CN113391362B - 基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维结构化反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维结构化反演方法，包括以下步骤：S1：获取大地电磁的二三维电性剖面，确定目标异常体，分析目标异常体深度与横向分布情况；S2：根据目标异常体的分布情况，计算目标异常体的影响范围；S3：基于目标异常体的影响范围，确定廊带区域的范围及加设廊带辅助测点的位置与数量；形成廊带三维观测模式，进行三维结构化反演，得到大地电磁剖面三维反演结果；本发明通过分析二三维实测电性剖面的异常体分布情况，确定剖面其异常体影响范围，通过加设廊带辅助测点构成局部三维廊带观测方式，进行结构化反演，可以有限约束旁侧异常体的影响，提高目标剖面的可靠性，从而实现剖面三维精细化处理与解释。

Description

基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维结构化反演方法

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，尤其涉及一种基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维结构化反演方法。

背景技术

由于体积效应存在，大地电磁的二、三维电性剖面易受旁侧异常体影响。不存在于实测剖面上的旁侧异常体，其响应范围可能会扩散到二、三维实测电性剖面。而基于二维的地下电性结构假设计算的二维反演处理方法和只有单剖面数据参与反演的三维反演处理方法，会使该剖面的二、三维反演结果上产生假异常，与真实模型存在较大差异。影响解释人员对该剖面的解释分析，错误刻画目标体形态。

发明内容

本发明提供基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维结构化反演方法，旨在解决上述存在的问题。

本发明是这样实现的，基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维结构化反演方法，包括以下步骤：

S1：获取大地电磁的二、三维电性剖面，确定目标异常体，分析二、三维电性剖面中沿剖面测线方向的异常体深度与横向分布情况；

S2：根据目标异常体的分布情况，计算目标异常体的影响范围；

S3：基于目标异常体的影响范围，确定廊带区域的范围及加设廊带辅助测点的位置与数量；形成廊带三维观测模式，进行三维结构化反演，得到大地电磁剖面三维反演结果；

作为优选的，在步骤S1中，具体包括：

S11：选取测线方向横向距离最大的异常体作为刻画廊带范围的目标体，目标异常体的长即x剖面方向、宽即y垂直于剖面方向、深度为z方向；

S12：基于有限差分三维正演算法对目标异常体进行三维正演计算，得到第一正演结果；

S13：使用相同正演空间、网格、频率参数进行均匀背景电阻率下的三维正演计算，得到第二正演结果；

S14：第一正演结果减去第二正演结果，得到处理后数据，即目标异常的分布情况。

进一步的，在步骤S12的三维正演计算中，频率范围与所述二、三维电性剖面数据的采集频段一致；

网格为规则矩形网格剖分，网格间隔需满足正演异常体其占间隔3个及以上，横向扩展网格以1.5的几何增长因子扩展15个，垂向网格按首层厚度以几何增长因子1.5设置35个；

首层厚度计算公式为：

其中，h为首层厚度，ρ_top为首层电阻率值，f_high为最高频率。

进一步的，在步骤S12中，进行三维正演计算使用的正演方程组包括：

其中，网格单元(i,j,k)的网格编号为i、j、k，Δx_i、Δy_j、Δz_k分别表示该网格单元在三个方向上的长度，Δx_i-1、Δy_j-1、Δz_k-1分别表示该网格单元的上一单元在三个方向上的长度；σ_i,j,k表示网格单元(i,j,k)的真实电导率，

为网格单元节点处电导率在x方向上的缩放反变换，

为网格单元节点处电导率在y方向上的缩放反变换，

为网格单元节点处电导率在z方向上的缩放反变换。

作为优选的，在步骤S2中，具体包括：

S21：根据处理后数据，对不同分量的电阻率(Rxy，Ryx)、相位(Pxy，Pyx)，进行剖面方向x和垂直于剖面方向y作x-y等值平面图，平面每点数据由频率方向所有数据进行累加求和得到，分析正演异常体对不同分量的x、y方向平面展布特征及影响程度；

S22：绘制y垂直于剖面方向的异常体影响曲线图，由于异常体变化数据都集中于相近频段，在获取每一条y轴剖面的变化值时采取相同频段数据进行相减求平均值，再对所有频段数据求平均值，得到所有剖面的影响值，绘制所有分量的变化曲线；

S23：重复步骤S21-S22，获取异常体在不同电阻率值下的通用影响范围规律。

作为优选的，在步骤S3中，基于L-BFGS三维反演算法对数据进行反演。

作为优选的，在步骤S3中，获得基于廊带数据的剖面三维反演结果的具体步骤包括：

对廊带区域进行多区块测点划分，每个区块单独进行三维反演，获得每个区块的三维反演结构，再拼接获得基于廊带数据的剖面三维反演结果。

进一步的，在步骤S3中，具体包括：

S31：确定进行剖面三维反演分段区块大小；

区块面积决定反演成像精度，区块面积越小，其反演成像结果对深部结构约束越弱，而对浅部成像结构细节有一定程度增强，根据需求测试后进行区块大小确定；

S32：进行反演区块设计及剖面三维结构化反演；

设置反演区块间隔为区块剖面方向x大小的1/2，确保区块之间的重叠；完成区块设计后，进行单个区块的L-BFGS三维反演，反演网格设置保持一致，获得各区块反演结果；

S33：剖面三维结构化反演结果处理；

处理重合区域反演结果，步骤S32得到的各区块反演结果为不同区块的单独三维反演结果，该数据需要对重合区域进行拼接处理；对重合位置的多个反演结果取不同权重因子计算累加，得到该位置的反演电阻率结果，权重因子的设置原则为区块中间获取的反演结果占比最大，其他位置的权重因子与其与所在反演区块边界距离成正比，其计算公式为：

其中，b为拼接反演结果，a_i为单区块反演结果，n为测量区域重叠次数，w_i为权重因子；

完成上述拼接处理，获得廊带数据的三维结构化反演结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过分析二、三维实测电性剖面的异常体分布情况，确定剖面其异常体影响范围，通过加设廊带辅助测点构成局部三维廊带观测方式，进行结构化反演，可以有限约束旁侧异常体的影响，提高目标剖面的可靠性，从而实现剖面三维精细化处理与解释。

附图说明

图1为本发明方法步骤图；

图2为本发明中旁侧异常模型三维示意图；

图3为本发明中旁侧异常模型x-z剖面示意图；

图4为本发明中旁侧异常模型x-y剖面示意图；

图5为本发明中旁侧异常模型y-z剖面示意图；

图6为本发明中y＝3000m剖面TE+TM模式二维反演结果图；

图7为本发明中LD2模型的Rxy分量影响范围x-y剖面图；

图8为本发明中LD2模型的Ryx分量影响范围x-y剖面图；

图9为本发明中LD2模型的Pxy分量影响范围x-y剖面图；

图10为本发明中LD2模型的Pyx分量影响范围x-y剖面图；

图11为本发明中Rxy分量y轴影响变化曲线图；

图12为Ryx分量y轴影响变化曲线图；

图13为Pxy分量y轴影响变化曲线图；

图14为Pyx分量y轴影响变化曲线图；

图15为本发明中廊带三维观测模式测点图；

图16为基于廊带式大地电磁采集方式的三维反演结果；

图17为y＝3000m单剖面三维反演结果；

图18为y＝5000m单剖面三维反演结果；

图19为y＝5000m基于廊带数据的剖面三维反演结果；

图20为y＝5000m基于廊带数据的剖面三维结构化反演结果；

图21为结构化反演的区块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维结构化反演方法，包括以下步骤：

S1：获取大地电磁的二、三维电性剖面，确定目标异常体，分析二、三维电性剖面中沿剖面测线方向的异常体深度与横向分布情况，目标异常体的长即x剖面方向、宽即y垂直于剖面方向、深度为z方向；

S2：根据目标异常体的分布情况，计算目标异常体的影响范围；

S3：基于目标异常体的影响范围，确定廊带区域的范围及加设廊带辅助测点的位置与数量；

S4：形成廊带三维观测模式，进行三维结构化反演，得到大地电磁剖面三维反演结果；

在步骤S1中，具体包括：

S11：选取测线方向横向距离最大的异常体作为刻画廊带范围的目标异常体，目标异常体的长即x剖面方向、宽即y垂直于剖面方向、深度为z方向；

S12：基于有限差分三维正演算法对目标异常体进行三维正演计算，得到第一正演结果；

S13：使用相同正演空间、网格、频率参数进行均匀背景电阻率下的三维正演计算，得到第二正演结果；

S14：第一正演结果减去第二正演结果，得到处理后数据。

在步骤S12的三维正演计算中，频率范围与所述二、三维电性剖面数据的采集频段一致；

网格为规则矩形网格剖分，网格间隔需满足正演异常体其占间隔3个及以上，横向扩展网格以1.5的几何增长因子扩展15个，垂向网格按首层厚度以几何增长因子1.5设置35个；

正演目标可结合实际地质资料，进行合理假设。

在步骤S2中，具体包括：

S21：根据处理后数据，对不同分量电阻率、相位，进行x剖面方向和y垂直于剖面方向作x-y等值平面图，平面每点数据由频率方向所有数据进行累加求和得到，分析正演异常体对不同分量的x、y方向平面展布特征及影响程度；

S22：绘制y垂直于剖面方向的异常体影响曲线图，由于异常体变化数据都集中于相近频段，在获取每一条y轴剖面的变化值时采取相同频段数据进行相减求平均值，再对所有频段数据求平均值，得到所有剖面的影响值，绘制所有分量的变化曲线；

S23：重复步骤S21-S22，获取异常体在不同电阻率值下的通用影响范围规律。

在步骤S3中，基于L-BFGS三维反演算法对数据进行反演。

具体的，反演目标函数为φ(m)＝φ_d(m)+λφ_m(m)；

其中，φ_d(m)为数据残差项，φ_m(m)为模型约束项，λ为正则化因子；

φ_d(m)＝(d-F(m))^TV^-1(d-F(m))

φ_m(m)＝(m-m₀)^TL^TL(m-m₀)

其中，d为观测数据向量，F为模型的正演响应向量，V为数据方差矩阵，用来控制各观测数据在反演中的权重；T代表矩阵的转置，m为待反演模型向量，m₀为先验模型，通常选择为初始模型或一个已知的地质模型，L为模型约束矩阵，一般为拉普拉斯算子的离散模型。

对目标函数进行迭代法求其最小值，迭代形式为m_k+1＝m_k+α_kp_k，p_k为搜索方向，α_k为步长；

g(m)＝-2A^T(m)V^-1(d-F)+2λL(m-m₀)

q＝V^-1(d-F)

其中，g(m)为目标函数的梯度，H(m)为海森矩阵，A为正演响应的偏导数矩阵，常称为雅克比矩阵，Bⁱ(m)是Fⁱ(m)的二阶导数。

L-BFGS反演算法则运用p_k＝-B_kg_k；

B_k为采用L-BFGS方法近似的海塞矩阵逆，g_k是m_k处的梯度，α_k通过线搜索获得。

获得廊带式剖面三维结构化反演结果的具体步骤包括：

对廊带区域进行多区块测点划分，每个区块单独进行三维反演，获得每个区块的三维反演结构，再拼接获得基于廊带数据约束的剖面三维反演结果。

在步骤S3中，具体包括：

S31：确定进行剖面三维反演分段区块大小；

区块面积决定反演成像精度，区块面积越小，其反演成像结果对深部结构约束越弱，而对浅部成像结构细节有一定程度增强，根据需求测试后进行区块大小确定；

S32：进行反演区块设计及剖面三维结构化反演；

设置反演区块间隔为区块剖面方向x大小的1/2，确保区块之间的重叠；完成区块设计后，进行单个区块的L-BFGS三维反演，反演网格设置保持一致，获得各区块反演结果；

S33：剖面三维结构化反演结果处理；

处理重合区域反演结果，步骤S32得到的各区块反演结果为不同区块的单独三维范围结果，该数据需要对重合区域进行拼接处理；对重合位置的多个反演结果取不同权重因子计算累加，得到该位置的反演电阻率结果，权重因子的设置原则为区块中间获取的反演结果占比最大，其他位置的权重因子与其与所在反演区块边界距离成正比，其计算公式为：

其中，b为拼接反演结果，a_i为单区块反演结果，n为测量区域重叠次数，w_i为权重因子；

完成上述拼接处理，获得基于廊带数据约束的剖面三维结构化反演结果。

实施例2

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：本发明提出廊带三维大地电磁数据观测模式，廊带三维大地电磁数据观测模式即在垂直与剖面走向的方向内加设廊带辅助测点，使其构成廊带式区域进行三维测量，达到采集二维剖面附近的数据信息，降低旁侧影响的作用，并给出了廊带三维大地电磁数据观测模式及辅助测点布设的具体实施方案。

具体步骤如下：

S1、根据勘探区域地质目标构造模型选取地质目标作为刻画廊带范围的目标异常体，目标异常体的长即x剖面方向、宽即y垂直于剖面方向、深度为z方向；

该剖面不限定与AMT，MT，LMT等电磁数据的二维或三维反演剖面，需提前确定实际的采集频率以便后续三维正演设定频域。再确定异常体，一般选取测线方向横向距离较大的异常体作为刻画廊带范围的目标体(低阻体优先，因低阻体影响范围较大)，由于二维反演在深度刻画不清，只要确定其埋深距离即可。

S2、基于三维正演公式对选定的异常体进行正演计算；

基于有限差分法进行三维正演，在进行正演时注意频率范围与采集频段保持一致，

网格为规则矩形网格剖分，网格间隔需满足正演异常体其占间隔3个及以上，横向扩展网格以1.5的几何增长因子扩展15个，垂向网格按首层厚度以几何增长因子1.5设置35个；

网格剖分具体根据计算条件进行相对高精度进行剖分，首层厚度满足公式即可，背景电阻率参考目标反演剖面提取，正演目标为立方体，目标体的长宽即剖面方向(x)和垂直于剖面方向(y)和深度(z)均为步骤S1中获取的最大横向距离。

S3、对均匀半空间分布的背景电阻率模型进行正演计算与预处理；

为对异常体进行去除背景场的比较，使用相同正演空间、网格、频率参数进行均匀背景电阻率下的正演计算。

用步骤S2得到的正演结果减去本步骤得到的背景场正演结果，至此预处理准备完备，进行影响范围分析。

S4、基于正演结果对目标体进行不同分量的平面影响范围分析，进行垂直于剖面方向的异常体影响曲线图影响范围分析；

分析预处理后数据，对不同分量如电阻率(Rxy、Ryx)，相位(Pxy，Pyx)等进行剖面方向(x)和垂直于剖面方向(y)作x-y等值平面图，平面每点数据由所有频率方向数据进行累加求和得到，观察分析正演目标体对不同分量的x，y方向平面展布特征及影响程度。

绘制垂直于剖面方向的异常体影响曲线图，由于异常体变化数据都集中于相近频段，在获取每一条y轴剖面的变化值时采取相同频段数据进行相减求平均值，再对所有频段数据求平均值。

得到所有剖面的影响值，绘制所有分量的变化曲线。

S5、进行不同电阻率值异常体的影响范围分析；

由于反演电阻率值会与真实电阻率值存在一定差距，进行不同电阻率值的的模拟有利于刻画不同异常体的变化规律，重复步骤S4，获取得到该异常体在不同电阻率值下的通用影响范围规律，进行合理的垂直与测线方向(y)的测线范围设计。

S6、确定异常体范围后进行测线范围的圈定；

根据步骤S4与步骤S5的分析结果，观察该目标体的影响范围，根据垂直于剖面方向的异常体影响曲线图确定廊带式大地电磁垂直于剖面方向的观测范围。

S7、若需想对单个异常体进行细化，重复步骤S2-S6，获得在单个异常体附近进行测点加密距离；

S8、得到整体的廊带三维大地电磁观测模式设计分布图；

经过上述步骤，可以得到总体的廊带三维大地电磁数据观测模式设计分布图，经过测试证明，在一定误差允许范围内，除主剖面使用全测点，新加的廊带辅助采集测点在步骤S6确定范围后，视实际情况测点可采用适当稀疏，进行三维反演计算。

S9、根据步骤S8的测点设计采集数据，进行三维反演获取反演结果；

基于L-BFGS三维反演算法对数据进行反演，测点按步骤8的测点分布进行，初始电阻率反演值自行设置，反演网格尽量与正演网格保持一致，对剖面三维反演得到的电阻率数据进行图像绘制。

试验例1：单剖面二维反演与基于廊带式数据约束的剖面三维结构化反演对比

如图1所示，其为本发明基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维结构化反演方法的技术路线图。

以理论模型来进行验证本发明的有效性，建立一个如图2-5所述的旁侧异常体模型，灰度较浅的为低阻异常体1，灰度较深的为低阻异常体2。

该模型的特征为低阻异常体2的低阻影响范围可以扩散到低阻异常体1，在低阻异常体1的中心剖面产生假异常。低阻异常体1的电阻率值为10Ω·m，低阻异常体2的电阻率值为1Ω·m，背景电阻率值为100Ω·m，两者埋深均为5074-10507km。

其中，图2为旁侧异常模型三维示意图，图3为旁侧异常模型x-z剖面示意图，图4为旁侧异常模型x-y剖面示意图，图5为旁侧异常模型y-z剖面示意图。

由于是理论模型，略过数据的分析，进行异常体1和均匀半空间100Ω·m的三维正演，正演算法为有限差分三维正演算法，矩形网格，x、y均为31个测点，测点间隔为2km，测线总长60km，频率为0.01-1000hz，频点数为41个，首层厚度为100m，三维大地电磁的正演方程组有以下形式：

其中，σ_i,j,k表示网格单元(i,j,k)的真实电导率，

为网格单元节点处电导率在x方向上的缩放反变换，

为网格单元节点处电导率在y方向上的缩放反变换，

为网格单元节点处电导率在z方向上的缩放反变换；

可以使用x(i)切面周围的四个单元电导率和相应面积加权平均求得，同可得

与

的求解；根据网格单元的网格编号i、j、k，顺序按i、j、k三个下标从小到大，Δx_i、Δy_j、Δz_k表示该网格单元在三个方向上的长度。

首层厚度计算公式为

该式中，h为首层厚度，ρ_top为首层电阻率值，f_high为最高频率。

进行预处理，将异常体1的三维正演结果与均匀背景场正演结果相减绘制，对各分量进行分析得图7-10。

图7-10分别为，LD2模型的(电阻率为10Ω·m，埋深为5074km-10507km)的Rxy分量影响范围x-y剖面图，Ryx分量影响范围x-y剖面图，Pxy分量影响范围x-y剖面图，Pyx分量影响范围x-y剖面图。

由图7-10，可得知Rxy，Pxy能更好的刻画x方向即测线方向的视电阻率影响情况，Ryx，Pyx则有类似的结果，计算不同异常体的沿垂直与测线方向(y)切片变化值，计算公式为

misfit_pro为每条剖面的差值，m为剖面方向(x)测点数，n为频点数，y为异常体1的三维正演值，y₀为背景电阻率正演结果。根据上述公式分频求差,并求取均值，结果为曲线图图11-14。

图11-14分别为，Rxy分量y轴影响变化曲线，Ryx分量y轴影响变化曲线，Pxy分量y轴影响变化曲线，Pyx分量y轴影响变化曲线。

LD2为电阻率为10Ω·m的低阻异常体，LD3为电阻率为1000Ω·m的高阻异常体，LD4为埋深为2km-7km的电阻率为10Ω·m的低阻异常体。

分析图11-14，可发现影响区域及规律不受埋深、电阻率值影响，在大小没改变情况下，异常体影响范围大致约-10km至10km，在该位置后，影响曲线趋于平稳，影响值迅速减小，考虑到异常体放置位置在曲线中心，拾取了异常体的直接影响，但还有些许旁侧影响使曲线下降速度变缓。

因此确定异常体影响的主要范围为-10km至10km，并依据此进行廊带大地电磁剖面三维采集区域的确定。

基于上述步骤分析，进行廊带式的大地电磁三维反演测点，测点布设由图15所示，利用所示测点进行LBFGS反演，初始反演电阻率值为50Ω·m，，反演次数为28，RMS误差最终收敛至0.99，结果取对数作图。

分析对比结果，基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维反演Y轴切片如图16，TE+TM模式二维反演结果如图6所示，两者y轴坐标相同，y＝3000m，黑框表示异常体范围。

对比二维反演结果可得，二维反演结果中由于旁侧影响产生的假异常在基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维反演中已经被消去，剖面三维反演结果完整恢复异常体形态，刻画出明显的异常体边界，效果极佳。

试验例2：单剖面三维反演与基于廊带式数据约束的剖面三维结构化反演对比

如图1所示，其为本发明基于廊带数据约束的大地电磁三维剖面结构化反演方法的技术路线图。

以理论模型来进行验证本发明的有效性，建立一个如图2-5所述的旁侧异常体模型，灰度较浅的为低阻异常体1，灰度较深的为低阻异常体2。

该模型的特征为低阻异常体2的低阻影响范围可以扩散到低阻异常体1，在低阻异常体1的中心剖面产生假异常。低阻异常体1的电阻率值为10Ω·m，低阻异常体2的电阻率值为50Ω·m，背景电阻率值为100Ω·m，两者埋深均为5074-10507km。

其中，图2为旁侧异常模型三维示意图，图3为旁侧异常模型x-z剖面示意图，图4为旁侧异常模型x-y剖面示意图，图5为旁侧异常模型y-z剖面示意图。

由于是理论模型，低阻异常体1的电阻率值未发生改变，正演及分析过程与实施例1一致。

确定旁侧影响为主要范围为-10km至10km范围，并依据此进行廊带大地电磁三维采集区域的确定。

基于上述步骤分析，进行廊带式的大地电磁剖面三维反演测点，测点布设由图15所示，利用所示测点进行LBFGS反演，初始反演电阻率值为50Ω·m，反演次数为28，RMS误差最终收敛至0.999，结果取对数作图16。用于对比的单剖面三维反演，初始反演电阻率值为50Ω·m，反演次数为30，RMS误差最终收敛至0.998，结果取对数作图17。

分析对比结果，基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维反演Y轴切片如图16，单剖面三维反演结果切片如图17所示，两者y轴坐标相同，y＝3000m，黑框表示异常体范围。

对比单剖面三维反演结果与基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维反演三维反演结果对比可得，单剖面三维反演结果出现了异常体边界刻画不清，目标异常体的右上侧由旁侧影响产生假异常影响反演解释工作的准确性。旁侧影响产生的假异常在基于廊带式大地电磁数据采集方式三维反演中已经被消去，基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维反演结果完整恢复异常体形态，刻画出明显的异常体边界，效果极佳。

试验例3：单剖面三维反演与廊带式数据三维反演及基于廊带式数据约束的剖面三维结构化反演对比

如图1所示，其为本发明基于廊带数据约束的大地电磁三维剖面结构化反演方法的技术路线图。

以理论模型来进行验证本发明的有效性，建立一个如图2-5所述的旁侧异常体模型，灰度较浅的为低阻异常体1，灰度较深的为低阻异常体2。

该模型的特征为低阻异常体2的低阻影响范围可以扩散到低阻异常体1，在低阻异常体1的中心剖面产生假异常。低阻异常体1的电阻率值为10Ω·m，低阻异常体2的电阻率值为50Ω·m，背景电阻率值为100Ω·m，两者埋深均为5074-10507km。

其中，图2为旁侧异常模型三维示意图，图3为旁侧异常模型x-z剖面示意图，图4为旁侧异常模型x-y剖面示意图，图5为旁侧异常模型y-z剖面示意图。

由于是理论模型，低阻异常体1的电阻率值未发生改变，正演及分析过程与实施例1一致。

确定旁侧影响为主要范围为-10km至10km范围，并依据此进行廊带大地电磁三维采集区域的确定。

基于上述步骤分析，进行廊带三维大地电磁数据观测模式设计，测点布设由图15所示，利用所示测点进行LBFGS反演，初始反演电阻率值为50Ω·m，反演次数为28，RMS误差最终收敛至0.999，结果取对数作图19。用于对比的单剖面三维反演，初始反演电阻率值为50Ω·m，反演次数为30，RMS误差最终收敛至0.998，结果取对数作图18。

结构化反演的区块示意图如图21所示，反演区块大小为10km*22km,间隔为4km，对所示的分块单个进行LBFGS三维反演。对各区块反演结果进行拼接处理，其中权重因子参数设置如下，重复次数为2的反演数据，视距离设置权重因子为0.9、0.1，重复次数为3的测点数据，视距离设置权重因子为0.8、0.1，0.1。拼接完成后获得基于廊带数据的剖面三维结构化反演结果。

分析对比结果，基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维反演Y轴切片如图19，单剖面三维反演结果切片如图18所示，基于廊带数据的三维结构化反演结果Y轴切片如图20，三者y轴坐标相同，y＝5000m，黑框表示异常体范围。

该剖面处于两个异常体之间，无异常体布设，剖面异常均受两侧异常体的旁侧影响产生。单剖面三维反演结果旁侧影响产生两处明显假异常，基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维反演结果中可发现旁侧异常产生的右上处的假异常范围明显减小。基于廊带数据的剖面三维结构化反演结果可得，右上假异常消失，中间受旁侧影响的异常体值基本消失，上半剖面基本恢复为真实的均匀半空间背景情况，该区域反演获得电阻率结构大大优于单剖面三维反演结果与基于廊带数据的剖面三维反演结果，对比证明了结构化反演方法的有效性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于廊带数据约束的大地电磁剖面三维结构化反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取大地电磁的二、三维电性剖面，确定目标异常体，分析二、三维电性剖面中沿剖面测线方向的异常体深度与横向分布情况，具体包括：

S11选取测线方向横向距离最大的异常体作为刻画廊带范围的目标异常体，目标异常体的长即x为剖面方向、宽即y为垂直于剖面方向、高即z为深度方向；

S12基于有限差分三维正演算法对目标异常体进行三维正演计算，得到第一正演结果；

S13使用相同正演空间、网格、频率参数进行均匀背景电阻率下的三维正演计算，得到第二正演结果；

S14第一正演结果减去第二正演结果，得到处理后数据，即目标异常体分布情况；

S2：根据目标异常体的分布情况，计算目标异常体的影响范围；

在步骤S2中，具体包括：

S21根据处理后数据，对不同分量的电阻率、相位，进行剖面方向x和垂直于剖面方向y作x-y等值平面图，平面每点数据由所有频率方向数据进行累加求和得到，分析正演异常体对不同分量的x、y方向平面展布特征及影响程度；

S22绘制垂直于剖面方向y的异常体影响曲线图，由于异常体变化数据都集中于相近频段，在获取每一条y轴剖面的变化值时采取相同频段数据进行相减求平均值，再对所有频段数据求平均值，得到所有剖面的影响值，绘制所有分量的变化曲线；

S23重复步骤S21-S22，获取目标异常体在不同电阻率值下的通用影响范围规律；

S3：基于目标异常体的影响范围，确定廊带区域的范围及加设廊带辅助测点的位置与数量；通过廊带辅助测点采集的数据，进行三维结构化反演，得到大地电磁剖面三维反演结果，具体步骤包括：

对廊带区域进行多区块测点划分，每个区块单独进行三维反演，获得每个区块的三维反演结构，再拼接获得基于廊带数据约束的剖面三维结构化反演结果。

2.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，在步骤S12的三维正演计算中，频率范围与所述二、三维电性剖面数据的采集频段一致；

网格为规则矩形网格剖分，网格间隔满足正演目标异常体其占间隔3个及以上，横向扩展网格以1.5的几何增长因子扩展15个，垂向网格按首层厚度以几何增长因子1.5设置35个；

首层厚度计算公式为：

其中，h为首层厚度，ρ_top为首层电阻率值，f_high为最高频率；

正演目标结合实际地质资料，进行合理假设；具体的，设置正演目标为立方体，目标异常体的长x、宽y、高z均为步骤S11中获取的最大横向距离。

3.根据权利要求2所述的反演方法，其特征在于，在步骤S12中，进行三维正演计算使用的正演方程组包括：

其中，网格单元(i,j,k)的网格编号为i、j、k，Δx_i、Δy_j、Δz_k分别表示该网格单元在三个方向上的长度，Δx_i-1、Δy_j-1、Δz_k-1分别表示该网格单元的上一单元在三个方向上的长度；σ_i,j,k表示网格单元(i,j,k)的真实电导率，

为网格单元节点处电导率在x方向上的缩放反变换，

为网格单元节点处电导率在y方向上的缩放反变换，

为网格单元节点处电导率在z方向上的缩放反变换。

4.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，在步骤S3中，采用L-BFGS三维反演算法对数据进行剖面三维反演。

5.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，在步骤S3中，具体包括：

S31：确定进剖面三维结构化反演分段区块大小；

区块面积决定反演成像精度，区块面积越小，其反演成像结果对深部结构约束越弱，而对浅部成像结构细节增强，根据需求测试后进行区块大小确定；

S32：进行反演区块设计及剖面三维结构化反演；

设置反演区块间隔为区块剖面方向x大小的1/2，确保区块之间的重叠；完成区块设计后，进行单个区块的L-BFGS三维反演，反演网格设置保持一致，获得各区块反演结果；

S33：剖面三维结构化反演结果处理；

处理重合区域反演结果，步骤S32得到的各区块反演结果为不同区块的单独三维反演结果，该数据需要对重合区域进行拼接处理；对重合位置的多个反演结果取不同权重因子计算累加，得到该位置的反演电阻率结果，权重因子的设置原则为区块中间获取的反演结果占比最大，其他位置的权重因子与其与所在反演区块边界距离成正比，其计算公式为：

其中，b为拼接反演结果，a_i为单区块反演结果，n为测量区域重叠次数，w_i为权重因子；

完成上述拼接处理，获得基于廊带数据约束的剖面三维结构化反演结果。

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