موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران و 15 ایستگاه باند پهن پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، مورد پردازش قرار گرفت. نتیجه مطالعه حاضر نشان می دهد که متوسط ضخامت پوسته در منطقه ایران مرکزی حدود 48 کیلومتر است، به طوری که از حدود 34 کیلومتر در ایستگاه CHK تا 55 کیلومتر در ایستگاه IL3 متغیر است. میانگین ضخامت پوسته در کمربند چین خورده- رورانده زاگرس حدود 45 کیلومتر است؛ که در جنوبی ترین قسمت این کمربند چین خورده و راندگی (ایستگاه های BNB و BNDS) به بیشترین مقدار یعنی حدود 59 کیلومتر می رسد. عمق موهو از حدود 33 کیلومتر در ایستگاه KIA تا 43 کیلومتر در ایستگاه PRN واقع در پهنه البرز و حاشیه جنوبی دریای خزر در تغییر است. در حالی که در البرز مرکزی متوسط ضخامت پوسته به حدود 54 کیلومتر می رسد. بیشترین ضخیم شدگی پوسته در زون سنندج- سیرجان مشاهده شد؛ که از حدود 53 کیلومتر در ایستگاه BZA به 66 کیلومتر در ایستگاه KHMZ در تغییر است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که متوسط ضخامت پوسته در کمان ماگمایی ارومیه- دختر تقریبا 48 کیلومتر است؛ که از حدود 32 کیلومتر در ایستگاه MEH به 62 کیلومتر در ایستگاه CHMN می رسد.
    کلیدواژگان: تابع گیرنده P، پوسته، البرز، زاگرس
  • افسانه احمدپور*، ابوالقاسم کامکار روحانی، رضا احمدی صفحات 123-136
    روش رادار نفوذی به زمین (GPR) یک روش ژئوفیزیکی غیر مخرب است که قادر به آشکارسازی انواع ناهمگنی های زیرسطحی و نیز شناسایی انواع اهداف مدفون در اعماق کم است. در پژوهش حاضر مدل سازی پیشرو و وارون داده های GPR با هدف کاربرد در زمینه شناسایی لوله های مدفون در زیرزمین انجام شده است. در محوطه دانشگاه صنعتی شاهرود به منظور شناسایی موقعیت عبور لوله های انتقال سیالات هیدروکربوری، تعدادی پروفیل GPR با استفاده از یک سامانه GPR مجهز به آنتن های پوشش دار با فرکانس مرکزی 250 مگاهرتز، برداشت شد. برای دست یابی به هدف، نگاشت های راداری منطبق بر کلیه پروفیل های برداشت با اعمال مراحل پردازشی مختلف همانند تصحیح اشباع سیگنال، تصحیح استاتیک و تابع تقویت بر روی داده های خام، با استفاده از نرم افزار Reflexw آماده سازی شدند. سپس پاسخ GPR مدل مصنوعی متناظر با نگاشت های راداری منطبق بر این پروفیل ها، به روش تفاضل محدود حوزه زمان (FDTD) دوبعدی، شبیه سازی شد. آنگاه برای اعتبارسنجی تعبیر و تفسیر برداشت های GPR واقعی به منظور آشکارسازی و شناسایی اهداف مدفون، از روش مدل سازی وارون با حل یک مسئله بهینه سازی، استفاده شد. نتایج این پژوهش بر اساس بررسی میزان تطابق نگاشت راداری داده های واقعی GPR با پاسخ GPR مدل مصنوعی تولید شده متناظر با آن، درستی تفسیر زیرسطحی انجام شده در منطقه مورد نظر جهت شناسایی لوله مدفون را تایید می نماید.
    کلیدواژگان: رادار نفوذی به زمین (GPR)، مدل سازی پیشرو، مدل سازی وارون، محوطه دانشگاه صنعتی شاهرود، نرم افزار Reflexw
  • رضوان سلطان آبادی*، وحید ابراهیم زاده اردستانی صفحات 137-155
    در این مقاله از روش برنامه ریزی خطی برای وارون سازی سه بعدی داده های گرانی به منظور تعیین شکل توده زیرسطحی و به دست آوردن چگالی آن استفاده شده است. سطح زیرین ناحیه برداشت داده های گرانی به تعداد زیادی مکعب با ابعاد و موقعیت معلوم تقسیم شده است. هدف تخمین تباین چگالی مجهول هر یک از این مکعب ها است، در حالی که چگالی بیشینه ای برای منطقه مورد بررسی در نظر گرفته شده است. به عبارتی وارون سازی ساختمانی ضمنی با به کارگیری روش برنامه ریزی خطی برای ترسیم نقشه های زیرسطحی که مرزهایی تیز با محیط اطراف دارند، صورت گرفته است. تابع هدف استفاده شده، نرم یک اختلاف بین داده های مشاهده شده و داده های حاصل از مدل است که هدف کمینه سازی این تابع با توجه به قیودی خطی شامل تساوی و عدم تساوی ها است. قیود در اینجا شامل قید روی چگالی بیشینه و داشتن عمق کمینه به عنوان اطلاعات اولیه است. به طور معمول دسترسی به قیود مذکور از اطلاعات زمین شناسی و یا دیگر روش های ژئوفیزیکی همچون اویلر، به راحتی امکان پذیر است. هرچه این قیود به واقعیت نزدیک تر باشند نتایج وارون سازی به شکل واقعی توده نزدیک تر خواهند بود. با انجام این بهینه سازی مقید می توان به تخمینی از پارامترهای مدل (چگالی های مکعب های زیرسطحی) رسید. برنامه کامپیوتری به زبان متلب نوشته شده است و روی دو مدل مکعب مستطیلی به عنوان مدل مصنوعی آزمایش شده است. نتایج از جهت چگالی و موقعیت مطابقت خوبی با مدل مکعب مستطیلی دارد. در پایان داده های گرانی برداشت شده روی معدن منگنز صفو واقع در شمال غرب ایران با استفاده از برنامه وارون سازی مذکور مدل سازی شده اند. نتایج وارون سازی توزیع ماده معدنی با گسترش عمقی 5 تا حدود 35 متری را نشان می دهد؛ که با نتایج حاصل از حفاری انطباق دارد.
    کلیدواژگان: گرانی سنجی، وارون سازی سه بعدی، برنامه ریزی خطی، روش تخمین عمق اویلر، بهینه سازی مقید، وارون سازی ساختمانی، الگوریتم سیمپلکس، معدن منگنز صفو
  • سید حسین سیدآقامیری*، علی غلامی صفحات 157-170
    خاصیت ویسکو الاستیک زمین باعث اتلاف انرژی و تضعیف دامنه موج لرزه ای منتشر شده در زمین می شود. این اثر که به عنوان جذب لرزه ای شناخته می شود و معمولا با فاکتور کیفیت (Q) نشان داده می شود، مشکل جدی در پردازش داده های لرزه ای است. چنانچه اطلاعاتی در مورد مقدار ضریب جذب وجود داشته باشد حذف اثر آن باعث بهبود تفکیک پذیری داده می شود. در این مقاله مقدار Q برای یک ردلرزه (trace) با فرض Q ثابت برای کل ردلرزه، تخمین زده می شود و سپس توسط واهمامیخت ناپایا اثر آن از ردلرزه حذف می شود. روش جدید برای تخمین Q به حل یک مسئله وارون می پردازد. با فرض تنکی (sparsity) سری ضرایب بازتاب زمین به دنبال مقداری از Q هستیم که تنک ترین سری ضرایب بازتاب زمین را نتیجه می دهد. مسئله فوق الذکر یک مسئله وارون غیرخطی بوده و بهینه سازی آن زمان گیر است. در این مقاله روش هایی برای حل این مشکل و مقرون به صرفه کردن روش جدید پیشنهاد می شود. اعمال روش جدید بر داده های مصنوعی و واقعی نشان می دهد که روش جدید قدرت بالایی در تخمین Q دارد و بسیار پایدار است. همچنین مقایسه روش جدید با روش های دیگر نشان از دقت روش جدید در تخمین Q دارد.
    کلیدواژگان: تخمین Q، جذب لرزه ای، مدل Q ثابت، واهمامیخت ناپایا، بهینه سازی غیر خطی، بهینه سازی خطی
|
  • Mohammad Alrajawi, Hamid Reza Siahkoohi *, Ali Gholami Pages 1-13
    Summary A variety of methods has been presented to invert arrival time of seismic waves for velocity distribution over the survey area. In real world, the velocity distribution model consists of blocky structures as well as smooth varying parts. In such cases, implementation of Tikhonov regularization will recover the smooth varying portion of the velocity model; while the Total Variation (TV) regularization is capable of recovering the blocky varying parts of the velocity model. In this research, a technique for solving inverse problems based on a combination of second order Tikhonov and TV regularizations is proposed. The methods are tested on both synthetic and real arrival times and the results are presented.
    Introduction Inverse problems are applied in different disciplines. These methods in geophysical applications become a bit complicated due to special conditions of geophysical data. The conditions arise from the fact that geophysical data are collected only once due to the high acquisition cost; or it is due to the effects of discretization of the problem. In general, the issues that we encounter in geophysical inverse problems are classified as ill posed inverse problems. Inverse problems are divided into three categories: Over-determined, Under-determined, and Even-determined. Overdetermined systems often have no solutions; it is possible for an over-determined system of equations to have either many solutions or exactly one solution. For even-determined problems, it is possible to have a unique solution. A system of equations with fewer equations than variables is under-determined. In many cases under-determined systems of equations have infinitely many solutions. Under-determined systems need the regularization. In such cases regularization is required to choose a suitable model from those fitting the data. Two conventional regularization methods are Tikhonov regularization and TV regularization.
    Methodology and Approaches For a linear inverse problem d Gme where m dis data, n mis model parameters, m eis noise, and m n Gis forward operator, the Tikhonov regularization is expressed as: 2 2 2 2 J d Gm Lm i , where 0 is the regularization parameter controlling the conditioning of the problem and matrix L is a regularization operator. The Tikhonov regularization brings the advantage of linearity of the problem so that m can be determined analytically by solving normal equations m G G L L G d T i T i T 1 ( ).
    The TV regularization restricts the domain of possible candidate solutions to those having sparse gradient, and can be expressed as the following minimization equation: 1 1 2 2 J d Gm Lm with a solution m which can be determined by solving normal equations: G G L L m G d T T k k T 1 1 1 1 ) 2 ( , where proposed. Assume signal x is a combination of two signals 1 2 x  x  x , where 1 x is a blocky component and 2 x is a smooth component of x . The proposed method can be approximated by using a new minimization problem of the form arg min ( ) ( ) 1 1 1 1 2 2 2 2 2 1, 2 1 2 2 y G x x L x L x x x , where , are regularization parameters, and L1 and L2 are first-order and second-order derivative operators. An iteratively re-weighted least squares (IRLS) technique is used as a fast and an efficient algorithm for minimization of the cost function. The solution x can be determined iteratively by solving normal weighted equations: G Gx G G L L x G yG G L x L x G Gx G yT T T TT T T T1 2 2 21 1 1 1 2( )( ) )2(, where ) 1 ( ) ( 2 1 1 1 1... 1 i i M L x x diag is a diagonal matrix and  is a small positive number. In this study, a method also is presented for determination of the regularization parameters similar to the L-curve method.
    Results and ConclusionsIn this paper, a technique for solving inverse problems based on a combination of second order Tikhonov and TV regularizations is proposed. The method eliminates their individual weaknesses and recovers both blocky and smooth portions of the model.
    Keywords: Traveltime Inversion, Inverse Problems, Tikhonov Regularization, TV Regularization, Vertical Seismic Profile (VSP), Regularization Parameters
  • Parvaneh Pakmanesh, Alireza Goudarzi *, Meisam Kourki Pages 15-26
    Deconvolution problems involve estimating an unknown input when the signal and the response of an LTI system are known and lead to wavelet compression and increase the temporal resolution. However, in practice, the output signal is noisy. For some systems, the deconvolution problem is simple, but for the non-invertible or almost non-invertible systems, the problem is more complex. The use of the exact inverse of the systems leads to the amplification of the noise. The reflectivity sequence is the representation of the layers of the earth. The resulted compression leads to a high-resolution image of the earth. The outcomes exhibit that the reflection coefficient significantly improves after application of the MM algorithm on synthetic and real data, compared to the least squares and the frequency spectrum methods after the application of the algorithm.
    Keywords: Deconvolution, MM Algorithm, Inversion, Sparse, LTI System, Regularization, Least Squares Resolution
  • Kazem Saeedi *, Amin Roshandel Kahoo, Seyed Reza Ghavami Riabi, Behzad Tokhmechi, Pedram Ebrahimi Pages 27-42
    In this paper, by combination of seismic data and well log data, the effective porosity in the space between wells is estimated. One of the important petroleum reservoir features is effective porosity that engineers are always looking to find an appropriate model for distribution of this parameter in the reservoir. The petrophysical properties of petroleum reservoirs are very complex. In the last few decades, the effective porosity estimation procedures have become one of the hot topics in the industry to evaluate these procedures or methods. In the current research, by integration of petrophysical, seismic data and seismic attributes classification using Adaboost algorithm, it is tried to estimate the effective porosity in a twodimensional seismic cross section of the block F3 Dutch sector of the North Sea. In the first step, seismic attributes of two-dimensional seismic section has been extracted. Based on the feature selection methods, six seismic attributes have positive impact on the process of the classification. The six attributes of seismic data and effective porosity have been classified and labeled in the positions of wells. Adaboost algorithm has been used for training, and training has been led to the accuracy of 76.6 percent. The next step is the accuracy of Adaboost algorithm or validation, which has been led to accuracy of 71.7 percent. Adaboost algorithm can also be used for classification of effective porosity in other parts of the reservoir where data are not available. The algorithm outputs have shown a good effective porosity in the lower layers, where there may be an economic horizon for the oil production.
    Keywords: Effective Porosity, Seismic Attributes, Petrophysical Properties, Adaboost Algorithm
  • Ameneh Kahrizi, Fataneh Taghizadeh-Farahmand* Pages 43-54
    We have computed P receiver functions to investigate the upper mantle discontinuity beneath northewest of Zagros in Iran. We have selected data from teleseismic events (Mb ≥ 5.5, 30 ˚> > 95˚) that have been recorded since 2004 to 2016 at three-component short period and broadband stations from Kermanshah and Khoramabad telemetry seismic network and threecomponent broadband stations in Sanandaj area. The P to S converted phases from 410 and 660 km discontinuities are observed. The results show that the thickness of the upper mantle transition zone in the study area is not the same as that in the entire region, and it is shown a little deviation rather than IASP91 model and appears to be depressed under the Urumieh-Dokhtar zone having northwest-southeast direction. The maximum temperature anomaly is equal to 180˚C and 450˚C for 410 and 660 km discontinuities, respectively.
    Keywords: P Receiver Functions, Teleseismic, Upper Mantle, Discontinuities, Northwest of Zagros, Geothermal Energy
  • Ahmad Mohamadi Ghanateghestani, Mohammad Reza Sepahvand*, Afsaneh Nasrabadi Pages 55-66
    Today, due to the accumulation of resources in urban areas, urbanization has been increased and consequently, city limits have been increased. Thus, considering the population distribution in these areas as well as the existence of a large number of these areas in sedimentary region, the significance of the study of seismology and earthquake engineering for earthquake retrofitting and reduction of the risk of earthquakes has been increased. A phenomenon that enhances damage during the earthquake, even at great distances is the site effect. Mexico City earthquake, occurred in the epicentral distance of 300 km and caused damage, is a clear example of the enhanced damage caused by site effect. Thus, this study emphasizes on the site effect and underground structures affected by shear wave velocity in earthquakes.
    Keywords: RayDec Method, Seismic Basement, Rayleigh Wave Ellipticity, H-V Spectral Ratio, Shear Wave Velocity, Site Effect
  • Mohammad Reza Ebrahimi *, Mohammad Ali Riahi, Mohammad Saniee Abadeh Pages 67-80
    Crosshole seismic travel-time tomography is often applied to image the velocity structure of an inter-well medium and involves in finding a velocity model that minimizes the error energy between the measured and the theoretical travel times. Travel-time tomography is a non-linear inverse problem because the ray paths depend on the unknown velocity field. Linearized techniques are usually employed to reconstruct the velocity field in an iterative manner. A limitation, inherent to deterministic methods, is the strong relation between the starting model and local minima entrapment. Global optimization methods such as particle swarm optimization (PSO) can be applied to such problems. Regardless of the starting model, global optimization ideally finds the region of the solution space containing global minima without calculating derivatives. In this paper, the regularized PSO approach to seismic travel-time tomography is described, and is tested on synthetic as well as real seismic data, and is also compared with a local optimization method that is Levenberg-Marquart (LM) algorithm. The results show that the proposed method estimates the velocity model better than LM, especially in the absence of good prior information.
    Keywords: Travel-Time Tomography, Crosshole Data, Non-Linear Inversion, Global Optimization, Particle Swarm Optimization
  • Akbar Heidari *, Hamed Aber, Ali Jahan Araa Pages 81-93
    Today, geophysical methods are one of the most feasible means for exploration, detection and localization of underground targets. One of the most used geophysical methods is ground penetration radar (GPR). In this method, based on the depth, shape and electromagnetic properties of the target and surrounding environment, electromagnetic waves with different central frequencies are propagated through the medium. In this paper, first, the theory of GPR, and then, forward modeling of GPR data using finite difference time domain (FDTD) method with consideration of convolutional perfectly matched layer (CPML) absorbing condition are presented. Finally, forward modeling of a buried tunnel in different geological environments is presented and the results are assessed. A schematic model of a tunnel in Tehran-Pardis highway is also constructed and the results of the simulation of the tunnel are compared with the field data.
    Keywords: Ground penetration radar (GPR), Buried Tunnel, Forward Modeling, Finite-Difference, Numerical, Method, Pardis Tunnel
  • Mojtaba Mokhtarian Asl*, Aref Alipour Pages 95-104
    The effect of blast-induced ground vibrations on mines and on adjacent structures and facilities is an example of the adverse consequences of the mining cycle. In order to control the vibrations, and also, managing the adverse effects, the measurement and modeling of the concerned wave attenuation are necessary. Normally, by implementing several trial blasts and analyzing corresponding ground vibrations, we can determine the related attenuation model for different sites and mines. Usually, the modeling of the peak particle velocity (PPV) damping is performed based on the distance between blast-face and monitoring station and maximum charge used per delay. In this research, using different empirical models, the PPV equation is determined for blasting in the Sungun copper mine. Moreover, imperialist competitive algorithm (ICA) has been employed to develop prediction model for ground vibrations. A comparison of the results obtained from different models are made based on several statistical tests between monitored and predicted values of PPV. According to these statistical tests, fairly good performance of the ICA-based model in the forecasting of PPV is proved.
    Keywords: Blasting, Ground Vibration, Peak Particle Velocity, Imperialist Competitive Algorithm, Sungun Copper Mine
  • Elham Mohammadi *, Mehdi Rezapour Pages 105-122
    Continental convergence between Arabia and Eurasia is taken up by distributed deformation in Alborz and Zagros collision zones in Iran. We applied P receiver function method to image the variations geometry of the crust–mantle boundary in two major mountain belts of the Alborz and Zagros in Iranian plateau. We used data from 65 seismic stations, which consists of 50 seismic stations of Institute of Geophysics, University of Tehran (IGUT), and 15 broadband stations of International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES). Our results indicate that the average crustal thickness beneath central Iran domain (CD) is about ~48 km. The crustal thickness in this region varies between ~34 km beneath CHK station and ~55 km beneath IL3 station. We have found the Moho depth of about 45 km beneath the Zagros fold and thrust belt (ZFTB). Toward SE in ZFTB, we observe an increase in the Moho depth where it reaches ~59 km beneath BNDS and BNB stations. Crustal thickening (~54 km) has been observed beneath the central Alborz. We have also found strong thinning of the crust under the southern margin of Caspian Sea from ~33 km below KIA station to ~43 km below PRN station. Our data show a strong crustal thickening beneath the Sanandaj-Sirjan metamorphic zone (SSZ), with variations of ~53-66 km beneath BZA and KHMZ stations, respectively. Across the Urumieh–Dokhtar magmatic assemblage (UDMA), the crustal thickness varies between ~32 km below MEH station to ~62 km beneath CHMN station.
    Keywords: P Receiver Function, Crust, Alborz, Zagros
  • Afsaneh Ahmadpouri *, Abolghasem Kamkar-Rouhani, Reza Ahmadi Pages 123-136
    Ground penetrating radar (GPR) method is a non-destructive geophysical method that is used to detect subsurface heterogeneities, and also, to recognize various shallow targets. In the present research, forward and inverse modeling of GPR data was carried out to detect subsurface buried pipes. In Shahrood University of Technology campus, GPR data along several survey lines were acquired using 250 MHz shielded antenna to detect hydrocarbon transfer pipes. To achieve the goal, the real radargram along the survey lines in the area was obtained after applying different processing operations including signal saturation correction, static correction and amplitude gain on the GPR data using ReflexW software. Then, the synthetic radargram corresponding to the real radargrams was simulated using finite-different time domain (FDTD) method. In this study, acquisition of field GPR data and synthetic models were carried out in TM mode. Afterward, the inversion method with solution of an optimization problem was employed for validation of the interpretation of GPR radargram in order to detect buried targets. The results of this study on the basis of conformity of real GPR data with GPR response of their respective synthetic models validated the accuracy of GPR investigations in detection of buried pipes in the area.
    Keywords: Forward Modeling, Inverse Modeling, Shahrood University of Technology, Campus, Reflexw Software
  • Rezvan Soltanabadi *, Vahid Ebrahimzadeh Ardestani Pages 137-155
    The aim of this research is to develop methods to derive sharp images of subsurface, which show the geometry of the structures in the region of interest. Structural inversion of gravity data -deriving robust images of the subsurface by delineating litho-type boundaries using density anomalies- is an important goal in a range of exploration settings (e.g., ore bodies, salt flanks). In this paper, an L1-norm based inversion approach is investigated. The density distribution of the subsurface is modeled on a uniform grid of cells. The model parameters are the density of each cell that is inverted by minimizing the L1-norm objective function using linear programming (LP) while satisfying a priori density constraints. LP method for structural inversion has two advantages: 1. It offers a natural way to incorporate a priori information regarding the model parameters. 2. It gives a subsurface image with sharp boundaries (structure). The inversion quality depends on a good priori estimation of the minimum depth of the anomalous body.
    Keywords: Gravimetry, 3D Inversion, Linear Programming, Euler Method, Constrained Optimization, Structural Inversion, Simplex Algorithm, Safo Mine
  • Seyed Hossein Seyed Aghamiry *, Ali Gholami Pages 157-170
    The visco-elasticity of the earth causes dissipation of the energy of seismic waves when traveling through a medium, a phenomenon referred to as seismic attenuation. The attenuation property of a medium is described by a quantity called quality factor, or Q, which describes the amount of energy loss. The quality factor is related to the frequency of the propagation wave. In seismic data processing, our knowledge about this quantity is used to enhance the quality of seismic data, as an increase in the temporal resolution of the data, via absorption compensation tools. An exact formulation of seismic attenuation and its effect on the recorded data are unknown but there are simple models for describing the attenuation behavior approximately. The constant Q model relates a single value for Q to all frequencies in a trace. An important step in dealing with absorption compensation is the estimation of Q value. There are some methods for estimation of Q. In this paper we formulate Q estimation as a non-linear inverse problem. The value of Q is found by the optimization over the sparsity of the reflectivity describing the trace with a given wavelet. Numerical tests using simulated and field data are presented showing high performance of the proposed method for Q estimation and high-resolution non-stationary deconvolution.
    Keywords: Q estimation, Seismic Attenuation, Q-constant Model, Non-Stationary Deconvolution, Non-Linear Optimization, Linear Optimization