تجزیه و تحلیل وضعیت گسل کلاته خیج با روش الگوریتم ژنتیک با استفاده از داده‌های گرانی‌سنجی

نوع مقاله : سایر مقالات

نویسندگان

1 استادیار؛ گروه ژئوفیزیک، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران.

2 دانشیار؛ دانشکده‌ مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.

3 استادیار؛ گروه برق، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران.

چکیده

در مسائل وارون، روش‌های بهینه‌سازی برای یافتن برخی پارامترهای فیزیکی و هندسی ساختارهای زیرزمینی به کار می‌روند. در این مقاله، با استفاده از داده‌های گرانی، از الگوریتم هوشمند ژنتیک به عنوان یک روش بهینه‌سازی در تخمین پارامترهای یک گسل با ضخامت محدود استفاده می‌شود. به این منظور داده‌های مصنوعی بدون و با نوفه گاوسی حاصل از گسل‌های نرمال و معکوس در راستای عمود بر امتداد بی‌هنجاری تولید و سپس با الگوریتم ژنتیک، پارامترها شامل ضخامت، عمق بالایی، عمق پایینی و زاویه شیب گسل به دست می‌آیند. تعداد جمعیت اولیه مفروض یکی از متغیرهای تاثیرگذار در سرعت همگرایی الگوریتم و دقت نتایج است. با این روش، پارامترهای مدل گسل نرمال با داده‌های بدون نوفه با خطای کمتر از یک درصد، با داده‌های با نوفه 5 درصد با خطای کمتر از 6 درصد و با داده‌های با نوفه 10 درصد با خطای کمتر از 10 درصد به دست آمدند. در گام بعد برای بهبود کیفیت پارامترهای تخمین زده شده از فیلتر هموار سازی میانگین متحرک مرتبه دوم برای گسل معکوس استفاده شد که منجر به بهبود نتایج و افزایش سرعت همگرایی الگوریتم گردید. در این حالت، پارامترها با داده‌ها با 10 درصد نوفه با خطای تخمین کمتر از 2 درصد به دست آمدند و استفاده از فیلتر میانگین متحرک مرتبه دوم سبب شد پس از تعداد کمتری تکرار الگوریتم، تابع هدف کمینه شده و پارامترهای گسل معکوس به دست آیند. سرانجام الگوریتم بر روی داده‌های گرانی واقعی گسل کلاته‌خیج اعمال شد که نتایج به دست آمده با شواهد زمین‌شناسی همخوانی قابل قبولی داشت.

کلیدواژه‌ها


زهرایی، بنفشه. حسینی، سید موسی. (1393). الگوریتم ژنتیک و بهینه­سازی مهندسی. چاپ دوم. تهران. انتشارات گوتنبرگ.
 
Abdelrahman, E.-S. M., & Essa, K. S. (2013). A new approach to semi-infinite thin slab depth determination from second moving average residual gravity anomalies. Exploration geophysics, 44(3), 185-191.
Abdelrahman, E., Bayoumi, A., & El-Araby, H. (1989). Dip angle determination of fault planes from gravity data. Pure and Applied Geophysics, 130, 735-742.
Abdelrahman, E., & Essa, K. (2015). Three least-squares minimization approaches to interpret gravity data due to dipping faults. Pure and Applied Geophysics, 172, 427-438.
Abdelrahman, E., Essa, K., & Abo-Ezz, E. (2013). A least-squares window curves method to interpret gravity data due to dipping faults. Journal of Geophysics and Engineering, 10(2), 025003.
Abdelrahman, E., Radwan, A., Issawy, E., El-Araby, H., El-Araby, T., & Abo-Ezz, E. (1999). Gravity interpretation of vertical faults using correlation factors between successive least-squares residual anomalies. Paper presented at the Mining Pribram Symp. on Mathematical Methods in Geology.
Araffa, S. A. S., Sabet, H. S., & Gaweish, W. R. (2015). Integrated geophysical interpretation for delineating the structural elements and groundwater aquifers at central part of Sinai Peninsula, Egypt. Journal of African Earth Sciences, 105, 93-106.
Assaad, F. A., & Assaad, F. A. (2009). Surface geophysical petroleum exploration methods. Field Methods for Petroleum Geologists: A Guide to Computerized Lithostratigraphic Correlation Charts Case Study: Northern Africa, 21-23.
Babaei, M., & Hosseini Pilangorgi, S. M. (2024). Estimation of conductive and non-conductive spherical geometrical parameters as a model of unexploded ordnance with electromagnetic induction data using genetic algorithm. Iranian Journal of Geophysics, 18(5), 67-82.
Biswas, A., Mandal, A., Sharma, S., & Mohanty, W. (2014). Delineation of subsurface structures using self-potential, gravity, and resistivity surveys from South Purulia Shear Zone, India: Implication to uranium mineralization. Interpretation, 2(2), T103-T110.
Brandes, C., & Tanner, D. C. (2020). Fault mechanics and earthquakes. In Understanding Faults (pp. 11-80): Elsevier.
Chakravarthi, V., Mallesh, K., & Ramamma, B. (2017). Basement depth estimation from gravity anomalies: two 2.5 D approaches coupled with the exponential density contrast model. Journal of Geophysics and Engineering, 14(2), 303-315.
Cho, Y., Cao, Y., Zagayevskiy, Y., Wong, T., & Munoz, Y. (2020). Kriging-based monitoring of reservoir gas saturation distribution using time-lapse multicomponent borehole gravity measurements: Case study, Hastings Field. Journal of Petroleum Science and Engineering, 190, 107054.
Deng, Y., Chen, Y., Wang, P., Essa, K. S., Xu, T., Liang, X., & Badal, J. (2016). Magmatic underplating beneath the Emeishan large igneous province (South China) revealed by the COMGRA-ELIP experiment. Tectonophysics, 672, 16-23.
Essa, K. S. (2013). Gravity interpretation of dipping faults using the variance analysis method. Journal of Geophysics and Engineering, 10(1), 015003.
Essa, K. S., & Elhussein, M. (2018). Gravity data interpretation using different new algorithms: A comparative study. Gravity-geoscience applications, industrial technology and quantum aspect.
Essa, K. S., Nady, A. G., Mostafa, M. S., & Elhussein, M. (2018). Implementation of potential field data to depict the structural lineaments of the Sinai Peninsula, Egypt. Journal of African Earth Sciences, 147, 43-53.
Göktürkler, G., & Balkaya, Ç. (2012). Inversion of self-potential anomalies caused by simple-geometry bodies using global optimization algorithms. Journal of Geophysics and Engineering, 9(5), 498-507.
Hicheri, M., Ramdhane, B., Yahyaoui, S., & Gonenc, T. (2018). New insights from gravity data on the geodynamic evolution of Northern African Passive Margin, case study of the Tajerouine Area (Northern Tunisian Atlas). J Geol Geophys, 8(1).
Holland, J. H. (1975). Adaptation in natural and artificial systems. University of Michigan Press google schola, 2, 29-41.
Javidfakhr, B., Bellier, O., Shabanian, E., Siame, L., Léanni, L., Bourlès, D., & Ahmadian, S. (2011). Fault kinematics and active tectonics at the southeastern boundary of the eastern Alborz (Abr and Khij fault zones): Geodynamic implications for NNE Iran. Journal of Geodynamics, 52(3-4), 290-303.
Kaftan, I. (2017). Interpretation of magnetic anomalies using a genetic algorithm. Acta Geophysica, 65, 627-634.
Lelièvre, P. G., Farquharson, C. G., & Hurich, C. A. (2012). Joint inversion of seismic traveltimes and gravity data on unstructured grids with application to mineral exploration. Geophysics, 77(1), K1-K15.
Osman, O., & Albora, A. M. (2015). Modeling of gravity anomalies due to 2D geological structures using Genetic algorithm. Electrica, 15(2), 1929-1936.
Pace, F., Santilano, A., & Godio, A. (2019). Particle swarm optimization of 2D magnetotelluric data. Geophysics, 84(3), E125-E141.
Pánisová, J., & Pašteka, R. (2009). The use of microgravity technique in archaeology: A case study from the St. Nicolas Church in Pukanec, Slovakia. Contributions to Geophysics and Geodesy, 39(3), 237-254.
Rosid, M. S., & Siregar, H. (2017). Determining fault structure using first horizontal derivative (FHD) and horizontal vertical diagonal maxima (HVDM) method: A comparative study. Paper presented at the AIP Conference Proceedings.
Sarlak, B., & Aghajani, H. (2017). Archaeological investigations at Tepe Hissar-Damghan using Gravity and Magnetics methods. Journal of Research on Archaeometry, 2(2), 19-34.
Schultz, R. (2019). Introduction to geologic structural discontinuities. Geologic Fracture Mechanics, 1-26.
Shaw, R., & Srivastava, S. (2007). Particle swarm optimization: A new tool to invert geophysical data. Geophysics, 72(2), F75-F83.
Telford, W., Geldart, L., Sheriff, R., & Keys, D. (1976). Applied geophysics cambridge university press. London. 860pp.
 
Baker, D.W. and Carter, N.L., 1972, Seismic velocity anisotropy calculated for ultramafic minerals and aggregates, in H.C. Heard, I.V. Borg, N.L. Carter, and C.B. Raleigh, eds., Flow and fracture of rocks, American Geophysical Union Geophysical Monographs 16, 157–166.
Castagna, J.P., 1993, Petrophysical imaging using AVO: The Leading Edge, 12, 172–179.
Constable, S.C., 1986, Offshore electromagnetic surveying techniques, 56th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 81–82.
Davis, P.J. and Rabinowitz, P., 1975, Methods of numerical integration, Academic Press Inc.
Guitton, A., 2005, Multiple attenuation in complex geology with a pattern-based approach, Geophysics, 70 (5), V97–V107.
Hellman, H., 1998, Great feuds in science: Ten of the liveliest disputes ever, John Wiley & Sons, e-book.
Hubbard, T.P., 1979, Deconvolution of surface recorded data using vertical seismic profiles, Presented at the 49th Annual International Meeting, SEG.
Kosloff, D.D. and Baysal, E., 1982, Forward modeling by a Fourier method, Geophysics, 47, 1402–1412.
Lodha, G.S., 1974, Quantitative interpretation of airborne electromagnetic response for a spherical model, M.S. thesis, University of Toronto.
Mungall, J.E. and Hanley, J.J., 2004, Origins of outliers of the Huronian Super group within the Sudbury Structure, Journal of Geology, 112, 59–70, accessed 20 March 2006, http://www.journals.uchicago.edu/JG/journal/contents/v112n1.html?erFrom=5036588460214438945Guest.
O'Brien, M., 1994, 1994 Amoco statics test. Data set accessed 20 May 2004 at http://software.seg.org/datasets/2D/Statics_1994/.
Roemmich, D., 1990, Sea-level change, http://www.nap.edu/books/0309040396/html, accessed 14 July 2003.
Rouse, W.C., Reading, A.J. and Walsh, R.P.D., 1986, Volcanic soil properties in Dominica, West Indies, Engineering Geology, 23, 1–28.
Valenciano, A.A., Cheng, C.C., Chemingui, N. and Brandberg-Dahl, S., 2009, Fourier finite-different migration for 3D TTI media, 71st Conference and Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, P065.
Williams, K.E., 2007, Method and system for combining seismic data and basin modeling, U.S. Patent 7,280,918.
Zhou, B., 1992, Discussion on: "The use of Hartley transform in geophysical applications", R. Saatcilar, S. Ergintav, and N. Canitez, authors, Geophysics, 57, 196–197.