[发明专利]基于不同约束条件的瞬变电磁快速三维反演方法

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术地下地质体探测技术领域，尤其涉及一种基于不同约束条件的瞬变电磁快速三维反演方法。

背景技术

瞬变电磁法利用接地电极或不接地回线向地下发射双极性脉冲电流，地下介质在其激发下的感应涡流产生随时间变化的二次场，在一次场的间歇期，使用接收线圈测量磁场信号，通过对二次场信号的提取和分析，从而达到探测地下地质体的目的。目前作为主要的非地震方法之一，广泛应用于油气、矿产等地下资源探测领域。瞬变电磁数据的反演解释工作是瞬变电磁法勘探中的重要环节。由于高维正演算法的复杂性，多维反演问题尚未妥善解决，实际应用中，对瞬变电磁数据的解释工作主要集中在一维反演。

但是高维反演能够提供更为精细的地电结构信息，目前，随着计算技术的发展，国外已经开展三维反演工作，主要利用积分方程法和有限元法等方法实现严格三维正反演。瞬变电磁的严格三维反演方法受限于复杂的三维正演算法，数据量巨大，占用资源过多，在普通计算机上几乎无法运行，同时严格三维反演的运算速度缓慢，需要几个小时甚至几天才能完成三维反演，由于这些限制，严格三维反演还不能真正投入实际应用，也无法实时进行瞬变电磁数据的解释。因此，本领域技术人员需要迫切解决的一个技术问题就是：如何实现一种可投入应用的三维反演方法，能够高效及准确地反演出地下异常目标体。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有的三维反演方法中存在的数据量大、运算速度慢、难以投入应用的技术问题，本发明提供了一种基于不同约束条件的瞬变电磁快速三维反演方法。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种基于不同约束条件的瞬变电磁快速三维反演方法，包括：步骤A：在地面上铺设发射装置和接收点，设定地下异常区域，将异常区域划分为立方体形状的微元，根据发射装置、接收点以及微元的几何参数计算几何耦合因子矩阵；步骤B：发射装置发射电流信号，电流关断后，各个接收点采集磁场数据，然后采用均匀大地模型，将采集的磁场数据转换为视电导率深度图；步骤C：根据瞬变电磁一阶矩变换，基于视电导率深度图和测量磁场数据获取接收点处的异常区域的参考一阶矩；步骤D：构建反演中时间常数向量的约束条件；步骤E：基于异常区域的参考一阶矩及其误差、微元对应的时间常数向量以及几何耦合因子矩阵构建反演运算的目标函数；步骤F：基于微元对应的时间常数向量的约束条件，采用最优化算法对反演运算的目标函数进行迭代；以及步骤G：判断迭代后的目标函数是否收敛，若收敛，则保存最优化时间常数向量作为反演最终结果，即τ＝(τ₁，τ₂，…，τ_K)^T，否则，返回步骤F执行，其中，τ_k是异常区域内第k个微元的电导率对应的时间常数，根据时间常数向量的反演最终结果得到异常体的位置和体积。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的基于不同约束条件的瞬变电磁快速三维反演方法具有以下有益效果：

(1)采用了基于瞬变电磁矩变换的数据处理方法，使得三维反演过程处理的数据量大幅降低，加快了运算速度，并且使三维反演能够在普通计算机上运行；

(2)采用了简化的三维正演算法，从而使反演过程中正演部分的运算加快；

(3)采用了基于约束条件的最优化算法，使反演过程向贴近于实际地下结构的方向优化，提高了探测精度。

附图说明

图1为仿真计算模型的三维几何示意图；

图2为发射线框和接收测线的二维布局图；

图3为本实施例快速三维反演方法的流程图；

图4为仿真的瞬变电磁测量数据的CDI切面图；

图5为测量数据一阶矩、背景一阶矩、异常区域一阶矩在各条测线上曲线图；

图6为无约束条件的反演时间常数切面图；

图7为CDI起始模型的反演时间常数切面图；

图8为电导率加权值的切面图；

图9为采用电导率加权的反演时间常数切面图；

图10为深度加权值的切面图；

图11为采用深度加权的反演时间常数切面图；

图12为矩形大定源回线观测装置示意图。

具体实施方式