专利名称：大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法
技术领域：
本发明涉及大地电磁测深方法的处理技术领域，具体地说是一种大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法。
背景技术：
大地电磁测深方法广泛应用于深部地质探测和矿产、水、石油、地热等资源勘查。而目前二维反演是其数据处理的主流方法，三维反演方法的研究较少，国外科学家分别提出了快速松弛法、共轭梯度法、非线性共轭梯度法等方法，国内已经实现了快速松弛法和共轭梯度法。目前大地电磁场三维反演技术仍是行业内研究的前沿问题，其中要解决的重点问题是减少反演计算量和内存占用量、提高数据处理的效率。为了提高效率和精度，地球物理 学家先后将快速松弛法、共轭梯度法、和非线性共轭梯度法引入大地电磁场的三维反演中。快速松弛法使用降低维度的方法减少计算量，但计算精度有限；共轭梯度法使用矩阵乘积代替了雅克比矩阵的计算，提高了计算效率，但是收敛较慢；非线性共轭梯度法不但取消了雅克比矩阵的计算，而且采用预处理和线性查找的方法提高计算效率，加快反演的收敛速度。因此非线性共轭梯度法是目前解决大地电磁场三维反演问题较好的方法。所以现有的大地电磁场反演方法中以大地电磁场交错网格有限差分作为正演方法(Smith, 1996),以非线性共轭梯度作为反演方法(Newman & Alumbaugh, 2000)。但是非线性共轭梯度法中预处理因子的选择十分重要，该参数的选择关系反演效率和精度。现有的非线性共轭梯度法中由于预处理因子的选择要么十分复杂，计算效率较低；要么较为简单，并且与初始模型电阻率相关，降低了算法的有效性。鉴于上述现有的大地电磁场三维反演方法中存在的问题和缺陷，本发明人依靠多年的工作经验和丰富的专业知识积极加以研究和创新，最终发明了一种大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法，具有高效率，高精度的特点。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法，具有高效率，高精度的特点。为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法，包括如下步骤a.建立三维模型，确定模型参数；b.以大地电磁场交错网格有限差分作为正演方法通过模型电阻率获得阻抗响应；c.将正演得到的阻抗与实测阻抗对比，获得阻抗数据误差；d.判断目标函数值是否足够小，当目标函数值足够小时结束迭代，否则进入下一
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e.计算目标函数的梯度，以非线性共轭梯度法作为反演方法获得查找步长和查找方向，从而计算出模型修改量，其中使用阻抗数据误差和当前迭代计算所得的电阻率作为反演方法中的预处理因子；f.修正模型,并返回步骤b。进一步，其中根据计算机的CPU数量自动将每个频点的数据分配给所有的CPU进行正演以及目标函数梯度的并行计算。进一步，步骤a中模型建立如下在笛卡尔坐标系下沿x、y、z三个坐标轴将地下空间划分成队、乂、队个小的长方体网格单元，间距为Δχω (i=l, · . ·，Nx)、Ay(J) (j=l, · · ·，Ny)、ΔΖ(1 ) (k=l,...,Nz);编号为(i，j，k)的长方体网格单元的长度、宽度和高度分别为Λχ⑴、Ay(j)、Az(k)，其电阻率为P (i，j，k)，其中电场取在网格单元边缘的中点，磁场取在网格单元表面的中心。进一步，步骤b中，通过下述方程组(3)得到阻抗，
权利要求
1.大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法，其特征在于，包括如下步骤 a.建立三维模型，确定模型参数； b.以大地电磁场交错网格有限差分作为正演方法通过模型电阻率获得阻抗响应； c.将正演得到的阻抗与实测阻抗对比，获得阻抗数据误差； d.判断目标函数值是否足够小，当目标函数值足够小时结束迭代，否则进入下一步； e.计算目标函数的梯度，以非线性共轭梯度法作为反演方法获得查找步长和查找方向，从而计算出模型修改量，其中使用阻抗数据误差和当前迭代计算所得的电阻率作为反演方法中的预处理因子； f.修正模型，并返回步骤b。
2.根据权利要求I所述的大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法，其特征在于，其中根据计算机的CPU数量自动将每个频点的数据分配给所需的CPU进行正演以及目标函数梯度的并行计算。
3.根据权利要求I所述的大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法，其特征在于，步骤a中模型建立如下在笛卡尔坐标系下沿x、y、z三个坐标轴将地下空间划分成Nx、Ny> Nz个小的长方体网格单元，间距为A X⑴(i=l,…，Nx)、A y(J) (j=l,…，Ny)、A z(k)(k=l, . . . , Nz);编号为(i，j，k)的长方体网格单元的长度、宽度和高度分别为Ax⑴、Ay(J)、Az(k)，其电阻率为P (i，j，k)，其中电场取在网格单元边缘的中点，磁场取在网格单元表面的中心。
4.根据权利要求I所述的大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法，其特征在于，步骤b中，通过下述方程组(3)得到阻抗，
5.根据权利要求I所述的大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法，其特征在于，步骤e中，目标函数为
6.根据权利要求I所述的大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法，其特征在于，目标函数值包括由野外采集数据得到的电性阻抗与模型阻抗响应的偏差和当前迭代电阻率与初始模型电阻率的差，目标函数值的标准偏差达到数据误差水平即为目标函数值足够小。
全文摘要
本发明公开了一种大地电磁场非线性共轭梯度三维反演方法，包括如下步骤a.建立三维模型，确定模型参数；b.以大地电磁场交错网格有限差分作为正演方法通过模型电阻率获得阻抗响应；c.将正演得到的阻抗与实测阻抗对比，获得阻抗数据偏差；d.判断目标函数值是否足够小，当目标函数值足够小时结束迭代，否则进入下一步；e.计算目标函数的梯度，以非线性共轭梯度法作为反演方法获得查找步长和查找方向，从而计算出模型修改量，其中使用阻抗数据误差和当前迭代计算所得的电阻率作为反演方法中的预处理因子；f.修正模型，并返回步骤b。本发明方法具有高效率，高精度的特点。
文档编号G01V3/38GK102798898SQ20121029733
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者张昆 申请人:中国地质科学院矿产资源研究所, 张昆