[发明专利]一种计算起伏观测面磁场的快速、高精度数值模拟方法

说明书

本发明提供一种计算起伏观测面磁场的快速、高精度数值模拟方法，其通过复杂磁性体模型表示、高斯参数设计、离散偏移波数计算、磁化强度计算、波数域加权系数计算、二维离散傅里叶反变换等步骤，实现了起伏观测面磁场数值模拟在效率和精度上的统一。本发明解决了目前起伏观测面磁场数值模拟方法计算精度低、计算时间长，无法满足大规模航空磁测数据精细反演成像的问题，有助于开展大规模航空磁测数据三维磁化率精细反演成像、人机交互建模和解释的研究。

技术领域

本发明涉及一种面向航空磁法勘探的数值模拟方法，特别是任意磁化率分布、起伏观测面磁场快速、高精度数值模拟方法。

背景技术

揭示地球内部物性分布和地质构造情况是地球物理学研究的基础科学问题。近年来，随着传感器技术和航空测量技术的发展，对地球磁场的测量范围越来越大，空间分辨率越来越高，获取的数据量随之剧增，这为揭示地球内部精细结构提供了数据基础。针对海量磁测数据的反演成像对传统反演成像方法提出了巨大挑战。高效、高精度、高分辨率的反演成像方法成为航空磁法勘探领域的研究重点和难点。正演是反演成像的基础，正演的计算精度与效率决定着反演精度与效率的高低。

针对复杂磁化率分布条件下磁场数值模拟，众多国内外学者进行了研究。文献(姚长利,郝天珧,管志宁,张聿文.重磁遗传算法三维反演中高速计算及有效存储方法技术.地球物理学报,2003.46(2):252-258.)提出了“格架分离”技术和“格架等效计算方案”，较好解决了计算效率和计算精度问题。但对于大规模剖分情形，该文献所给出的数值模拟方法的计算效率仍然比较低。文献(Tontini,F.C.,L.Cocchi,C.Carmisciano.Rapid 3-Dforward model of potential fields with application to the Palinuro Seamountmagnetic anomaly(southern Tyrrhenian Sea,Italy).Journal of GeophysicalResearch,2009.114.)采用三维傅里叶变换，给出了任意磁化率分布情形下磁场的波数域表达式，借助三维快速傅里叶变换算法，实现了快速数值模拟，该方法效率极高，但由于存在截断效应，该方法数值模拟精度低。文献(Wu,L.,Tian,G.High-precision Fourierforward modeling of potential fields.Geophysics,2014,79(5):G59-G68.)提出了一种重磁数值模拟的Gauss-FFT方法，该方法有效克服了传统傅里叶变换方法的截断效应问题，提高了数值模拟精度，但计算效率降低。

已有的磁场数值模拟方法，实现的是某一水平观测面磁场的计算。而实际的磁测，尤其是航空磁测，观测面都是起伏曲面，目前对于起伏观测面磁场快速、高精度数值模拟方法研究较少。因此寻找一种计算效率与计算精度高的起伏界面磁场的数值模拟方法，对于实现航空磁测数据三维反演成像具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算起伏观测面磁场的快速、高精度数值模拟方法，该发明解决了目前起伏观测面磁场数值模拟方法计算精度低、计算时间长，无法满足大规模航空磁测数据精细反演成像的问题，有助于开展大规模航空磁测数据三维磁化率精细反演成像、人机交互建模和解释的研究。

本发明的技术方案是：

一种计算起伏观测面磁场的快速、高精度数值模拟方法，包括以下步骤：

步骤一：复杂磁性体模型表示：

确定目标区域以及目标区域内的异常体，建立包含所有目标区域的长方体模型，使得包含起伏地形的目标区域完全嵌入在该长方体模型中；将该长方体模型剖分成若干个小长方体，长方体模型的x、y、z方向小长方体的剖分个数分别为N_x、N_y、N_z；各小长方体的x方向边长均相同，各小长方体的y方向的边长均相同，在长方体模型的z方向上同一层的各小长方体z方向边长相同；