Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Булах Е.Г. Автоматизированная система интерпретации гравитационных аномалий (метод минимизации)

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.94 Mб
Скачать

Второй

этап — количественные

расчеты. Необходимо по осо­

бенностям аномалии установить численные значения

параметров

геологических объектов

и плотностные

характеристики

горных

пород, слагающих

эти

объекты.

Выбор

методов количественных

расчетов зависит как от вида аномального

поля, так и от тех

геоло­

гических

предпосылок,

которые принял

исследователь

как

основ­

ной фактический

материал.

 

 

 

 

С количественной интерпретацией и связана вторая часть авто­ матизированной системы — система интерпретации гравиметриче­ ских данных. Количественная оценка величин, характеризующих залегание интересующих нас масс может производиться несколь­ кими методами. Каждый из них имеет и сильные, и слабые стороны, вследствие чего может дать и удовлетворительные, и неудовлетво­ рительные результаты определения указанных величин. Зависит

это

от геологических условий,

в которых получена интерпретируе­

мая аномалия. Там, где один

из способов дает удовлетворительные

результаты

и,

следовательно,

может

быть с успехом использован,

другой из

них

не

находит

применения.

 

 

 

В целом все эти способы следует считать равноценными, но ис­

пользовать

каждый

из них

нужно с

учетом геологического

строе­

ния

участка,

на котором

находится

интерпретируемая

аномалия.

Если район

исследования

является

довольно сложным

в

физико-

геологическом отношении и интерпретатор располагает некоторыми определенными сведениями о строении и структуре геологических объектов, то часто единственным эффективным методом интер­ претации в этих условиях есть метод подбора. На основе всех све­

дений о геологическом

строении района с учетом аномального поля

интерпретатор строит

геологи чес кую схему.

Решается

прямая за­

дача и находится гравитационный эффект от

заданной

геологиче­

ской схемы. Сравнивая

наблюденную п теоретически вычисленную

аномалии, интерпретатор должен изменить ранее построенную гео­ логическую схему так, чтобы вновь вычисленный гравитационный эффект максимально приблизился к наблюденному полю. При этом

необходимо,

во-первых, уметь быстро решать

прямую

задачу,

во-

вторых, построить такой алгоритм, который позволял

бы

ответить

на вопрсс, как изменить

геологическую

схему,

чтобы

наблюденная

аномалия

и

теоретически

вычисленная

наилучшим

образом

сов­

пали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ниже

мы

остановимся на описании такого алгоритма. Вычис­

ление прямой задачи есть составной частью этого алгоритма.

 

Итак,

для

решения задачи определения параметров

геологиче­

ских тел

мы

располагаем

наблюденной

аномалией,

все

вариации

в которой связываются с геологическими неоднородиостями и на­

чальным

вариантом схемы

геологического строения. Наблюден­

ное поле

и ориентировочная

схема геологического строения вместе

составляют исходные данные для количественных расчетов. Неко­ торые геологические параметры нужно изменить, чтобы достичь сближения полей наблюденного и теоретически вычисленного.

Ю

Теперь в наблюденном поле зафиксируем п точек с координата­ ми (л-;, уі). Пусть это будут самые различные точки, в которых на­ блюденная гравитационная аномалия проявляет себя наиболее характерно (экстремумы, точки перегиба и т. п.). Подбор поля в даль­ нейшем будем производить только в зафиксированных точках.

Введем одно ограничение. Пусть геологическая схема состав­ ляется так, чтобы гравитационный эффект от нее можно было запи­

сать

в

 

аналитическом

виде. Если,

 

геологические тела аппроксимиро- Ч

вать

набором

уступов

(гравитаци­

 

онных ступенек), конечных по про­

 

стиранию, то самую сложную схе­

О

му строения

можно довольно легко

собрать

из

таких

 

элементарных

 

объектов.

 

 

 

 

одной сторо- ІГ

Таким образом,

с

ны,

мы

имеем

наблюденную ано­

 

малию

Ѵ І 1 а б л

(xt,

tji),

с

другой —

У

теоретическую

V T e o

p

ъ

Рг, •••> Рт,

 

хі, УІ), і

= 1, 2 , п .

Здесь под функ­

 

цией

V

можно

понимать

любую

 

составляющую гравитационного по­

 

ля

(Ag,

Vxz

 

и

др.). Если геоло­

 

гическая схема описана m элемен­

 

тарными телами и каждое тело

 

характеризуется

s

параметрами,

 

то

результатом

решения

прямой

Р и с ; L З н а ч е н и я п а р а м е Т р о в , кото-

задачи

будет

теоретическая

ано- р ы е

х а р а к т е р и з у ю т

местоположение

малия

 

 

 

 

 

 

и

размеры

элементарного геологи-

 

 

 

,„

 

 

ческого тела — прямого уступа, огра-

Утеор (X, 0) =

2

V {Р,,

X, у).

(1.1)

 

" и о н н о г о

по

простиранию .

 

 

 

/=1

 

 

 

 

 

 

 

Символом

Р/

обозначен

вектор, характеризующий

местоположение

и размеры

элементарного тела,

Р,- =

(р/і, р/ 2 , •••>

Pis)- Покажем

это на примере. Пусть геологическое строение

участка аппроксими­

руется

набором

прямых

уступов,

ограниченных

по

простиранию.

Местоположение и размеры каждого уступа характеризуются таки­ ми параметрами: а— избыточной плотностью, h и H — глубинами до верхней и нижней граней, /х и /2 — параметрами, характеризую­ щими размеры уступа по простиранию, d — положением верти­ кальной грани относительно выбранного начала координат. Зна­ чение этих параметров показано на рис. 1. Таким образом, сово­ купность векторов Р/ = {ay-, hlt Я/, Іц, Іц, Ф] характеризует геологическую схему участка исследования.

Теперь необходимо найти значения параметров Pj, при которых функция Ктеор наилучшим образом совпадает с Ѵ т б л . Процесс сравнения двух кривых может быть разный. Рассмотрим один из них.

11

Д л я сопоставления

функций Ѵт6я

(х, у) и

У т е о р (х, у)

составим

функционал

 

 

 

 

п

 

 

 

 

F = S

[Ѵнабл (Xt, IJi) -

Утеор (*„

& ) ] ' •

( 1.2)

Так как точки с координатами (xi, уі) зафиксированы, то F зависит только от параметров />,-. Пронумеровав их последовательно, мож­ но записать

 

F

= F(plt

р2, ••• , PN).

(1.3)

Выражение

(1.3) можно рассматривать как функцию от

одного

N-мерного

вектора Р =

ІУ р2,

PN}-

 

Выберем такой вектор Р, чтобы функционал (1.2) принимал ми­ нимальное значение. Следовательно, задача интерпретации сводит­ ся к экстремальной задаче функции многих переменных.

Обратимся к некоторым теоремам об экстремумах нескольких переменных. О необходимом условии существования экстремума говорит следующая теорема. Пусть функция (1.3) такая, что в

области исследования ее существуют частные производные

первого

и второго порядков. Тогда, если в точке М0 (pf\ pf\

р$)

суще­

ствует локальный экстремум, то все частные производные первого порядка в этой точке равны нулю.

Тогда

dF

О (/ = 1, 2, . . . . N)

(1.4)

dp.

 

 

является необходимым условием локального экстремума. Система

(1.4)

позволяет

найти

точки возможного экстремума (или стацио­

нарные

точки). Среди

них

могут оказаться

и такие, где

функция

F

(plt

р2,

рм)

не достигает экстремума,

таким

образом

(1.4)

яв­

ляется

условием

необходимым,

но

недостаточным.

 

 

 

 

Д л я

однозначного

решения

вопроса об экстремумах

необходимо

обратиться

к другой

теореме. В ней рассматривается второй диффе­

ренциал функции (1.3). Он

представляет собой квадратичную

фор­

му

от дифференциалов

аръ

dp2>

dp^w

может

быть

записан в

символическом

виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

общем

виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d2F

=

Ф =

2

аМ,;

аи=ац.

 

 

(І.5а)

Здесь дифференциал dpk обозначен через hk. Квадратичная форма (І.5а) называется положительно определенной (отрицательно опре­ деленной), если для любых значений переменных, не равных нулю одновременно, эта форма имеет положительные (отрицательные) значения. Положительно и отрицательно определенные формы

12

объединяются

под общим

названием — знакоопределенные формы.

Если квадратичная форма (І.5а) принимает

и положительные,

и

отрицательные

значения,

то ома

называется

знакопеременной.

Если в (1.5а) форма имеет значения

одного

знака, но в каких-то

точках принимает нулевые значения, то такая

квадратичная

форма

называется квазизнакоопределенной.

 

точке Ма

(р<°>, pf>

 

Теперь обратимся к самой теореме. Пусть

в

 

pjj>>) возможен экстремум функции F =

F

и

рг,

 

pN). Рас­

смотрим в этой точке второй дифференциал

C12F/M0-

О н

может быть

записан выражением (1.5). Если (1.5) в точке М0

представляет со­

бой знакоопределенную

квадратичную форму,

то

функция

F

=

=F (рг, рг, PN) в точке М0 имеет локальный экстремум. При

этом, если d2F

< ; 0, то функция в

точке

М0

достигает максимума,

а если d?F >• 0, то — минимума.

Когда второй дифференциал пред­

ставляет собой

знакопеременную

форму,

то

в этой точке функция

не имеет экстремума. При квазизнакоопределенной форме второго дифференциала функция может иметь экстремум или не иметь его. Для выяснения этого вопроса необходимы дополнительные исследо­ вания.

Критерий

знакоопределенности

квадратичной

формы

установ­

лен Сильвестром и называется его именем.

 

 

 

 

 

 

 

Квадратичная

форма

 

(І.5а)

 

характеризуется

симметричной

матрицей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гапа12

 

. . .

a1N

 

 

 

 

 

 

Определители

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UNN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А-1 — а

Л

 

=

а11 а12

 

Л 3

=

%1 й 1 2 а 1 3

 

 

 

 

2

и2і 0-22

 

^21

^22

^28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^31

^82

^88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аa21

 

Cl\N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a12

a22

 

CloN

 

 

 

 

 

 

называются главными

минорами

 

матрицы

А.

 

 

 

 

 

Д л я

того,

чтобы

квадратичная

 

форма (І.5а)

была

положительно

определенной,

необходимо

и

достаточно

выполнение

неравенства

 

 

Д х Х ) ,

Л 2

> 0 ,

Л 3

> 0

 

 

 

 

 

AN>0.

 

 

Д л я того, чтобы квадратичная

форма была отрицательно

определен­

ной, необходимо

и

 

достаточно,

чтобы

знаки

главных

миноров

Â-y, А%,

AN чередовались,

причем

АуК^О.

 

 

 

 

 

Рассмотренный

метод

является

классическим.

Д л я

его реали­

зации

необходимо

найти

решение

системы

 

(1.4).

При

решении

13

гравиметрических задач — это система трансцендентных уравнений. В общем виде она не решается. В каждом конкретном случае она

решается

приближенными

численными методами.

 

К минимизации функционала (1.3) можно подойти иначе. На

параметры

р\

могут

быть

наложены

некоторые ограничения

вида

 

Ф< (Pi. Р2 .

• • • .

Pu) < 0."

t=l,2,

.

, п.

(1.7)

Системой соотношений (1.7) определяется область D. Задача

со­

стоит в том, чтобы среди точек области D

найти

такую точку

Р*,

для которой

достигается

 

 

 

 

 

 

 

F

(Р*) =

min F (Р),

 

PQD.

 

 

Сформулированная так задача относится к классу задач нелиней­

ного программирования.

В самом

общем виде — это

задача функ­

ционального

программирования.

В зависимости от

вида

функции

F и области

D,

которая

определяется

неравенствами (1.7), задача

может упрощаться и сводиться к задачам, методы решения

которых

изучены.

В

частности,

если

функция

(1.2) выпуклая и

гладкая,

а неравенства (1.7) определяют выпуклую область D, то поставлен­

ная задача сводится к выпуклому

программированию.

 

Понятие

выпуклости

функции

является очень важным. Д л я вы­

пуклых функций

установлены

теоремы о критериях единственности

обратной

задачи.

Рассмотрим

некоторые формулировки и

теоремы

о выпуклых функциях. Здесь они приводятся без доказательства. Более подробное изложение этого вопроса можно найти в [13, 27].

 

Пусть в N-мерном пространстве заданы две точки

Р ( 1 > и Р&).

 

От­

резком Р(1)рі2\

соединяющим

эти

точки,

называется

множество

точек

Р =

Рт

+

t {Р(2)

— Рт),

где

t — любое

число

из

сегмента

[0,

1]

( 0 < f <

1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Множество Р называется выпуклым, если

вместе с любыми

дву­

мя его точками Р ( " и Р^

этому

множеству

принадлежат

все

точки

отрезка

PwPi2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть

в N-мерном пространстве

задана

функция

F

(Р),

Р

=

=

{Рі> Рг>

•••> Рлг}. F

(Р)

выпуклая

функция

на

множестве

Р,

если

для

любых

двух

точек

F(i)

и

Р&

выполняется

условие

 

 

 

 

F

0)

+

/ {Р{2)

Р ( 1 ) ))

< F (P( l ) ) - f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

t [F (Р{2)) -

F (P(l))].

 

 

 

 

 

(1.8)

Если в (1.8) строго справедлив знак неравенства, то говорят о стро­ гой выпуклости.

Очень важной является теорема, которая устанавливает крите­ рий выпуклости. Пусть функция F (Р), заданная на выпуклом мно­ жестве Р, дважды дифференцируема. Если во всех точках этого множества второй дифференциал d2F представляет собой положи­ тельно определенную форму, то F (Р) является выпуклой функцией

14

на множестве Р. Таким образом, на основании исследования второ­ го дифференциала делается вывод о выпуклости функции.

Почему же так важно установить выпуклость минимизируемой функции? Дело в единственности минимума. Это утверждает сле­

дующая теорема.

 

F (Р),

 

Дифференцируемая

строго выпуклая функция

заданная

на выпуклом множестве Р, может иметь локальный

минимум лишь

в одной точке этого множества.

 

 

Конечно, в самом

общем виде функционал (1.3)

может

оказать­

ся не выпуклым, так как обратные задачи относятся

к классу некор­

ректных и ие имеют единственного решения. Однако, накладывая ограничения на форму элементарного тела и закрепляя некоторые его параметры, мы всегда можем добиться того, что решение задачи не будет выходить из одного выбранного класса. Этот своеобразный регуляризатор обеспечивает единственность решения задачи.

В методах решения задач нелинейного программирования выде­ ляются два основных направления. Одно из них объединяет методы детерминированного поиска решения. Строятся различные много­ шаговые поиски решения. На каждом шаге выбирается направле­ ние поиска, причем используются различные локальные свойства минимизируемой функции (например, градиент этой функции). Второе направление объединяет методы случайного поиска. Каж­ дое направление имеет и сильные и слабые стороны.

Детерминированные методы имеют сложные алгоритмы. Если ми­ нимизируемая функция имеет локальные или граничные минимумы, то сходимость результатов расчета к глобальному (главному) ми­

нимуму, как правило, не

гарантируется. Д л я

поиска

глобального

минимума требуется опробование

начальных точек поиска.

В методах

случайного

поиска

алгоритмы

довольно простые,

но они требуют

частого вычисления целевой функции.

 

При минимизации (1.2) или (1.3) следует иметь в виду их отно­ сительную громоздкость. Производные от функций вычисляются почти без дополнительных затрат времени — при вычислении самой функции. Однако не эти особенности являются решающими при выборе метода минимизации. Следует учитывать, что выбор началь­ ного приближения, который сделан квалифицированным специали­ стом с учетом знания геологических особенностей района исследова­ ния, позволяет получить решение задачи в одном заранее выбран­ ном классе. Последнее и явилось решающим фактором при выборе

метода

минимизации. Д л я

минимизации (1.2)

или

(1.3) исполь­

зуем

градиентный метод

скорейшего спуска.

Пусть

вектор Р =

={Ръ Рг, •••> PN) обращает (1.2) или (1.3) в минимум. Тогда во всех

других соседних точках, которые характеризуются векторами Р^, функционал

F (P ( f c ) )> F (Р).

Отыскание точки Р заключается в следующем. Пусть известно на­ чальное приближение Р{0) = [pf\ р1^, р$]. Построим

15

вектор grad F (P( 0 ) ) =

{ F P L ,

 

F ' P N ) .

Известно,

что в

направ

вектора-градиента

функция F (Р) будет

возрастать, значит,

в про­

тивоположном направлении эта же функция будет убывать.

Через

точку Р{0)

в направлении вектора-градиента

проведем

прямую

 

 

Р

= РТ

% grad F (РТ).

К,

 

 

 

(1.9)

Придавая

различные

значения

коэффициенту

мы

будем

полу­

чать различные точки

на прямой

(рис. 2). Если

X > • 0, то точки Р

будут находиться

в области

убывания

функции

F (Р).

Значение

 

 

 

минимизируемой функции в любой точ­

 

 

 

ке

на данной

прямой

можно

записать

 

 

 

так:

 

 

 

 

 

 

 

 

MeM=-lgradF(pM)

Р и с . 2. Отыскание точки вдоль вектора - градиента .

F = F (РФ) — Х gvad F

Ф))),

или

F = F (À).

Найдем такое значение К = Ä,0, при ко­ тором F 0) = min. Д л я этого нужно решить уравнение

Таким образом, определена точка на прямой (1.9)

p(i) = p ( 0 ) _ ^ g r a d / 7 ( j P ( o , )

)

в которой F (РТ) принимает минимальное из возможных значений.

Теперь за начальное приближение принимаем

точку Р ( 1 > и опре­

деляем новую точку Р ( 2 ) . Все вычисления сводятся к последующему определению составляющих вектора. Расчеты производятся по фор­ мулам

p t + 1 ^ p P ~ X K ( F P X

ntk+l)

(І . П)

Pi

р Г" = Р$]

-ЫК„)ь

где к — 1, 2, . . . — номер итерации. Предварительно необходимо вычислить коэффициент K K . Если при составлении и решении урав­ нения (1.10) возникают трудности, то можно воспользоваться при­ ближенным значением Х К , определенным по методу Ньютона. В от­ личие от точного, приближенное значение коэффициента обозначим

 

 

F k

(1.12)

Большой

интерес

представляет

значение функции F =

F K O I L

при котором

процесс

минимизации

может быть закончен.

Будем

16

считать, что погрешность в вычислении функции определяется толь­ ко погрешностью наблюдений, а все вычисления производятся зна­ чительно точнее. В этом случае погрешность можно заменить диф­ ференциалом функции

 

п

 

 

 

 

 

 

A F = 2 2

яабл

{ХІ, Ус) — Утеор {XLT yt)\ ДК„абл.

 

Допустим далее, что разность наблюденной и вычисленной

анома­

лий в конце

счета не превысит

погрешности

наблюдений.

Тогда

 

 

 

 

 

n

 

 

 

FV.OH =

AF

=

2 2 (АѴнабл)3,

 

 

ИЛИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F K

0 H

=

2,1 (АУнабл)2.

 

(1.13)

Необходимо

отметить,

что все это справедливо в том случае, если

аппроксимирующими телами можно точно описать возмущающие

геологические массы. Практически равенство (1.1) не аппроксими­

рует абсолютно точно наблюденную функцию,

и минимум функции

(1.2)

оказывается

отличным

от нуля. Если значение

погрешности

поля

А У н а б л

выбрано

малым,

то может

получиться

F M

I N

> A F =

=

F

K O I L .

В этом

случае

необходимо

минимизировать

функцию

(1.2) до возможно меньшего значения. Можно ожидать, что получив

монотонную

убывающую последовательность

{F*®},

мы

не

достиг­

нем

F

K M , причем

F I

K ) будет

мало

отличаться

от

F ( K

+ 1

) .

Целесообраз­

но

предусмотреть

остановку

вычислений 'по критерию

относитель­

ной

разности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

І ^ - ^ І

= Д .

 

 

 

 

( І Л 4 )

Величина А может быть определена из модельных исследований или устанавливается в процессе опробования конкретных практических задач.

§ 2. ДРУГИЕ ВАРИАНТЫ З А Д А Ч И

Могут быть и другие подходы к сопоставлению наблюденной и теоретически вычисленной функции. Рассмотрим некоторые из них.

I . Составим функционал

п

 

 

 

F = S

I Унабл (*,, Уд Vjeop {X[, tft) |.

(1.15)

i = l

 

 

 

Последнее выражение

может быть записано

несколько

иначе.

В (1.15) входит п слагаемых, каждое из которых

берется по

абсо­

лютному значению. Эти слагаемые разделим на две группы. В пер­

вую включим те, где [ У н а б л іг г//) —

У т е о Р г , уі)] > О,

во

вто­

рую — остальные. Число слагаемых,

которые оказались

в первой

2 2-1445

Г о с . п у б л и ч н а я

é 17

и * у ч н о - т э х н и .ѳ • к а я * б и б л и о т е к а С С О Р

Э К З Е М П Л Я Р Ч И Т А Л Ь Н О Г О 3 * " *

группе, обозначим

через г, тогда во второй группе

число слагае­

мых будет (п — г).

Теперь (1.15)

может быть

записано как

 

г

 

 

 

 

F =

2

[Ѵцабл (Xi,

У Ci — ІЛ-еор

Уі)]

+

+

>

ТСор (*„

Ѵиабл^, У;)].

(І.15а)

l W + 1

Теперь минимизации подлежит целевая функция (1.15а). Здесь без всяких ограничений может быть применен градиентный метод

скорейшего

спуска.

 

 

 

(х,

у)

 

 

(я, у)

I I . При сопоставлении двух функций

Ѵ н а б л

и

Ѵ т е о р

выделим одну из фиксированных

точек

 

(л-,-, (/,•). Дл я

нее запишем

 

Ді = Ѵ„абл (Xi,IJi)— Утеор (*,-, УИ P ) ,

 

 

(1.16)

где, как и раньше, Р — вектор, характеризующий

местоположение

и размеры геологических тел, Р =

\plt

р2,

ры).

 

 

 

 

В начальной схеме геологического'строения

было задано Р<А) =

= {/Д01, ро\

Р/ѵ'}- Требуется

найти

такие

значения

Р,

чтобы

At было минимальным. Пусть Р =

і°( 0 )

-\- АР,

т. е.

 

 

 

 

 

Pi = Pi0 ' + АРі,

 

 

 

 

 

 

 

Р* = р№ + Ар2 , j.

 

 

 

 

( І Л 7 )

 

Рл/ = PN] + Apw-

 

 

 

 

 

 

Теперь (1.16) будет зависить только от {Aplt

Аръ

 

ApN}.

Как

правило, функция Ѵ т е о Р (х, у, Р)

довольно сложная,

и

параметры

Рі входят под знаки трансцендентных

 

функций.

Линеаризируем

задачу. Разложим Ѵт е о р (-Р) (ß фиксированной

точке (xt,

yCj) в ряд

Тейлора и ограничимся только линейной частью.

Тогда

 

ѴТеор (Р) • І^теорІ Р (0) +

+

дѴ

ЬРі +

дѴ

Ap2

+

+

др1

dp,

 

 

дѴ

Ар/ѵ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выражение

(1.16)

перепишется

так:

 

 

 

(1.18)

A i =

Унабл (Xi, у()

— 1/те0 р (Pl0), Xi,IJi)2

AtftPi-

 

Здесь

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.19)

 

А а

(ХІ,

УІ,

P^0))

 

дѴ

 

 

 

 

dp.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приняв Ai

0, (1.19)

можно

записать

в

виде

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 АцАр/ =

Ѵш6л

(Хі, УІ) — У т е о

р

(ХІ, ус, РФ))

= 8С.

(1.20)

18

Параметр і принимает значения, равные

1, 2,

я, значит

(1.20)

представляет собой систему линейных

уравнений с N неизвестными.

Если п > N,

то

получена

переопределенная

система,

которая в

матричном виде может быть записана

как

 

 

 

 

 

 

 

AAP

= ô,

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

APl

А

 

АцА12

A[N

 

 

 

 

А

А

 

 

АР

=

Ар2

Ô =

 

 

А =

 

 

 

 

 

 

\_АпіАп2

. . . А nN

 

 

 

Ap,vJ

il

 

Система эта может быть решена методом наименьших

квадратов.

Сам метод избавляет нас от исследований

совместимости

заданной

системы [45].

выкладок, укажем только, что вектор АР

 

 

Не приводя

находится

из решения системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А'ААР

= А'6,

 

 

(1.21)

где А' — транспонированная

матрица

А.

Как

известно,

это

соот­

ношение всегда приводит к вполне определенной системе точно

такого

числа уравнений, сколько у нас имеется

неизвестных

[45].

I I I .

В функцию,

которую следует минимизировать, можно вво­

дить дополнительные

ограничения. Они будут

играть роль

пара­

метров регуляризации (по А. Н. Тихонову). Потребуем, чтобы при минимизации искомые параметры не столь сильно отличались от своих начальных значений. Дл я этого в функционал (1.2) введем еще

N

член У, Xj(pi — p f V , где X/ — постоянные коэффициенты, играю- / 5

щие роль весовой функции. Там, где вариация параметров, по геоло­ гическим данным, должна быть небольшой, коэффициент X/ будет выбран исследователем большим. Если же вариация какого-либо параметра не ограничивается по геологическим данным, Xj можно

выбрать достаточно малым или равным нулю.

 

 

Окончательной минимизации

подлежит

функционал

 

Р— 2

[^набл (х„ у,) -

І / т е о р

(*„ Уд? +

S

Я/ (Pf - pff.

(1.22)

Он зависит

не только от геологических параметров р„ но и от

параметров

регуляризации

X,-.

 

 

 

 

Методом

минимизации можно

пользоваться

для интерпретации

различных аномалий, предполагая формы возмущающих масс раз­ ными. Относительно простые соотношения для вычисления на элек­ тронных вычислительных машинах можно получить в тех случаях,' когда возмущающие тела аппроксимируются группой шаров, ци­ линдров, прямоугольных призм и т. д. Отождествляя область воз­ мущающего тела набором уступов, можно получить решение задачи для произвольного контура с произвольным распределением масс.

2*

19

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ