基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法技术

本发明专利技术公开了基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法，包括：根据测区测线分布选取N

【技术实现步骤摘要】
基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法


[0001]本专利技术涉及地球物理航空电磁勘探
，尤其是基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法。

技术介绍

[0002]半航空瞬变电磁法采用固定的接地导线源作为发射源，采用飞行器搭载接收线圈对测区进行勘查，因其勘探效率高、探测深度大而在各类地质勘查实际应用中取得了突出的效果。半航空瞬变电磁接收系统的采样率高，飞行器速度较快，在实际探测过程中会产生海量的数据，而采用三维正反演方法成像时需要耗费大量的时间和精力，不能够满足野外工作需求。因此，快速的一维反演方法被广泛应用在实际工作当中，然而简单的一维正反演方法由于受数据质量和噪声水平影响，其反演结果的界面连续性较差，甚至出现界面突变的假异常。
[0003]例如专利申请号为“CN202210160358.5”、名称为“基于L1L2混合范数的半航空瞬变电磁数据反演方法及装置”的中国专利技术专利，其包括以下步骤：利用接收装置采集待测区域的电磁响应数据；构建待检测区域的地层模型，并预设迭代终止条件；求得电磁响应数据的L2范数约束项对应的横向约束加权矩阵；求得或更新电磁响应数据的L1范数约束项对应的纵向约束矩阵；将数据拟合梯度项、L1范数约束项、L2范数约束项构成目标函数并对模型增量求导等于零后展开公式；利用展开公式反演计算求得模型增量并修正模型，达到终止迭代条件后获得反演成像图像。
[0004]上述技术存在以下问题：
[0005]反演成像算法仅考虑了一条测线中各个测点之间横向连续性；当进行多个测线反演成像时，相邻测线之间的电阻率值及层界面信息会出现不连续甚至突变的情况，给后续的电性界面解释造成难以解释的问题。
[0006]因此，急需要提出一种逻辑简单、准确可靠的基于空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法，其包括以下步骤：
[0009]根据测区测线分布选取N
L
条测线，并在任一条测线上选取N
P
个测点；所述N
L
和N
P
均为正整数；
[0010]根据测线和测点的数量，预设测线约束算子R
L
和任一测线的横向约束算子R
P
；
[0011]采集测区的电磁数据，并构建一维观测数据向量，与正演的结果做差生成数据拟
合项；
[0012]将测线约束算子R
L
和任一测线的横向约束算子R
P
与数据拟合项合并构成正则化目标函数；
[0013]采用收敛效率高的牛顿法搜寻正则化问题的极小值，求得最优解，并获得地下三维电性结构分布图像。
[0014]进一步地，还包括：
[0015]获取半航空瞬变电磁系统的任一收发装置参数及观测数据时间道数N
T
，将所有测线的观测数据沿列向进行排列构成一维第一列向数组。
[0016]进一步地，还包括：
[0017]根据探测深度预设反演初始模型的层数N、任一层的厚度以及任一层模型的电阻率值；
[0018]将任一测点的模型参数沿列向排列构成一维第二列向数组。
[0019]优选地，所述观测数据向量的表达式为：
[0020][0021][0022]其中，表示第i条测线的第N
P
个测点。
[0023]优选地，所述测线约束算子R
L
的表达式为：
[0024][0025]其中，N表示反演初始模型的层数。
[0026]进一步地，，所述横向约束算子R
P
的构建过程如下：
[0027]获取任一测线的电磁数据，得到横向光滑算子r，其表达式为：
[0028][0029]将单条的测线的横向光滑算子r沿对角线进行排列构成横向约束算子R
P
，其表达式为：
[0030][0031]进一步地，所述数据拟合项的表达式为：
[0032][0033]其中，T表示矩阵的转置；d
obs
表示观测数据向量；W
d
表示数据加权矩阵；F为正演算子，M为模型参数向量。
[0034]进一步地，将测线约束算子R
L
和任一测线的横向约束算子R
P
与数据拟合项合并构成正则化目标函数，并采用牛顿法进行迭代求解，包括以下步骤：
[0035]将测线约束算子R
L
和任一测线的横向约束算子R
P
与数据拟合项合并，并施加权重，构成空间约束的正则化最小化问题，其表达式为：
[0036][0037]其中，α表示正则化因子；s
w
(M)表示空间约束正则化项；
[0038]所述空间约束正则化项s
w
(M)的表达式为：
[0039][0040]其中，W
L
表示测线约束算子R
L
的模型约束的加权矩阵；W
p
表示测线的横向约束算子R
P
的模型约束的加权矩阵。
[0041]进一步地，采用收敛效率高的牛顿法搜寻正则化问题的极小值，在第(k+1)次迭代时，反演模型更新方程为：
[0042][0043][0044]其中，M
k+1
表示第(k+1)次迭代时的反演模型；M
k
表示第k次迭代时的反演模型；J
k
表示第k次迭代过程中的雅可比矩阵；T表示矩阵的转置；α
k
表示第k次迭代过程中的正则化因子；M
k
表示第k次迭代过程中的模型参数向量。
[0045]进一步地，所述反演模型更新至模型正演数据与观测数据向量的观测数据的误差小于等于预设的拟合差或迭代次数达到预设的上限，获得地下三维电性结构分布图像。
[0046]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0047](1)本专利技术巧妙地基于一维模型对三维数据体进行反演，同时考虑了在一条测线当中相邻测点之间的电阻率物性的横线连续性和相邻测线之间对应测点的物性连续特征，其好处在于:一方面可避免三维反演耗时量巨大的问题，另一方面又考虑了地下三维地质体的三维结构连接性特征。
[0048](2)本专利技术通过对模型测线约束算子和测线横向约束算子施加不同的权重因子以控制两种连续性约束在反演当中的权重。
[0049](3)本专利技术采用收敛速度快的牛顿法进行迭代求解，同时也引入正则化约束条件，让反演过程又快又稳定，得到连续的底层界面信息，避免界面不光滑给后续解释带来困扰。
[0050]综上所述，本专利技术具有逻辑简单、准确可靠等优点，并且能够快速反演得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法，其特征在于，包括以下步骤：根据测区测线分布选取N
L
条测线，并在任一条测线上选取N
P
个测点；所述N
L
和N
P
均为正整数；根据测线和测点的数量，预设测线约束算子R
L
和任一测线的横向约束算子R
P
；采集测区的电磁数据，并构建一维观测数据向量，与正演的结果做差生成数据拟合项；将测线约束算子R
L
和任一测线的横向约束算子R
P
与数据拟合项合并构成正则化目标函数；采用收敛效率高的牛顿法搜寻正则化问题的极小值，求得最优解，并获得地下三维电性结构分布图像。2.根据权利要求1所述的基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法，其特征在于，还包括：获取半航空瞬变电磁系统的任一收发装置参数及观测数据时间道数N
T
，将所有测线的观测数据沿列向进行排列构成一维第一列向数组。3.根据权利要求2所述的基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法，其特征在于，还包括：根据探测深度预设反演初始模型的层数N、任一层的厚度以及任一层模型的电阻率值；将任一测点的模型参数沿列向排列构成一维第二列向数组。4.根据权利要求3所述的基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法，其特征在于，所述观测数据向量的表达式为：法，其特征在于，所述观测数据向量的表达式为：其中，表示第i条测线的第N
P
个测点。5.根据权利要求1所述的基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法，其特征在于，所述测线约束算子R
L
的表达式为：其中，N表示反演初始模型的层数。6.根据权利要求5所述的基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法，其特征在于，所述横向约束算子R
P
的构建过程如下：获取任一测线的电磁数据，得到横向光滑算子r，其表达式为：
将单条的测线的横向光滑算子r沿对角线进行排列构成横向约束算子R
P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绪本，路俊涛，惠哲剑，郭明，王向鹏，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：