A fast algorithm for the large-scale joint inversion of gravity and magnetic data is developed. It uses a nonlinear Gramian constraint to impose correlation between density and susceptibility of reconstructed models. The global objective function is formulated in the space of the weighted parameters, but the Gramian constraint is implemented in the original space, and the nonlinear constraint is imposed using two separate Lagrange parameters, one for each model domain. This combined approach provides more similarity between the reconstructed models. It is assumed that the measured data are obtained on a uniform grid and that a consistent regular discretization of the volume domain is imposed. The sensitivity matrices exhibit a block Toeplitz Toeplitz block structure for each depth layer of the model domain. Forward and transpose operations with the matrices can be implemented efficiently using two dimensional fast Fourier transforms. This makes it feasible to solve for large scale problems with respect to both computational costs and memory demands, and to solve the nonlinear problem by applying iterative methods that rely only on matrix vector multiplications. As such, the use of the regularized reweighted conjugate gradient algorithm, in conjunction with the structure of the sensitivity matrices, leads to a fast methodology for large-scale joint inversion of geophysical data sets. Numerical simulations demonstrate that it is possible to apply a nonlinear joint inversion algorithm, with $L_p$-norm stabilisers, for the reconstruction of large model domains on a standard laptop computer. It is demonstrated, that the p=1 choice provides sparse reconstructed solutions with sharp boundaries, and $p=2$ provides smooth and blurred models. Gravity and magnetic data obtained over an area in northwest of Mesoproterozoic St. Francois Terrane, southeast of Missouri, USA are inverted.


翻译:为大规模联合反转重力和磁数据开发了一个快速算法。 它使用非线性 Gramian 限制, 将重建后的模型的密度和易感性联系起来。 全球目标功能是在加权参数的空间中设定的, 但Gramian 限制在原始空间中实施, 非线性限制在两个单独的Lagrange参数下实施, 每个模型域各使用一个。 这一合并方法使重建后的模型之间更加相似。 假设测量的数据是在统一的网格上获得的, 并且对体积域进行一致的定期分解。 敏感矩阵展示了每个模型域深度层的Teeplitz Toeplitz区结构。 与矩阵的前向和转移操作操作操作可以在两个维度快速快速快速的 Fourier变换中实施。 这样就有可能解决与计算成本和记忆需求有关的大规模问题, 通过使用仅依赖矩阵矢量矢量矢量的迭代方法来解决非线性的问题。 使用正常的重调调调调的硬度变数模型, 1 和不断变压的硬化的硬化的内基体区域,, 和不断的内空的内空的内基数据变化的内基数据解解解解算法将一个快速解算法 。

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