CN114167511A - 一种基于连分式展开向下延拓的位场数据快速反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地球物理地质资源勘探技术领域，具体涉及一种基于连分式展开向下延拓的位场数据快速反演方法。本发明的本方法建立稳定的连分式展开向下延拓方法，结合低通滤波因子，形成了一种新的频率域连分式展开位场数据向下延拓成像方法，通过频率域线性反演转换为物性参数，并利用迭代方法实现位场数据的快速反演计算。该方法相对于传统的反演方法，因为利用了稳定的大深度延拓特性，可以实现分辨率的提升，同时因为基于成像结果进行迭代，避免了矩阵的逆变换计算，提高了计算速度；本发明具有更高的分辨率和更加准确的成像反演计算效果，利用本发明可以进行场源的高精度快速反演计算，有利于推广和普及。

Description

一种基于连分式展开向下延拓的位场数据快速反演方法

技术领域

本发明涉及地球物理地质资源勘探技术领域，具体涉及一种基于连分式展开向下延拓的位场数据快速反演方法。

背景技术

利用位场数据进行物性反演计算一直是位场数据解释中的难点和热点问题，现有的反演计算方法主要问题在于反演计算对计算机内存需求大；随着数据量的增大，反演的耗时过长导致计算缓慢或无法计算。综合上述影响因素，寻找一种良好的可针对大数据量的快速反演方法，是位场数据解释中的关键问题之一。

快速成像反演方法，是相对于传统的常规反演方法的主要特点在于，快速成像反演方法不需要先验信息和迭代计算的情况下，可以快速地给出密度体的大致范围以及密度相关量的分布情况。主要包括偏移成像方法，DEXP(Depth from Extreme point)方法，小波成像方法，概率成像方法，广义线性反演成像等。

但快速成像反演方法，基本都是基于向上延拓建立的，会在一定程度降低成像解释的分辨率，影响最终的解释效果。另外，成像结果需要和物性参数之间进行转换，同时需要进行迭代拟合，才能获得最终的可靠的解释结果。为此本发明建立一种基于向下延拓的成像方法，目的在于提高分辨率，同时，本发明在成像结果的基础上，利用线性反演方法，将成像结果转换为物性参数，并进一步进行迭代计算，可快速获得高分辨率的反演结果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种地质资源勘探中场源的快速反演计算方法，对位场勘探解释的精度改善具有实际意义。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于连分式展开向下延拓的位场数据快速反演方法，包括以下步骤：

S1：获取实测位场数据，所述实测位场数据包括目标体重力场或磁力场数据；

S2：根据实测位场数据，调用预设的向下延拓成像计算模型，获得目标体的成像结果，其中所述成像计算模型根据频率域连分式展开向下延拓成像计算方法，对所述连分式展开向下延拓因子乘以低通滤波因子，建立新的可以过场源的连分式展开向下延拓成像因子，对所述位场数据进行向下延拓成像计算，获得场源的成像结果；

S3：对步骤S2得到的结果进行密度或磁化率物性参数的转换计算，其中所述转换计算方法为频率域线性反演方法；

S4：对步骤S3所得到的结果进行迭代反演计算，满足一定的误差条件后输出计算结果，对结果进行二维剖面或三维可视化，直观显示场源的反演结果。

进一步的，所述步骤S2中频率域连分式展开向下延拓成像计算方法包括以下步骤：

a、频率域连分式展开向下延拓的计算方法为建立5阶连分式展开因子：

其中Δh为延拓距离，当Δh为正数，则为向下延拓，Δh为负数，则为向上延拓，(ω_x，ω_y)是x-和y-方向的波数，其中

为圆波数；

b、对步骤a的连分式展开向下延拓因子乘以低通滤波因子，建立新的可以过场源的连分式展开向下延拓成像因子，其所述低通滤波因子，由向上延拓因子乘以系数确定：

其中(ω_x，ω_y)是x-和y-方向的波数，

为圆波数，Δh为延拓距离；α为滤波系数，当场源为三度体时取α＝0.8，当场源为二度体时取α＝0.95；

因此，新的可以过场源的连分式展开向下延拓成像因子为：

其中(ω_x，ω_y)是x-和y-方向的波数，

为圆波数，Δh、Δh为延拓距离；

c、依据向下延拓成像因子，进行成像结果的计算：

其中

为位场数据频率域值，W(ω_x，ω_y，Δh)为成像结果值，F^-1[]为傅里叶逆变换。

所述步骤S3中密度和磁化率物性参数的转换计算，包括以下步骤：

d、确定频率域密度参数反演方法为：

e、确定频率域磁化率参数反演方法为：

f、将步骤d和e中的重力异常和磁力异常用所述步骤S2中的步骤c得到的成像结果进行替换计算：

其中，F^-1[]为傅里叶逆变换，ρ_i为密度参数，M_i为磁化率参数，γ为万有引力常数，μ₀为磁导率，W(ω_x，ω_y，Δh)为成像结果值，

为圆波数，Δh为延拓距离。

所述步骤S4中迭代反演计算为通过给定初始参数计算重力或磁力异常，利用观测到的数据和计算的数据做误差，当误差小于某一给定的值或迭代次数达到给定的上限时，迭代计算结束，获得最终的结果。

因实施本发明需要的计算量大且需要可视化显示，故需要计算机辅助计算。所需硬件设备包括：一个或多个处理器、用于存储一个或多个计算程序的存储装置，当一个或多个计算程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器执行本发明方法的有关数据计算。

本发明的有益效果：本方法建立稳定的连分式展开向下延拓方法，结合低通滤波因子，形成了一种新的频率域连分式展开位场数据向下延拓成像方法，通过频率域线性反演转换为物性参数，并利用迭代方法实现位场数据的快速反演计算。该方法相对于传统的反演方法，因为利用了稳定的大深度延拓特性，可以实现分辨率的提升，同时因为基于成像结果进行迭代，避免了矩阵的逆变换计算，提高了计算速度；本发明具有更高的分辨率和更加准确的成像反演计算效果，利用本发明可以进行场源的高精度快速反演计算，有利于推广和普及。

附图说明

图1为两个棱柱体的磁异常数据图；

图2为采用本发明方法对图1的模型磁异常数据进行成像反演计算所得的可视化二维主剖面图；

图3为采用传统DEXP迭代反演对图1的模型磁异常数据进行成像反演计算所得的可视化二维主剖面图；

图4为两个不同深度球体模型的重力异常数据图；

图5为采用本发明的方法对图5的两个球体模型重力数据进行成像反演计算所得的可视化二维主剖面图；

图6为采用传统DEXP迭代反演对图5的模型磁异常数据进行成像反演计算所得的可视化二维主剖面图；

具体实施方式

实施例1

如图1所示的两个直立棱柱体的磁异常数据图，设定磁化倾角为90°，磁化偏角为0°，其长宽高分别为：200m、200m、100m，其中心点坐标分别为：(350，500，150)，(650，500，150)，总磁化强度均为1A/m，产生的磁异常如图1所示。利用本发明方法进行快速成像计算，先设定计算深度300m，向下间隔为20m，对磁异常数据乘以向下延拓成像因子，进行成像结果的计算，其后乘以磁化率物性参数的转换因子进行转换计算，获取基础的磁化率参数结果，在此基础上进行20次迭代计算，获得最终的计算结果，为了显示方便，在三维反演结果中截取主剖面结果进行显示，如图2所示的反演结果。

可以看出，本发明可以较准确地获得深度计算结果，并实现了结果的可视化。为了进一步验证本发明的应用优势，采用传统的DEXP方法进行迭代反演成像，同样利用20次迭代获取反演结果，其主剖面可视化结果如图3所示，因方法本身分辨率的原因，导致两个棱柱体的成像结果不能很好的反映实际位置，计算误差较大，说明本发明在深度计算中相对传统方法具有更加精确的优势。

实施例2

为了更进一步验证本发明方法的效果，利用两个埋深不同的球体进行重力数据的计算，同样将本发明计算结果和传统DEXP迭代反演计算结果进行对比。如图4所示为两个球体模型的重力数据异常图，球体半径分均为50，距地面分别为100m和120m，中心点坐标分别为(400，500，100)、(600，500，120)剩余密度为0.5g/cm3，产生的重力异常幅值随着深度的加大而变小，深部球体的幅值较小。利用本发明对该模型数据进行反演计算，根据计算的需求，先设定计算深度300m，向下间隔为20m，对重力异常数据乘以向下延拓成像因子，进行成像结果的计算，其后乘以密度物性参数的转换因子进行转换计算，获取基础的密度参数结果，在此基础上进行20次迭代计算，获得最终的计算结果。对计算结果进行可视化得到如图5所示的反演计算结果。

采用传统DEXP迭代反演计算方法对该球体模型进行深度计算，获得如图6所示的可视化计算结果。由图5和图6所示的结算结果进行对比可知，本发明的方法可以更加准确地获得所有球体的位置和形态，而传统正则化向下延拓方法只能较准确地获得最浅部球体的位置和形态，而深部的球体深度误差较大，凸显了本发明的优势。

Claims (3)

1.一种基于连分式展开向下延拓的位场数据快速反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取实测位场数据，所述实测位场数据包括目标体重力场或磁力场数据；

S2：根据实测位场数据，调用预设的向下延拓成像计算模型，获得目标体的成像结果，其中所述成像计算模型根据频率域连分式展开向下延拓成像计算方法，对所述连分式展开向下延拓因子乘以低通滤波因子，建立新的可以过场源的连分式展开向下延拓成像因子，对所述位场数据进行向下延拓成像计算，获得场源的成像结果；

S3：对步骤S2得到的结果进行密度或磁化率物性参数的转换计算，其中所述转换计算方法为频率域线性反演方法；

S4：对步骤S3所得到的结果进行迭代反演计算，满足一定的误差条件后输出计算结果，对结果进行二维剖面或三维可视化，直观显示场源的反演结果。

2.如权利要求1所述的一种基于连分式展开向下延拓的位场数据快速反演方法，其特征在于：

所述步骤S2中频率域连分式展开向下延拓成像计算方法包括以下步骤：

a、频率域连分式展开向下延拓的计算方法为建立5阶连分式展开因子：

其中Δh为延拓距离，当Δh为正数，则为向下延拓，Δh为负数，则为向上延拓，(ω_x,ω_y)是x-和y-方向的波数，其中

为圆波数。

b、对步骤a的连分式展开向下延拓因子乘以低通滤波因子，建立新的可以过场源的连分式展开向下延拓成像因子，其所述低通滤波因子，由向上延拓因子乘以系数确定：

其中(ω_x,ω_y)是x-和y-方向的波数，

为圆波数，Δh为延拓距离；α为滤波系数，当场源为三度体时取α＝0.8，当场源为二度体时取α＝0.95。

因此，所述新的可以过场源的连分式展开向下延拓成像因子为：

其中(ω_x,ω_y)是x-和y-方向的波数，

为圆波数，Δh、Δh为延拓距离；

c、依据向下延拓成像因子，进行成像结果的计算：

其中

为位场数据频率域值，W(ω_x,ω_y,Δh)为成像结果值，F^-1[]为傅里叶逆变换；

所述步骤S3中密度和磁化率物性参数的转换计算，包括以下步骤：

d、确定频率域密度参数反演方法为

e、确定频率域磁化率参数反演方法为

f、将步骤d和e中的重力异常和磁力异常用所述步骤S2中的步骤c得到的成像结果进行替换计算：

其中，F^-1[]为傅里叶逆变换，ρ_i为密度参数，M_i为磁化率参数，γ为万有引力常数，μ₀为磁导率，W(ω_x,ω_y,Δh)为成像结果值，

为圆波数，Δh为延拓距离。

3.如权利要求1所述的一种基于连分式展开向下延拓的位场数据快速反演方法，其特征在于：所述步骤S4中迭代反演计算为通过给定初始参数计算重力或磁力异常，利用观测到的数据和计算的数据做误差，当误差小于某一给定的值或迭代次数达到给定的上限时，迭代计算结束，获得最终的结果。

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