專利名稱：大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大地電磁測深方法的處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法。
背景技術(shù)：
大地電磁測深方法廣泛應(yīng)用于深部地質(zhì)探測和礦產(chǎn)、水、石油、地?zé)岬荣Y源勘查。而目前二維反演是其數(shù)據(jù)處理的主流方法，三維反演方法的研究較少，國外科學(xué)家分別提出了快速松弛法、共軛梯度法、非線性共軛梯度法等方法，國內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)了快速松弛法和共軛梯度法。目前大地電磁場三維反演技術(shù)仍是行業(yè)內(nèi)研究的前沿問題，其中要解決的重點問題是減少反演計算量和內(nèi)存占用量、提高數(shù)據(jù)處理的效率。為了提高效率和精度，地球物理 學(xué)家先后將快速松弛法、共軛梯度法、和非線性共軛梯度法引入大地電磁場的三維反演中。快速松弛法使用降低維度的方法減少計算量，但計算精度有限；共軛梯度法使用矩陣乘積代替了雅克比矩陣的計算，提高了計算效率，但是收斂較慢；非線性共軛梯度法不但取消了雅克比矩陣的計算，而且采用預(yù)處理和線性查找的方法提高計算效率，加快反演的收斂速度。因此非線性共軛梯度法是目前解決大地電磁場三維反演問題較好的方法。所以現(xiàn)有的大地電磁場反演方法中以大地電磁場交錯網(wǎng)格有限差分作為正演方法(Smith, 1996),以非線性共軛梯度作為反演方法(Newman & Alumbaugh, 2000)。但是非線性共軛梯度法中預(yù)處理因子的選擇十分重要，該參數(shù)的選擇關(guān)系反演效率和精度?，F(xiàn)有的非線性共軛梯度法中由于預(yù)處理因子的選擇要么十分復(fù)雜，計算效率較低；要么較為簡單，并且與初始模型電阻率相關(guān)，降低了算法的有效性。鑒于上述現(xiàn)有的大地電磁場三維反演方法中存在的問題和缺陷，本發(fā)明人依靠多年的工作經(jīng)驗和豐富的專業(yè)知識積極加以研究和創(chuàng)新，最終發(fā)明了一種大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法，具有高效率，高精度的特點。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法，具有高效率，高精度的特點。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法，包括如下步驟a.建立三維模型，確定模型參數(shù)；b.以大地電磁場交錯網(wǎng)格有限差分作為正演方法通過模型電阻率獲得阻抗響應(yīng)；c.將正演得到的阻抗與實測阻抗對比，獲得阻抗數(shù)據(jù)誤差；d.判斷目標函數(shù)值是否足夠小，當目標函數(shù)值足夠小時結(jié)束迭代，否則進入下一
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少；
e.計算目標函數(shù)的梯度，以非線性共軛梯度法作為反演方法獲得查找步長和查找方向，從而計算出模型修改量，其中使用阻抗數(shù)據(jù)誤差和當前迭代計算所得的電阻率作為反演方法中的預(yù)處理因子；f.修正模型,并返回步驟b。進一步，其中根據(jù)計算機的CPU數(shù)量自動將每個頻點的數(shù)據(jù)分配給所有的CPU進行正演以及目標函數(shù)梯度的并行計算。進一步，步驟a中模型建立如下在笛卡爾坐標系下沿x、y、z三個坐標軸將地下空間劃分成隊、乂、隊個小的長方體網(wǎng)格單元，間距為Δχω (i=l, · . ·，Nx)、Ay(J) (j=l, · · ·，Ny)、ΔΖ(1 ) (k=l,...,Nz);編號為(i，j，k)的長方體網(wǎng)格單元的長度、寬度和高度分別為Λχ⑴、Ay(j)、Az(k)，其電阻率為P (i，j，k)，其中電場取在網(wǎng)格單元邊緣的中點，磁場取在網(wǎng)格單元表面的中心。進一步，步驟b中，通過下述方程組(3)得到阻抗，
權(quán)利要求
1.大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法，其特征在于，包括如下步驟 a.建立三維模型，確定模型參數(shù)； b.以大地電磁場交錯網(wǎng)格有限差分作為正演方法通過模型電阻率獲得阻抗響應(yīng)； c.將正演得到的阻抗與實測阻抗對比，獲得阻抗數(shù)據(jù)誤差； d.判斷目標函數(shù)值是否足夠小，當目標函數(shù)值足夠小時結(jié)束迭代，否則進入下一步； e.計算目標函數(shù)的梯度，以非線性共軛梯度法作為反演方法獲得查找步長和查找方向，從而計算出模型修改量，其中使用阻抗數(shù)據(jù)誤差和當前迭代計算所得的電阻率作為反演方法中的預(yù)處理因子； f.修正模型，并返回步驟b。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法，其特征在于，其中根據(jù)計算機的CPU數(shù)量自動將每個頻點的數(shù)據(jù)分配給所需的CPU進行正演以及目標函數(shù)梯度的并行計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法，其特征在于，步驟a中模型建立如下在笛卡爾坐標系下沿x、y、z三個坐標軸將地下空間劃分成Nx、Ny> Nz個小的長方體網(wǎng)格單元，間距為A X⑴(i=l,…，Nx)、A y(J) (j=l,…，Ny)、A z(k)(k=l, . . . , Nz);編號為(i，j，k)的長方體網(wǎng)格單元的長度、寬度和高度分別為Ax⑴、Ay(J)、Az(k)，其電阻率為P (i，j，k)，其中電場取在網(wǎng)格單元邊緣的中點，磁場取在網(wǎng)格單元表面的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法，其特征在于，步驟b中，通過下述方程組(3)得到阻抗，
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法，其特征在于，步驟e中，目標函數(shù)為
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法，其特征在于，目標函數(shù)值包括由野外采集數(shù)據(jù)得到的電性阻抗與模型阻抗響應(yīng)的偏差和當前迭代電阻率與初始模型電阻率的差，目標函數(shù)值的標準偏差達到數(shù)據(jù)誤差水平即為目標函數(shù)值足夠小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大地電磁場非線性共軛梯度三維反演方法，包括如下步驟a.建立三維模型，確定模型參數(shù)；b.以大地電磁場交錯網(wǎng)格有限差分作為正演方法通過模型電阻率獲得阻抗響應(yīng)；c.將正演得到的阻抗與實測阻抗對比，獲得阻抗數(shù)據(jù)偏差；d.判斷目標函數(shù)值是否足夠小，當目標函數(shù)值足夠小時結(jié)束迭代，否則進入下一步；e.計算目標函數(shù)的梯度，以非線性共軛梯度法作為反演方法獲得查找步長和查找方向，從而計算出模型修改量，其中使用阻抗數(shù)據(jù)誤差和當前迭代計算所得的電阻率作為反演方法中的預(yù)處理因子；f.修正模型，并返回步驟b。本發(fā)明方法具有高效率，高精度的特點。
文檔編號G01V3/38GK102798898SQ20121029733
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者張昆 申請人:中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 張昆