[发明专利]基于最小地质特征单元约束的重力反演方法

说明书

本发明提供一种基于最小地质特征单元约束的重力反演方法，包括：步骤1，建立最小地质特征单元模型集合；步骤2，建立基于最小地质特征单元模型约束的重力反演目标函数；步骤3，建立密度初始模型；步骤4，求取重力正演核函数；步骤5，计算最小地质特征单元权重系数；步骤6，基于最小地质特征单元及权重系数恢复模型；步骤7，输出最终反演模型。该基于最小地质特征单元约束的重力反演方法将研究靶区的地质认识通过结构特征提取方式获取最小地质特征单元模型集合，并将其施加至重力反演过程中，以保证反演结果来自于最小地质特征单元模型的组合，从而完善现有模型约束方法，提高解释成果的分辨率及可靠性。

技术领域

本发明涉及勘探地球物理领域，特别是涉及到一种基于最小地质特征单元约束的重力反演方法。

背景技术

重力勘探作为一种经典地球物理勘探方法，已广泛应用于深部地质探测和矿产、水、石油、地热等资源勘查。近年来，随着重力仪器精度的提高，其应用范围已不再局限于早期的区域勘探，而是渗入到了资源勘查的各个环节。

重力反演是有效恢复地下密度分布、确定勘探目标的重要技术，国内外学者已取得了大量研究成果，应用效果也逐步提高。在众多研究方向中，如何施加更有效的模型约束是重点攻关内容之一。

重力模型约束项可通过限制模型密度分布来缩小求解空间，以增加反演结果可靠性。通常采用以下两类方式来施加模型约束：在已知资料丰富的地区，可采用井约束扩展、限定物性取值范围的方式来对反演结果进行控制；而对于已知资料较少、勘探程度低的地区，采用的方案包括施加模型光滑约束可获取构造连续模型、施加聚焦约束可改善孤立场源体的反演分辨率等技术手段。虽然上述两种手段在一定程度上可降低重力反演的多解性，但是前者太依赖于已知资料的精确度及丰富度，仅能保证测井资料附近的反演结果准确度，而后者又过于宽泛，无法因地制宜地分析研究区内的地质资料、解释成果，丢失了研究区的地质结构特征，反演结果分辨率、可靠性难以得到保证，降低了重力勘探技术的应用水平。因此，对于高精度重力反演来说，具有针对性强、应用灵活的模型约束方法仍然需要开展进一步研究。为此我们发明了一种新的基于最小地质特征单元约束的重力反演方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种完善现有模型约束方法，提高解释成果的分辨率及可靠性的基于最小地质特征单元约束的重力反演方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于最小地质特征单元约束的重力反演方法，该基于最小地质特征单元约束的重力反演方法包括：步骤1，建立最小地质特征单元模型集合；步骤2，建立基于最小地质特征单元模型约束的重力反演目标函数；步骤3，建立密度初始模型；步骤4，求取重力正演核函数；步骤5，计算最小地质特征单元权重系数；步骤6，基于最小地质特征单元及权重系数恢复模型；步骤7，输出最终反演模型。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，以地质解释模型为基础样本数据，通过人工或自动构建的方式，求解可表征原始样本数据的最小地质特征单元模型集合。

在步骤1中，将最小地质特征单元集合定义为局部空间范围内的地质体特征集合，即工区内的地质模型由该集合的加权组合而成；建立最小地质特征单元模型集合的方式包括以下两种：一是人工构建方式，根据已知认识手动勾绘地质单元，包括不同大小的长方体、球体、弧形、高斯源，地质单元范围不超过待反演区域的范围；二是自动构建方式，在地质模型中采用滑动窗口的方式将其组合为样本数据集合；之后利用基于稀疏约束的求解方法，通过字典学习方法，获得最小地质特征单元模型集合，其优化目标函数如下：

其中，为地质模型样本集合，由研究区已有地质模型剖面滑动窗口获取；为待学习的最小地质特征单元；为对应的稀疏权重；N_x、N_z分别为原始地质模型的宽和高；n_x、n_z分别为所取窗口宽和高，l为地质模型样本个数，k为最小地质特征单元的个数；λ为正则化参数。