基于复杂地形的重力场数值模拟方法、装置和计算机设备制造方法及图纸

本申请涉及一种基于复杂地形的重力场数值模拟方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：构建包含复杂地形和勘探目标的三维长方体模型，进行网格剖分，得到多个小长方体，设定小长方体的空间域密度值；根据网格剖分的网格参数和预设的高斯参数，得到偏移波数，根据地形信息，将三维长方体模型分为下部分模型和上部分模型，分块叠加计算多个观测面的频率域重力异常场，进行二维高斯傅里叶反变换，得到多个观测面的空间域重力异常场，通过样条插值算法得到复杂地形起伏表面的空间域重力异常场。本发明专利技术垂直方向保留在空间域，网格剖分灵活，适合模拟复杂地形及复杂地质体，多个偏移波数便于并行计算，提高了重力异常计算效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
基于复杂地形的重力场数值模拟方法、装置和计算机设备


[0001]本申请涉及计算机数值模拟
，特别是涉及一种基于复杂地形的重力场数值模拟方法、装置、计算机设备和存储介质。

技术介绍

[0002]现阶段，由于重力观测数据的增加，重力场正演所需的内存和计算的急剧增长，对于普通计算机难以实现，已经成为三维密度快速成像的难点问题。
[0003]目前，空间域方法以其准确性仍然占据主导地位，但是随着标准FFT扩边法和NUFFT在重力异常正演数值模拟中的应用，频率域方法以其简洁性、准确性和高校性成为处理大规模正演的首选方法。文献(Chai Y , Hinze W J . Gravity inversion of an interface above which the density contrast varies exponentially with depth. Geophysics, 1988, 53(6):837
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845.)采用偏移抽样方法有效提高了傅里叶变换的精度，使频率域方法逐渐应用到复杂模型正演模拟中。文献(Tontini, F.C., L. Cocchi, C. Carmisciano. Rapid 3
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D forward model of potential fields with application to the Palinuro Seamount magnetic anomaly (southern Tyrrhenian Sea, Italy). Journal of Geophysical Research, 2009. 114.)给出了任意密度分布情况下的重力异常频率域表达式。
[0004]现有技术中，大尺度大规模的航空重力测量已经兴起，但实际航空测量中地形并非是一个平面，而是复杂的起伏地形，传统空间域方法和频率域方法难以满足海量高分辨率数据精细快速反演要求，存在适应性不佳的问题，因此研究一种基于复杂地形的三维重力异常高效高精度数值模拟方法具有现实意义。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够适用于复杂地形重力场数值模拟的基于复杂地形的重力场数值模拟方法、装置、计算机设备和存储介质。
[0006]一种基于复杂地形的重力场数值模拟方法，所述方法包括：根据复杂地形的地形信息和勘探目标的目标信息，构建包含所述复杂地形和所述勘探目标的三维长方体模型，将所述三维长方体模型在x轴方向、y轴方向和z轴方向进行网格剖分，得到多个小长方体，每个所述小长方体在x轴方向和y轴方向的尺寸相同，并根据所述地形信息和所述目标信息设定所述小长方体的空间域密度值；根据所述三维长方体模型网格剖分的网格参数和预设的高斯参数，得到偏移波数；根据所述空间域密度值和所述网格参数得到所述三维长方体模型的空间域重力位积分表达式，对所述空间域重力位积分表达式沿水平方向进行二维高斯傅里叶变换得到所述三维长方体模型的频率域重力位积分表达式；根据所述地形信息，将所述三维长方体模型分为下部分模型和上部分模型，根据
所述偏移波数分别计算所述下部分模型的第一垂向一维积分和所述上部分模型的第二垂向一维积分；所述下部分模型是复杂地形最低点以下部分的长方体模型，所述上部分是所述最低点以上部分的长方体模型；根据所述频率域重力位积分表达式、预设的频率域位场之间的关系信息、所述第一垂向一维积分和所述第二垂向一维积分，得到频率域重力异常表达式，根据所述频率域重力异常表达式计算多个观测面的频率域重力异常场；对所述频率域重力异常场沿水平方向进行二维高斯傅里叶反变换，得到多个观测面的空间域重力异常场；所述观测面是z轴方向取定值时对应的水平面；根据所述多个观测面的空间域重力异常场，通过样条插值算法得到所述复杂地形的起伏表面的空间域重力异常场的数值模拟结果。
[0007]在其中一个实施例中，还包括：根据所述地形信息和所述目标信息设定所述小长方体的空间域密度值；所述小长方体的密度为常值，不同小长方体的密度值不同，将空气部分小长方体的密度赋为零。
[0008]在其中一个实施例中，还包括：根据所述三维长方体模型网格剖分的网格参数和预设的高斯参数，得到偏移波数为：，得到偏移波数为：其中，、分别表示x和y方向的偏移波数，表示高斯点坐标，表示采用的高斯点个数，，分别表示x和y方向的基波数，可以表示为：，；p 和q分别表示整数序列，当p 和q为偶数时：和q为偶数时：当p 和q为奇数时：和q为奇数时：
, , 分别表示网格剖分时x, y, z方向剖分的长方体个数，每个小长方体的长宽高分别为, , ，每个小长方体的,相同，不同层长方体的可以不同。
[0009]在其中一个实施例中，还包括：根据所述空间域密度值和所述网格参数得到所述三维长方体模型的空间域重力位积分表达式为：其中，U表示空间域重力位；G为引力常量；m、n、l为卷积计数变量；表示编号为的小长方体的空间域密度值；，为观测点坐标，表示源点坐标；对所述空间域重力位积分表达式沿水平方向进行二维傅里叶变换得到所述三维长方体模型的频率域重力位积分表达式为：；其中，表示频率域重力位，和分别是x和y方向空间波数，为波数；i表示虚数；e表示自然常数；为积分系数，可以表示为：I表示不同偏移波数的一维积分：。
[0010]在其中一个实施例中，还包括：根据所述地形信息，将所述三维长方体模型分为下部分模型和上部分模型，根据所述偏移波数分别计算所述下部分模型的第一垂向一维积分和所述上部分模型的第二垂向一维积分为：
。
[0011]其中，表示所述第一垂向一维积分；表示所述第二垂向一维积分；表示复杂地形最低点以下部分z轴方向网格剖分个数；表示最低点以上部分z轴方向网格剖分个数。
[0012]在其中一个实施例中，还包括：根据所述频率域重力位积分表达式、预设的频率域位场之间的关系信息、所述第一垂向一维积分和所述第二垂向一维积分，得到频率域重力异常表达式为：其中，表示频率域重力异常；分别表示频率域重力异常在x、y、z方向的分量；表示频率域密度值，。
[0013]在其中一个实施例中，还包括：将不同的偏移波数对应的所述积分系数、所述第一垂向一维积分中的分量值和所述第二垂向一维积分的分量值、进行存储；计算多个观测面的频率域重力异常场时直接调用存储的值。
[0014]一种基于复杂地形的重力场数值模拟装置，所述装置包括：模型建立模块，用于根据复杂地形的地形信息和勘探目标的目标信息，构建包含所述复杂地形和所述勘探目标的三维长方体模型，将所述三维长方体模型在x轴方向、y轴方向和z轴方向进行网格剖分，得到多个小长方体，每个所述小长方体在x轴方向和y轴方向的尺寸相同，并根据所述地形信息和所述目标信息设定所述小长方体的空间域密度值；偏移波数计算模块，用于根据所述三维长方体模型网格剖分的网格参数和预设的高斯参数，得到偏移波数；频率域重力位积分表达式获取模块，用于根据所述空间域密度值和所述网格参数得到所述三维长方体模型的空间域重力位积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复杂地形的重力场数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：根据复杂地形的地形信息和勘探目标的目标信息，构建包含所述复杂地形和所述勘探目标的三维长方体模型，将所述三维长方体模型在x轴方向、y轴方向和z轴方向进行网格剖分，得到多个小长方体，每个所述小长方体在x轴方向和y轴方向的尺寸相同，并根据所述地形信息和所述目标信息设定所述小长方体的空间域密度值；根据所述三维长方体模型网格剖分的网格参数和预设的高斯参数，得到偏移波数；根据所述空间域密度值和所述网格参数得到所述三维长方体模型的空间域重力位积分表达式，对所述空间域重力位积分表达式沿水平方向进行二维高斯傅里叶变换得到所述三维长方体模型的频率域重力位积分表达式；根据所述地形信息，将所述三维长方体模型分为下部分模型和上部分模型，根据所述偏移波数分别计算所述下部分模型的第一垂向一维积分和所述上部分模型的第二垂向一维积分；所述下部分模型是复杂地形最低点以下部分的长方体模型，所述上部分是所述最低点以上部分的长方体模型；根据所述频率域重力位积分表达式、预设的频率域位场之间的关系信息、所述第一垂向一维积分和所述第二垂向一维积分，得到频率域重力异常表达式，根据所述频率域重力异常表达式计算多个观测面的频率域重力异常场；所述观测面是z轴方向取定值时对应的水平面；对所述频率域重力异常场沿水平方向进行二维高斯傅里叶反变换，得到多个观测面的空间域重力异常场；根据所述多个观测面的空间域重力异常场，通过样条插值算法得到所述复杂地形的起伏表面的空间域重力异常场的数值模拟结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述地形信息和所述目标信息设定所述小长方体的空间域密度值，包括：根据所述地形信息和所述目标信息设定所述小长方体的空间域密度值；所述小长方体的密度为常值，不同小长方体的密度值不同，将空气部分小长方体的密度赋为零。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述三维长方体模型网格剖分的网格参数和预设的高斯参数，得到偏移波数，包括：根据所述三维长方体模型网格剖分的网格参数和预设的高斯参数，得到偏移波数为：根据所述三维长方体模型网格剖分的网格参数和预设的高斯参数，得到偏移波数为：其中，、分别表示x和y方向的偏移波数，表示高斯点坐标，表示采用的高斯点个数，，分别表示x和y方向的基波数，可以表示为：，
；p 和q分别表示整数序列，当p 和q为偶数时：和q为偶数时：当p 和q为奇数时：和q为奇数时：和q为奇数时：, , 分别表示网格剖分时x, y, z方向剖分的长方体个数，每个小长方体的长宽高分别为, , ，每个小长方体的,相同，不同层长方体的可以不同。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述空间域密度值和所述网格参数得到所述三维长方体模型的空间域重力位积分表达式，对所述空间域重力位积分表达式沿水平方向进行二维傅里叶变换得到所述三维长方体模型的频率域重力位积分表达式，包括：根据所述空间域密度值和所述网格参数得到所述三维长方体模型的空间域重力位积分表达式为：其中，U表示空间域重力位；G为引力常量；m、n、l为卷积计数变量；表示编号为的小长方体的空间域密度值；，为观测点坐标，表示源点坐标；对所述空间域重力位积分表达式沿水平方向进行二维傅里叶变换得到所述三维长方体模型的频率域重力位积分表达式为：
；其中，表示频率域重力位，和分别是x和y方向空间波数，为波数；i表示虚数；e表示自然常数；为积分系数，可以表示为：I表示不同偏移波数的一维积分：。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭龙，柳建新，郭荣文，范平阳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：