[发明专利]一种以闪电为刺激源的大尺度地质构造三维层析扫描方法

权利要求书

1.一种以闪电为刺激源的大尺度地质构造三维层析扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在待探测区域内布设网状电势探测井，并在每个探测井内间隔布置电势测量电极；其中，所述电势测量电极与电势测量装置相连；

2)测量待探测区域上空的气压值；

3)发射引雷火箭；所述引雷火箭到达雷雨云后激发对地闪电，并将对地闪电引至待探测区域；其中，所述引雷火箭尾部线轴上拖带的导线与待探测区域内预设的地电极相连接；

4)测量对地闪电的电压和能量参数；测量待探测区域在对地闪电作用下不同平面位置及不同深度处的电势响应；

5)重复步骤3)和4)，在探测区域的其它位置依次发射引雷火箭，并测量相应数据；

6)建立探测区域三维地质正、反分析模型，利用连续线性估计算法融合闪电刺激作用下获得的电势响应数据，进行探测区域地层三维结构反演；

7)利用电阻率在地层中的三维分布规律，对地层的构造特性进行刻画。

2.根据权利要求1所述的一种以闪电为刺激源的大尺度地质构造三维层析扫描方法，其特征在于，步骤6)具体包括以下步骤：

6.1)根据前期勘探数据，给出地层电阻率的均值、方差和相关尺度参数；

6.2)将电阻率的均值赋予分析区域内每一个网格内；结合边界条件，利用探测区域三维电场正分析模型，计算每一次闪电刺激下每个探测位置在估计参数条件下的电压及电流值；

6.3)利用连续线性估计算法对探测区域内待估点的电阻率值进行估计；其中，未知电阻率的迭代计算公式如式(1)所示；权重系数矩阵ω的计算公式如式(2)所示；

式中，r为迭代次数；T为转置符号；u_c为待估的探测区域电阻率参数向量；为参数向量u_c在第r+1次的条件估计值；d^*为闪电作用下电压电流的观测值；d^(r)为利用三维电场正分析模型得出的闪电作用下电压电流的模拟值；

[ε_dd+λdiag(ε_dd)]ω＝ε_du       (2)

式中，ε_dd为观测数据之间的协方差矩阵；ε_du为观测数据与参数之间的协方差矩阵；λ为Levenberg-Marquardt算法动态乘子；diag()函数用于构造一个对角矩阵；

6.4)重复式(1)的迭代过程，直至得到的参数估计值条件下得到的计算值与探测值之差小于误差允许值或达到一定的迭代步数。

3.根据权利要求2所述的一种以闪电为刺激源的大尺度地质构造三维层析扫描方法，其特征在于，步骤6.3)中，协方差矩阵由敏感度得到：

式中，J_du是电压电流观测数据对探测区域电阻率变化的敏感度矩阵；参数协方差矩阵ε_uu在r＝0时由先验地质信息给出，随后每次迭代按照式(4)逐步更新；

4.根据权利要求1所述的一种以闪电为刺激源的大尺度地质构造三维层析扫描方法，其特征在于：步骤7)之后，还具有利用未知地层结构参数与电阻率之间的关系，得到地层地质参数的三维分布的相关步骤。