[发明专利]各向异性介质三维大地电磁正演方法及系统

说明书

本发明公开了一种各向异性介质三维大地电磁正演方法及系统，该系统包括计算区域设定单元、计算区域剖分单元、导电率赋值单元、频率赋值单元、背景场计算单元、二次场计算单元、视电阻率和相位计算单元与输出单元。该系统在二次场计算过程中采用基于紧算子的迭代框架将二次电场逐步逼近真实的二次电场，得到满足误差条件的总电场后，再利用空间‑波数域磁场积分算法计算二次磁场。考虑了介质的各向异性，在正演时，采用了一个压缩紧算子，使得算法对于任意有损介质稳定收敛，能进行快速、准确的各向异性介质三维大地电磁数值模拟，能有效地提高各向异性介质三维大地电磁数据反演的精度和效率。本发明应用于导电率各向异性介质电磁数值模拟领域。

技术领域

本发明涉及数值模拟技术领域，具体是一种各向异性介质三维大地电磁正演方法及系统。

背景技术

在电法勘探中，随着野外测量数据精度的提高和研究人员对地球内波场特征的深入了解，越来越多的研究结果表明：地壳和上地幔中的大部分地质构造等均呈现出明显的电各向异性。因此，为了能正确处理野外观测数据和实测资料，研究介质的各向异性尤为重要。大地电磁法作为电法勘探中重要的地球物理方法之一，现有的大地电磁各向异性正演系统，在满足精度的前提下，大规模正演的计算效率受限，其应用范围相对狭窄。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种各向异性介质三维大地电磁正演方法及系统，具有更好的计算效率。

为实现上述目的，本发明提供一种各向异性介质三维大地电磁正演方法，包括如下步骤：

步骤1，确定计算区域，且所述计算区域完全包含表征各向异性介质异常体的异常体区域，并将计算区域沿x、y、z方向剖分为若干空间单元；

步骤2，获取计算区域中每个剖分节点的导电率，并根据每个剖分节点的导电率得到每个剖分节点的背景导电率和异常导电率；

步骤3，根据每个剖分节点的导电率分布与计算频率值，分别正演计算沿x方向极化和y方向极化的电磁场，得到观测面上两种极化模式下的电磁场；

步骤4，根据观测面上两种极化模式下的电磁场得到观测面的张量阻抗，并基于观测面的张量阻抗得到视电阻率和相位。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤1中，所述将计算区域沿x、y、z方向剖分为若干空间单元，具体为：

将计算区域沿x、y、z方向剖分为若干棱柱结构的空间单元，且在x、y、z方向上的剖分节点数分别为N_x、N_y、N_z，即在x、y、z方向上的空间单元数量(N_x-1)、(N_y-1)、(N_z-1)；

其中，x方向与y方向为水平方向，z方向为竖直方向，每个剖分节点在x方向的采样间隔Δx相等，每个剖分节点在y方向的采样间隔Δy相等，水平方向同一层的每个剖分节点在z方向的采样间隔Δz相等。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤2中，在所述计算区域中，除异常体外周边区域剖分节点的导电率等于背景导电率，为各向同性介质，记为σ_b，除异常体外周边区域剖分节点的背景导电率为σ_b，异常导电率为0；

异常体区域剖分节点的导电率为各向异性导电率张量σ，为：

式中，为欧拉角度α_L、α_D或α_S，因此异常体区域剖分节点的背景导电率为σb，异常导电率为Δσ，数值为Δσ＝σ-σ_b。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤3中，所述观测面上两种极化模式下的电磁场的获取过程为：