一种基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法，属于电磁成像技术领域，该方法包括对初始大地电磁数据进行预处理，得到大地电磁数据；根据目标建模区域的地质信息得到三维地质模型；对构建的初始模型进行网格剖分，得到剖分结果；根据目标区域的初始模型和剖分结果，进行正演模拟，得到正演响应数据；根据正演响应数据和大地电磁数据，利用地球物理正则化反演理论构建电磁单方法反演目标函数；根据电磁单方法反演目标函数和三维地质模型，完成基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演。本发明专利技术解决了单方法电磁反演体积效应以及低阻体下方分辨率低的问题，提高了电磁反演方法深部的成像精度。了电磁反演方法深部的成像精度。了电磁反演方法深部的成像精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法


[0001]本专利技术属于电磁成像
，尤其涉及一种基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法。

技术介绍

[0002]电阻率是地下介质的重要物理属性，电磁探测方法是利用地下不同岩层、岩矿石的电阻率差异，通过地面探测获取地下介质电阻率的响应信息，反演得到不同深度介质的电阻率分布的方法。电磁探测方式多样，常用的电磁探测方法包含有大地电磁法、瞬变电磁法、可控音频大地电磁法等等。这些常规的探测方法在很多地质条件下都取得不错的勘探效果，在油气矿产资源探测及开发、大地震的深部孕震及发震机理、地球内部结构及深部动力学过程等领域发挥着重要的作用。然而电磁单方法的处理往往受限于方法本身分辨率的问题，例如低阻体下方的异常体难以分辨、体积效应等现象导致电磁单方法反演对异常体的横向、垂向的分辨率受到明显的限制，探索一种有效克服单方法局限的方法成为电磁反演高精度成像的迫切需求。
[0003]随着探测技术日益发展、探测目标体日益复杂、大量的数据积累，目前很多研究目标区域已经有很多的初步结果，这些先验信息对于认识研究区的隐伏构造、能源展布、地震孕育和发生过程等提供了宝贵的信息，如何将这些宝贵的先验地质信息转化成约束条件，通过先验地质信息约束电磁反演方法，联合构建探测目标区高精度模型，形成对矿产资源、断裂构造等有更好的预判，是提高电磁反演成像精度的关键性问题。
[0004]迄今为止，基于电磁数据获取电阻率结构的正反演算法已有很多研究成果，现有的技术方案通过不断改进电磁单方法成像方法，发挥不同反演方法在电磁成像中的优势，在提高电磁成像精度具有重要的作用。然而电磁单方法反演受限于方法本身分辨率的问题，例如低阻体下方的异常体难以分辨、体积效应等现象，导致电磁单方法反演对异常体的横向、垂向的分辨率受到明显的限制。因此有必要结合其它方法探测结果或已有的先验信息对电磁方法进行约束，克服电磁单方法反演的局限，提高成像精度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法解决了单方法体积效应以及低阻体下方分辨率低的问题，提高了电磁方法深部的成像精度。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法，包括以下步骤：
[0007]S1、采集目标区域的初始大地电磁数据并对初始大地电磁数据进行预处理，得到大地电磁数据；
[0008]S2、采集目标区域的地质信息，并根据地质信息得到三维地质模型；
[0009]S3、构建目标区域的初始模型，并对初始模型进行网格剖分，得到剖分结果；
[0010]S4、根据目标区域的初始模型和剖分结果，进行正演模拟，得到正演响应数据；
[0011]S5、根据正演响应数据和大地电磁数据，利用地球物理正则化反演理论，构建电磁单方法反演目标函数；
[0012]S6、根据电磁单方法反演目标函数和三维地质模型，完成基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演。
[0013]本专利技术的有益效果为：本专利技术将目标区域的地质信息转化成约束条件，通过交叉梯度构建地质信息约束项的数据形式，带入电磁反演流程中，实现地质信息和电磁数据联合驱动下的电磁反演方法，该方法可以有效地利用已有的地质信息，有效克服单方法体积效应和低阻体下方分辨率低的问题，提高电磁方法深部的成像精度,提高了对地下介质电阻率物性横向和纵向的分辨率。本专利技术提供的高精度成像结果可为工程地质勘察、油气矿产资源探测及开发、地质灾害监测及预警、地球内部结构等领域提供重要技术支撑。
[0014]进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：
[0015]S101、采集目标区域的初始大地电磁数据；
[0016]S102、将初始大地电磁数据通过快速傅里叶变换到频率域，得到频率域数据；
[0017]S103、对频率域数据进行滤波、重采样和频谱分析，得到第一处理数据；
[0018]S104、利用稳健估计对第一处理数据进行筛选，得到大地电磁数据。
[0019]上述进一步方案的有益效果为：本专利技术获取的大地电磁数据包括视电阻率、相位、张量阻抗和倾子等，以提供多维度的实测电磁数据，确保本专利技术的成像精度。
[0020]进一步地，所述步骤S3中网格剖分具体为中间网格间距为12km，X轴有30个，Y轴有34个，边界网格为15km、20km、30km、50km不均匀网格剖分，深度网格浅部为等间距2km，并且深部网格间距随深度增加而增加。
[0021]上述进一步方案的有益效果为：本专利技术的网格剖分方法综合考虑了探测目标区域的规模、电磁方法正演精度、反演的稳定性等因素，以达到正演精度和反演稳定性的平衡。
[0022]进一步地，所述步骤S5中电磁单方法反演目标函数的表达式为：
[0023][0024]其中，为电磁单方法反演目标函数；m为待求解的电阻率模型，具体为网格化后所有网格电阻率参数组成的列向量；m0为初始模型；λ为正则化因子；d
obs
为大地电磁数据；F(m)为正演响应数据；F(
·
)为正演响应算子；为数据协方差矩阵的逆；为模型协方差矩阵的逆；T为转置。
[0025]上述进一步方案的有益效果为：电磁单方法反演目标函数的构建是加入先验地质模型约束项的前置条件，是本专利技术的重要环节。
[0026]进一步地，所述步骤S6具体为：
[0027]S601、根据三维地质模型，利用交叉梯度构建先验地质模型约束项；
[0028]S602、根据先验地质模型约束项和电磁单方法反演目标函数，构建基于地质信息约束的电磁反演目标函数；
[0029]S603、根据基于地质信息约束的电磁反演目标函数，得到初始电阻率模型；
[0030]S604、根据基于地质信息约束的电磁反演目标函数，利用有限内存拟牛顿法，以初始电阻率模型为第一次迭代的电阻率模型进行迭代，直至满足迭代终止条件，输出最后一
次迭代的电阻率模型，完成基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演。
[0031]上述进一步方案的有益效果为：在电磁单方法反演目标函数中，加入先验地质信息约束，提高了电磁单方法反演精度，实现基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演，有效地利用已有的地质信息，有效克服单方法体积效应和低阻体下方分辨率低的问题，提高电磁方法深部的成像精度。
[0032]进一步地，所述步骤S601具体为：
[0033]S6011、根据三维地质模型，构建交叉梯度向量：
[0034][0035]其中，为交叉梯度向量；为梯度算子；m
g
为三维地质模型；m为待求解的电阻率模型，具体为网格化后所有网格电阻率参数组成的列向量；t
x
为交叉梯度向量x方向上的分量；t
y
为交叉梯度向量y方向上的分量；t
z
为交叉梯度向量z方向上的分量；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采集目标区域的初始大地电磁数据,并对初始大地电磁数据进行预处理，得到大地电磁数据；S2、采集目标区域的地质信息，并根据地质信息得到三维地质模型；S3、构建目标区域的初始模型，并对初始模型进行网格剖分，得到剖分结果；S4、根据目标区域的初始模型和剖分结果，进行正演模拟，得到正演响应数据；S5、根据正演响应数据和大地电磁数据，利用地球物理正则化反演理论，构建电磁单方法反演目标函数；S6、根据电磁单方法反演目标函数和三维地质模型，完成基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演。2.根据权利要求1所述基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S101、采集目标区域的初始大地电磁数据；S102、将初始大地电磁数据通过快速傅里叶变换到频率域，得到频率域数据；S103、对频率域数据进行滤波、重采样和频谱分析，得到第一处理数据；S104、利用稳健估计对第一处理数据进行筛选，得到大地电磁数据。3.根据权利要求1所述基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法，其特征在于，所述步骤S3中网格剖分具体为中间网格间距为12km，X轴有30个，Y轴有34个，边界网格为15km、20km、30km、50km不均匀网格剖分，深度网格浅部为等间距2km，并且深部网格间距随深度增加而增加。4.根据权利要求1所述基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法，其特征在于，所述步骤S5中电磁单方法反演目标函数的表达式为：其中，为电磁单方法反演目标函数；m为待求解的电阻率模型，具体为网格化后所有网格电阻率参数组成的列向量；m0为初始模型；λ为正则化因子；d
obs
为大地电磁数据；F(m)为正演响应数据；F(
·
)为正演响应算子；为数据协方差矩阵的逆；为模型协方差矩阵的逆；T为转置。5.根据权利要求1所述基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：S601、根据三维地质模型，利用交叉梯度构建先验地质模型约束项；S602、根据先验地质模型约束项和电磁单方法反演目标函数，构建基于地质信息约束的电磁反演目标函数；S603、根据基于地质信息约束的电磁反演目标函数，得到初始电阻率模型；S604、根据基于地质信息约束的电磁反演目标函数，利用有限内存拟牛顿法，以初始电阻率模型为第一次迭代的电阻率模型进行迭代，直至满足迭代终止条件，输出最后一次迭代的电阻率模型，完成基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演。6.根据权利要求5所述基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法，其特征在
于，所述步骤S601具体为：S6011、根据三维地质模型，构建交叉梯度向量：其中，为交叉梯度向量；为梯度算子；m
g
为三维地质模型；m为待求解的电阻率模型，具体为网格化后所有网格电阻率参数组成的列向量；t
x
为交叉梯度向量x方向上的分量；t
y
为交叉梯度向量y方向上的分量；t
z
为交叉梯度向量z方向上的分量；S6012、根据交叉梯度向量，得到先验地质模型约束项，所述先验地质模型约束项和先验地质模型约束项的梯度的表达式分别为：验地质模型约束项的梯度的表达式分别为：验地质模型约束项的梯度的表达式分别为：验地质模型约束项的梯度的表达式分别为：验地质模型约束项的梯度的表达式分别为：验地质模型约束项的梯度的表达式分别为：验地质模型约束项的梯度的表达式分别为：其中，为先验地质模型约束项；为交叉梯度向量的转置；t
xT
为交叉梯度向量x方向上的分量的转置；t
yT
为交叉梯度向量y方向上的分量的转置；t
zT
为交叉梯度向量z方向上的分量的转置；为先验地质模型约束项的梯度；为偏导数算子；为m经过变换后的待求解模型；为交叉梯度项计算公式；为另一种形式的模型协方差矩阵；B
x
为t
x
对m的偏导数矩阵；B
y
为t
y
对m的偏导数矩阵；B
z
为t
z
对m的偏导数矩阵；T为转置。7.根据权利要求6所述基于地质信息和电磁数据联合驱动的电磁反演方法，其特征在于，所述步骤S602中基于地质信息约束的电磁反演目标函数以及基于地质信息约束的电磁反演目标函数的梯度的表达式分别为：反演目标函数的梯度的表达式分别为：Δd＝d
obs
‑
F(m)其中，为基于地质信息约束的电磁反演目标函数；为基于地质信息约束的电磁反演目标函数的梯度；J为雅克比矩阵；W
d
为另一种形式的数据协方差矩阵的逆；β为约束项权重因子；B
xT
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴萍萍，
申请(专利权)人：中国地震局地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：