一种变倾角三维磁场的快速正演方法技术

本发明专利技术公开了一种变倾角三维磁场的快速正演方法，具体涉及地球物理勘探技术领域。本发明专利技术根据工区观测平面中各观测点的位置，对应在各观测点的位置将地下场源空间划分为多个长方体模型，确定长方体模型的总磁场强度矢量正演计算公式，并根据工区的位置和日期，基于国际地磁参考场模型获取各长方体模型中心点处和各观测点位置的磁参数矩阵，与地下场源空间中长方体模型总磁场强度矢量正演计算公式相结合，利用快速算法计算各长方体模型用于确定总磁场强度矢量的各磁场分量，得到工区地下场源空间的总磁化强度T。本发明专利技术方法通过将各长方体模型和各观测点的磁参数融入到重磁场快速算法中的方式，提高了变倾角三维磁场快速正演计算的效率和精度，适用于大区域磁场和强剩磁磁场的快速正演。剩磁磁场的快速正演。剩磁磁场的快速正演。

【技术实现步骤摘要】
一种变倾角三维磁场的快速正演方法


[0001]本专利技术属于地球物理勘探
，具体涉及一种变倾角三维磁场的快速正演方法。

技术介绍

[0002]磁法勘探作为常用的地球物理勘探方法，主要用来寻找和勘探矿产(例如铁矿、铅锌矿、铜锦矿等)、进行地质填图、研究与油气有关的地质构造、研究大地构造以及进行军事侦察(例如未爆弹、潜艇和水雷等)等。反演是解释磁性目标的重要过程，其主要是为了利用获得的磁性目标磁测数据评估地下或水下未知磁性体的轮廓形态。
[0003]正演作为反演的基础，正演计算的效率和精度直接影响了反演计算的效率和效果。基于BTTB(Block
‑
Toeplitz Toeplitz
‑
Block)矩阵的重磁正演算法具有高精度、高效率的优势，众多学者对其进行了相关研究，其中袁洋等提出的基于BTTB矩阵的快速高精度三维磁场正演算法，只能计算地磁场方向和磁化强度方向固定的情况，正演计算受磁场方向的影响较大。对于小区域并且磁性体仅包含感应磁化而忽略剩余磁化影响的情况，磁法正演时一般采用工区中心的磁参数代表整个工区的磁参数，由于工区内磁参数变化小，正演计算能够达到较高的计算精度。但是，当工作区域较大时或存在强剩磁磁性体时，工区内的磁参数存在较大的变化，如果强行用固定的磁参数，则会导致正演计算结果存有较大的误差。
[0004]因此，亟需提出一种变倾角三维磁场的快速正演方法，实现对大区域磁场或强剩磁磁场的高精度快速正演。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述技术问题，提出了一种变倾角三维磁场的快速正演方法，实现了对大区域磁场和强剩磁磁场的高精度快速正演，有利于准确获取地下空间三维磁场的真实情况。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种变倾角三维磁场的快速正演方法，具体包括如下步骤：
[0008]步骤1，获取工区的工况信息，确定工区观测平面中所有观测点的位置，对应各观测点的位置将工区地下场源空间划分为多个长方体模型，确定地下场源空间中长方体模型总磁场强度矢量的正演计算公式；
[0009]步骤2，根据工区的位置和日期，基于国际地磁参考场模型计算各长方体模型中心点处和各观测点位置的磁参数矩阵
[0010]步骤3，基于工区地下场源空间中长方体模型总磁场强度矢量的正演计算公式，结合国际地磁参考场模型所计算的各长方体模型中心点处和各观测点位置的磁参数矩阵，利用快速算法计算各长方体模型用于确定总磁场强度矢量，得到工区地下场源空间的总磁化强度T。
[0011]优选地，所述步骤1中，获取工区的工况信息，确定工区内观测点的总数量P以及各观测点的位置，以地表作为观测平面构建三维空间坐标系，沿z方向将工区地下场源空间剖分为p层，每层内将地下场源空间沿x方向将等间隔划分m份、沿y方向等间隔划分n份，划分后地下场源空间共设置有N个长方体模型，长方体模型的总数N为m
×
n
×
p，水平方向上各层中各长方体模型的位置与地表观测点的位置一一对应，工区内观测点的总数量P为m
×
n个；
[0012]在三维空间坐标系中，通过在观测平面上划分网格获取各观测点的坐标，确定长方体模型总磁场强度矢量的正演计算公式为体积分公式，长方体模型总磁场强度矢量的正演计算公式如公式(1)所示：
[0013][0014]其中，
[0015][0016][0017][0018][0019]r＝[(ξ
‑
x)+(η
‑
y)+(ζ
‑
z)]1/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
5)
[0020]式中，ΔT为总磁场，(x,y,z)为观测平面上网格点的坐标；(ξ,η,ζ)为长方体模型内场源点的坐标；(x0,y0,z0)为长方体模型中心点的坐标，a为长方体模型沿x方向的延伸长度，b为长方体模型沿y方向的延伸长度，c为长方体模型沿z方向的延伸长度；M为长方体模型的总磁化强度；μ0为真空中的磁导率；I0为总磁化强度倾角；D0为总磁化强度偏角；I1为地磁场方向倾角；D1为地磁场方向偏角；为观测点磁化方向在x方向的单位投影，为观测点磁化方向在y方向的单位投影，为观测点磁化方向在z方向的单位投影；V
xx
为长方体模型的磁力位在x方向上的二阶导数，V
yy
为长方体模型的磁力位在y方向上的二阶导数，V
zz
为长方体模型的磁力位在z方向上的二阶导数，V
xy
为长方体模型的磁力位在xy方向上的二阶导数，V
yx
为长方体模型的磁力位在yx方向上的二阶导数，V
xz
为长方体模型的磁力位在xz方向上的二阶导数，V
zx
为长方体模型的磁力位在zx方向上的二阶导数，V
yz
为长方体模型的磁力位在yz方向上的二阶导数，V
zy
为长方体模型的磁力位在zy方向上的二阶导数；T
x
为磁场在x方向的分量，T
y
为磁场在y方向的分量，T
z
为磁场在z方向的分量；π为圆周率；M
x
为长方体模型磁化率在x方向的分量，M
y
为长方体模型磁化率在y方向的分量，M
z
为长方体模型磁化率在z方向的分量；为长方体模型磁化方向在x方向的单位投影，为长方体模型磁化方向在y方向的单位投影，为长方体模型磁化方向在z方向的单位投影；r为长方体内场源点与观测点之间的距离。
[0021]优选地，所述步骤2中，通过将长方体模型中心点处的位置以及各观测点的位置输入国际地磁参考场模型中，利用国际地磁参考场模型计算得到地下场源空间中各长方体模型中心点处的磁参数矩阵以及各观测点位置的磁参数矩阵
[0022]优选地，所述步骤3中，当地下场源空间中长方体模型与观测点具有不同的倾角和偏角时，将长方体模型的总磁场强度矢量表示为：
[0023][0024]式中，为矩阵尺寸P
×
P的对角矩阵，包括对角矩阵对角矩阵和对角矩阵和对角矩阵为矩阵尺寸N
×
N的二维矩阵，包括对角矩阵对角矩阵和对角矩阵m为磁化率模型矩阵，矩阵尺寸为N
×
1；磁化率正演系数矩阵V
rs
，矩阵尺寸为P
×
N，包括核矩阵V
xx
、核矩阵V
xy
、核矩阵V
xz
、核矩阵V
yx
、核矩阵V
yy
、核矩阵V
yz
、核矩阵V
zx
、核矩阵V
zy
和核矩阵V
zz
；
[0025]当地下场源空间中长方体模型与观测点具有相同的倾角和偏角时，结合单位矩阵I
d
和I
m
，将长方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变倾角三维磁场的快速正演方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1，获取工区的工况信息，确定工区观测平面中所有观测点的位置，对应各观测点的位置将工区地下场源空间划分为多个长方体模型，确定地下场源空间中长方体模型总磁场强度矢量的正演计算公式；步骤2，根据工区的位置和日期，基于国际地磁参考场模型计算各长方体模型中心点处和各观测点位置的磁参数矩阵步骤3，基于工区地下场源空间中长方体模型总磁场强度矢量的正演计算公式，结合国际地磁参考场模型所计算的各长方体模型中心点处和各观测点位置的磁参数矩阵，利用快速算法计算各长方体模型用于确定总磁场强度矢量，得到工区地下场源空间的总磁化强度T。2.根据权利要求1所述的变倾角三维磁场的快速正演方法，其特征在于，所述步骤1中，获取工区的工况信息，确定工区内观测点的总数量P以及各观测点的位置，以地表作为观测平面构建三维空间坐标系，沿z方向将工区地下场源空间剖分为p层，每层内将地下场源空间沿x方向将等间隔划分m份、沿y方向等间隔划分n份，划分后地下场源空间共设置有N个长方体模型，长方体模型的总数N为m
×
n
×
p，水平方向上各层中各长方体模型的位置与地表观测点的位置一一对应，工区内观测点的总数量P为m
×
n个；在三维空间坐标系中，通过在观测平面上划分网格获取各观测点的坐标，确定长方体模型总磁场强度矢量的正演计算公式为体积分公式，长方体模型总磁场强度矢量的正演计算公式如公式(1)所示：其中，其中，
r＝[(ξ
‑
x)+(η
‑
y)+(ζ
‑
z)]
1/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
5)式中，ΔT为总磁场，(x,y,z)为观测平面上网格点的坐标；(ξ,η,ζ)为长方体模型内场源点的坐标；(x0,y0,z0)为长方体模型中心点的坐标，a为长方体模型沿x方向的延伸长度，b为长方体模型沿y方向的延伸长度，c为长方体模型沿z方向的延伸长度；M为长方体模型的总磁化强度；μ0为真空中的磁导率；I0为总磁化强度倾角；D0为总磁化强度偏角；I1为地磁场方向倾角；D1为地磁场方向偏角；为观测点磁化方向在x方向的单位投影，为观测点磁化方向在y方向的单位投影，为观测点磁化方向在z方向的单位投影；V
xx
为长方体模型的磁力位在x方向上的二阶导数，V
yy
为长方体模型的磁力位在y方向上的二阶导数，V
zz
为长方体模型的磁力位在z方向上的二阶导数，V
xy
为长方体模型的磁力位在xy方向上的二阶导数，V
yx
为长方体模型的磁力位在yx方向上的二阶导数，V
xz
为长方体模型的磁力位在xz方向上的二阶导数，V
zx
为长方体模型的磁力位在zx方向上的二阶导数，V
yz
为长方体模型的磁力位在yz方向上的二阶导数，V
zy
为长方体模型的磁力位在zy方向上的二阶导数；T
x
为磁场在x方向的分量，T
y
为磁场在y方向的分量，T
z
为磁场在z方向的分量；π为圆周率；M
x
为长方体模型磁化率在x方向的分量，M
y
为长方体模型磁化率在y方向的分量，M
z
为长方体模型磁化率在z方向的分量；为长方体模型磁化方向在x方向的单位投影，为长方体模型磁化方向在y方向的单位投影，为长方体模型磁化方向在z方向的单位投影；r为长方体内场源点与观测点之间的距离。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆磊，邱隆君，杜炳锐，施苏利，苏振宁，冯楚豪，
申请(专利权)人：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，
类型：发明
国别省市：