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混沌动力学与地震油储信息检测方法

安鸿伟  
【摘要】: 混沌理论是最近三十多年来针对非线性动力系统问题发展起来的新兴学科。本论文研究是由国家自然科学基金项目(49874030)资助,在非线性动力系统混沌理论研究的基础上,通过编写所有相关程序,较系统地提出了一系列基于混沌理论解决复杂地震信号特征信息检测问题的方法,主要包括以下内容: 1、论文涉及的混沌动力系统理论知识:(1)动力系统概念及分类;(2)最优化算法基础(梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法、高斯—牛顿最小二乘法、改进的高斯—牛顿最小二乘法;(3)稳定性定义;(4)相空间和轨道;(5)稳定和超稳定周期轨道;(6)LI—YORK定理;(7)混沌的特征和基本的识别方法;(8)OGY混沌控制方法。 2、混沌演化规律:为了较深入地理解混沌动力学的理论方法,本次研究从最简单的一维二次非线性离散系统的混沌演化入手,通过编写程序,以图形的方式直观地演示了混沌的特性和研究方法。包括:(1)Logistic非线性迭代方程的分岔;(2)分岔图的标度性和自相似性;(3)一维Lyapunov指数计算方法;(4)控制参量对系统演化的作用;(5)初值敏感性数值模拟;(6)其它几种非线性系统的混沌演化特性测试。 3、非线性时间序列特征信息分析方法:非线性时间序列特征分析是混沌动力学的主要研究目标之一,本文在基于傅立叶变换信号处理研究方法讨论的基础上,详细论述了关联维数、Lyapunov指数和突变次数三种信号特征不变量的计算方法,通过褶积模型模拟信号,加载不同的噪音,进行数据仿真,计算结果显示出较好的效果和抗噪声能力,并重点讨论了工程应用中应注意的几个问题。 4、Lyapunov指数混沌控制波阻抗反演的优化方法:从地震信号中反演出地下多层介质的波阻抗,以此判断介质和含流体性质,是地球物理的难点和重点。本文从广义反演理论得到的动力系统的混沌特性分析入手,综合各种优化算法、目标混沌和混沌控制的最新成果、高维Lyapunov指数计算方法,创造性地提出了一种解决高维离散动力系统稳定性问题的Lyapunov指数混沌控制优化算法,数据仿真计算显示,该方法具有较高的精度和运算速度。 5、混沌神经网络多属性特征信息智能判别:首先讨论了Kohonen自组织神经网络和BP神经网络的算法和存在的问题,针对BP神经网络中梯度下降法只能达到局部最优的问题,本文根据Logistic方程满混沌时轨道点的遍历性、随机性和不重复性,对神经网络权值的初值进行优化,提出一种权值初值混沌优化的改进神经网络算法。用本次研究得到的关联维数、Lyapunov指数、突变参数作为系统输入,进行数值模拟计算,得到较好的效果。 6、应用实例:为了检验本次研究所提出的各种方法的实际应用效果,选用了某地区一条典型地震剖面进行试验,并与传统方法进行比较,结果显示,该方法具有较高的分辨率和稳定性。


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