بررسی وارون منحنی پاشش امواج سطحی با استفاده از بهینه سازی فراابتکاری به منظور برآورد ساختار سرعتی موج‌برشی زمین در دشت تبریز

در این مطالعه، یک روش جدید برای وارون سازیِ منحنی پاشش امواج سطحی، با استفاده از الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه ها، در محیط متلب ارائه شده است. این روش، به دلیل طبیعت غیرخطی مسئله و وجود اکسترمم های متعدد، برتری قابل توجهی نسبت به روش های جستجوی محلی دارد. برای ارزیابی عمل کرد این الگوریتم، داده های مصنوعی مربوط به سه مدلِ زمین شناسی، شش لایه مورد بررسی قرار گرفتند. در این مدل ها، بازه ی مقادیر سرعت و ضخامت به صورت گسترده تعریف گردیده و روند تغییرات سرعت با عمق، بر اساس قانون λ/2 تعیین گردید. فرآیند وارون سازی، هم زمان شامل تعیین سرعت موج برشی، سرعت موج طولی و ضخامت لایه ها، با فرض نسبت پوآسون متغیر (0.1 تا 0.5) و چگالی ثابت انجام شد. نتایج نشان داد که میانگین خطای نسبی پارامترهای سرعت در روش کلونی مورچه 3.5 درصد است، در حالی که این مقدار برای الگوریتم همسایگی موجود در نرم افزار ژئوپسی 15 درصد محاسبه شد. این یافته ها بیان گرِ برتری روش پیشنهادی، از نظر قابلیّت اعتماد و توان محاسباتی است. از دیگر مزایای این روش می توان به عدم نیاز به مدل اولیه، توانایی جستجوی کل فضای پارامترها، و حساسیت کم به اکسترمم های محلی اشاره کرد. این الگوریتم بر روی داده های تجربی ایستگاهی در مرکز دشت تبریز اعمال شد؛ که نتایج حاصل، همخوانی بالایی با اطلاعات گمانه های موجود داشت. بر اساس این نتایج، مدل دوبعدی سرعت موج برشی برای این منطقه استخراج شد.

surface-wave inversion using metaheuristic optimization algorithm in tabriz land

this study presents a novel approach for inverting surface wave dispersion curves using the ant colony optimization (aco) algorithm in the matlab environment. due to the problem's nonlinear nature and multiple extrema, this method demonstrates significant advantages over local search techniques. to evaluate the performance of the proposed algorithm, synthetic data from three six layer geological models were analyzed. in these models, the velocity and thickness values were defined over a wide range, and the velocity variation with depth was determined based on the λ/2 rule. the simultaneous inversion process involved estimating shear wave velocity, compressional wave velocity, and layer thickness, assuming a variable poisson’s ratio (0.1 to 0.5) and a constant density. the results indicate that the average relative error in velocity parameters using the aco method is 3.5%, whereas this error reaches 15% for the neighborhood algorithm available in the geopsy software. these findings highlight the superiority of the proposed approach in terms of computational efficiency and reliability. additional advantages include its independence from an initial model, the ability to explore the entire parameter space, and reduced sensitivity to local extrema. finally, the algorithm was applied to experimental field data from a station in the tabriz plain, yielding results that closely matched available borehole data. based on these findings, a 2d shear wave velocity model for the region was developed.