【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及可控源电磁数值模拟，具体涉及一种三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法、介质及设备。
技术介绍
1、作为地球物理勘探的关键技术，可控源电磁法（csem）因其较高的勘探深度、高分辨率以及在实地中的强抗干扰能力而被广泛应用于金属矿产和海洋油气资源探查。随着电磁勘探的深化，特别是在地质结构复杂的地区，三维电磁勘探变得日益关键。为了精准解释大量电磁数据，需要开发高效且稳定的三维正反演算法。现有的技术和理论，更专注于某类勘探场景及单一的反演数据类型，而一套三维可控源电磁正反演技术满足多类勘探场景（陆地和海洋）、多种源装置（电偶极子源、单线源和双线源）、多种反演数据类型（电场的同向分量、电场分量的组合、电、磁场分量的组合、单线源阻抗分量和双线源张量阻抗分量）的研究比较少，因此开发一个适用于多种勘探场景、多种源装置、多种反演数据类型的高效稳定的频率域控源电磁三维正反演并行方法、装置、设备及介质具有重要意义。
2、此外在电磁数据解释过程中，反演算法是核心环节。当前电磁反演领域中基于目标函数梯度信息的线搜索优化算法：非线性共轭梯度算法。该算法的核心
技术实现思路
，包括正演响应的获取、灵敏度矩阵的计算、正则化参数的选择与更新，以及在模型更新过程中的步长搜索策略。从数值计算角度出发，反演算法基本上是一个优化方法，而正演算法是其基础。
3、反演离散后的正演方程及灵敏度矩阵的隐式求解是反演计算过程中最耗时的部分。而受频率、网格的拉伸及模型的电导率差异过大的影响，迭代算法会在求解过程中积累误差，导致正演及灵敏度矩阵隐式求解包
4、加之，新世纪以来，电磁测量技术的发展大大促进了地球电磁场的研究，大尺度大规模的电磁测量技术已经蓬勃发展，传统的反演算法难以满足多种勘探场景、多种源装置、多种反演数据类型反演的要求，因此研究一种基于多种勘探场景、多种源装置、多种反演数据类型的高效高精度反演的方法具有现实意义。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种基于多种勘探场景、多种源装置、多种反演数据类型的高效高精度的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，具体技术方案如下：
2、本专利技术提供一种三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，包括如下步骤：
3、s1：选择勘探场景、源类型和反演数据类型，输入观测数据、源类型的频率参数以及初始模型，当前反演模型；
4、s2：对当前反演模型离散后构建正则化无散的电场控制方程，根据选择的勘探场景、源类型和反演数据类型求解二次电场后，转换为当前反演模型下观测数据类型对应的正演响应；
5、s3：构建第次反演迭代的反演模型的目标函数，计算反演模型的均方根拟合差rms，若rms<m或>q次，则，输出反映地下真实介质分布的反演模型，否则进入s4，其中，取大于1的自然数；
6、s4：构建拟正演方程求解目标函数对于反演模型的梯度；
7、s5：基于目标函数和梯度计算更新步长和搜索方向，以更新反演模型得到第次反演迭代的反演模型，具体公式为：
8、；
9、s6：调用调整步长公式调整更新步长，令，重复s2至s5，直至反演结束，输出反映地下真实介质分布的反演模型。
10、可选地，所述s2具体包括：
11、s2.1、对初始模型离散后构建初始电场控制方程，具体表达式为：
12、；
13、其中：代表待求解的二次电场，为基于初始电场控制方程的系数矩阵，，表示旋度算子，表示双旋度算子，表示虚部，，表示角频率，，为频率参数，表示磁导率，，表示长方体网格单元的电导率；为初始电场控制方程的右端项，，表示异常体电导率，表示一次电场；
14、s2.2、对初始电场控制方程作正则化无散的约束处理，获得正则化无散的电场控制方程，具体表达式为：
15、；
16、其中：为梯度算子，为正则化系数，为基于正则化无散的电场控制方程的系数矩阵，为正则化无散的电场控制方程的右端项；
17、s2.3、基于电场控制方程求解二次电场及当前反演模型的正演响应。
18、可选地，所述s2.3包括：
19、s2.3.1、根据勘探场景和源类型计算一次电场，
20、勘探场景为海洋时，源类型为电偶极子源，海洋勘探场景的一次电场的计算方法如下：
21、采用均匀半空间的模型计算一次电场，并储存一次电场，，计算公式为：
22、；
23、其中：为描述磁场或电磁场的分布和变化的矢量位，分别为柱坐标系中的三个坐标变量，和为在柱坐标系中的三个分量；表示背景电导率模型；表示网格剖分参数产生的极矩；
24、每隔次反演迭代采用更新后的反演模型进行平均以后得到层状模型，使用该层状模型计算最新的一次电场，并转换为直角坐标系下的电场储存起来供后续计算使用，直至下次获得新的层状模型，再使用新的层状模型计算一次电场；
25、勘探场景为陆地时，可选择的源类型包括电偶极子源、单线源和正交线源，源类型为电偶极子源的一次电场的计算方法与海洋勘探场景相同，
26、当计算源类型为单线源的一次电场时，则采用点高斯积分方法计算其一次电场，具体包括：
27、给定线源上的个高斯节点，线源上的个高斯节点的坐标位置依次为：，其中为第个高斯节点的横坐标，为第个高斯节点的纵坐标，线源的长度为；
28、调用权重计算公式分别计算各高斯节点的权重，依次为，其中为第个高斯节点的权重；
29、按照电偶极子源的一次电场的计算方法分别计算各高斯节点的一次电场，依次为，其中为第个高斯节点的一次电场；
30、计算线源的一次电场，计算公式为：
31、；
32、当计算源类型为正交线源的一次电场时，具体是：分别计算两个方向线源的一次电场，两个方向线源一次电场的计算方法与单线源的计算方向相同；
33、s2.3.2、基于电场控制方程求解二次电场，根据得到的二次电场进行插值得到观测点上的二次电场；
34、s2.3.3、根据确定的反演数据类型计算正演响应。
35、可选地，所述s3中目标函数的表达式为：
36、；
37、其中：代表观测数据向量，代表由当前反演模型计算得到的正演响应，代表先验模型，表示观测数据的协方差矩阵，代表当前反演模型的协方差矩阵，是正则化因子，代表矩阵或向量的转置操作；
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1.一种三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述S2具体包括：
3.根据权利要求2所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述S2.3包括：
4.根据权利要求3所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述S3中目标函数的表达式为：
5.根据权利要求4所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述S4具体包括：
6.根据权利要求3-5任一项所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述S2.3.3中，输入的反演数据类型为磁场时，正演响应的计算公式如下：
7.根据权利要求1-5任一项所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述S5中的更新步长的计算公式为：
8.根据权利要求1-5任一项所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述S3中的M为1.05，Q为120。
9.一种计算机可读
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行如权利要求1至8中任一项所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法。
...【技术特征摘要】
1.一种三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述s2具体包括：
3.根据权利要求2所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述s2.3包括：
4.根据权利要求3所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述s3中目标函数的表达式为：
5.根据权利要求4所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述s4具体包括：
6.根据权利要求3-5任一项所述的三维可控源多勘探场景多源电磁场反演方法，其特征在于，所述s2.3.3中，输入的反演数据类型为磁场时，正演响应的计算公式如下：...
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