[发明专利]一种基于PDE的重力场数据等效源延拓与数据类型转换方法

说明书

本发明提供一种基于PDE的重力场数据等效源延拓与数据类型转换方法，包括：输入重力数据，建立地形起伏曲面；根据起伏观测曲面的高程信息和预设反演最大深度，确定网格剖分的空间范围，并进行连续的结构化非均匀网格剖分，确定等效源反演网格空间；根据重力背景场，基于等效源反演网格空间对重力场数据进行带深度规整化因子、正值约束项以及规整化项的PDE三维反演计算，得到多层等效源模型；给定不同的观测参数，利用模型进行非线性PDE的重力场三维正演计算，得到重力异常铅垂数据、重力异常场数据以及重力梯度张量数据中的一种或多种。本发明的有益效果：能对复杂环境中的地下重力异常数据进行自适应、高精度的延拓与数据类型转换计算。

技术领域

本发明涉及地球物理勘测技术领域，尤其涉及一种基于PDE的重力场数据等效源延拓与数据类型转换方法。

背景技术

在重力探测中，人们通常对重力场的铅垂一次导数进行探测，但在实际的数据解释中，又往往需要将这些数据转换成所需要的参数和类型，比如不同观测高度(延拓)、梯度张量数据的换算等，重力场数据类型转换的主要挑战在于航测的起伏测量曲面以及数据的不规则测量位置(非网格化测量)，传统的数据类型转换以及延拓计算难以处理这些数据，而采用传统单层、双层、三层等效源的数据转换方法，处理结果精度较低，无法满足应用需求。

现有技术主要包括以下几种：(1)等效源方法，利用虚拟场源模拟实测异常，可用于位场数据的空间延拓(包括曲面延拓)、梯度计算以及分量转换等；选择单层等效源且将其布置于近地表是等效源方法的主要特点。

(2)使用了单层等效源进行重力场数据的分析，使用单层等效源对重力梯度张量数据进行了去噪；为了在保证计算效率的同时高精度重构位场，多层等效源方法是一个相对合理的选择，

(3)文献“李端；陈超；杜劲松；梁青；黎海龙；基于多层等效源的重力数据处理方法[C]//2017中国地球科学联合学术年会.0.”提出了一种将地下等效源分为浅、中、深三层来实现重力场数据的转换，

(4)文献“陈涛,张贵宾.利用重力异常计算重力梯度的等效源技术[J].地球物理学进展.”提出了一种多层等效源进行重力梯度计算的方法，其在垂向方向上将剖分区域分为三个子区域。

这些技术的应用使得人们可以通过等效源技术来进行地面重力数据的化极与数据类型转换运算，但存在以下问题：1)等效源网格的构建最大只有三层，且网格剖分不连续，现有技术由于等效源的设置层数有限、地下空间的网格剖分不合理，影响了重力场延拓与数据类型转换的精度及速度；2)需单独对每一个等效层的深度位置进行估算，然后单独放置；3)采用线性正演方法和线性模型反演方法计算等效源，抗干扰能力和计算精度较差。

发明内容

有鉴于此，本发明实际要解决的技术问题是：如何对非规则测量位置d的重力数据进行等效源延拓与数据类型转换，并提高计算精度；

为此，本发明提供了一种基于PDE的重力数据等效源延拓与数据类型转换方法，采用连续的结构化非均匀网格剖分，并基于非线性PDE(Partial Differential Equations，偏微分方程，还可包括有限元、有限体积、有限差分方法)正反演理论框架，引入深度规整化因子，在反演过程中直接确定等效源的深度和分布，可一次性计算整个三维自由空间的重力场数据。

本发明提供一种基于PDE的重力数据等效源延拓与数据类型转换方法，包括以下步骤：

S1、获取起伏观测曲面上的重力场数据d₀，并根据所述重力场数据所在区域的地形高度信息，建立地形起伏曲面；所述起伏观测曲面为观测时已记录好的已知值；

S2、根据所述起伏观测曲面的高程信息以及预先设定的反演最大深度，确定网格剖分的空间范围，并根据地形起伏曲面，对所述空间范围进行连续的结构化非均匀网格剖分，确定等效源反演网格空间；