[发明专利]一种三维磁异常数快速正演方法、装置和计算机设备

说明书

本申请涉及一种三维磁异常数快速正演方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：通过网格剖分形成多个长方体的网格单元；根据地球主磁场三分量和设置的单元体磁化率值得到单元体磁化强度；对预先构建的磁异常核函数三个分量的离散积分算子进行积分，得到核函数单元积分系数的解析表达式及核函数单元系数矩阵，其中核函数单元系数矩阵为Toeplitz矩阵；通过三维离散快速傅里叶变换进行核函数单元系数矩阵和单元体磁化强度三维离散卷积的快速相乘算法，得到待计算区域的磁异常值。本发明借助三维离散快速傅里叶变换实现核函数单元积分系数矩阵与磁化强度的快速相乘，一次可计算整个三维网格单元上的磁异常值。

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，特别是涉及一种三维磁异常数快速正演方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

随着计算机硬件技术发展及磁法观测数据量的急剧增加，近似的二维反演难以满足符合实际情况的真实三维地质构造解释的需求，因此磁法反演逐步发展到符合实际的三维。三维反演所需的内存和计算量也大幅度增加，因而对计算方法技术提出了更高的要求。正演是反演的基础，并且正演的精度和效率直接影响反演的效果和速度，因此实现高效、高精度的三维磁异常正演是实现三维反演的关键。

目前，针对三维地质体的磁异常的正演计算方法主要分为两种，一种是解析式法，另一种是数值模拟方法。解析式一般针对形状规则或者磁化率按一定规律分布的地质体能够推导出解析表达式，并且计算精度高；数值模拟方法则主要针对地下不均匀地质体。文献(骆遥,姚长利.长方体磁场及其梯度无解析奇点表达式理论研究.石油地球物理勘探,2007,04206):714-719.)推导了长方体磁场无奇异点的解析表达式，对于理论研究具有实际指导意义。文献(Li,K.,Chen,L.W.,Chen,Q.R.,et al.Fast 3D forward modeling ofthe magnetic field and gradient tensor on an undulated surface.AppliedGeophysics,2018,15(3):500-512.)提出了一种基于复杂地形的波数域磁异常及梯度张量快速数值模拟方法，其中采用高斯傅里叶变换克服常规快速傅里叶变换的边界效应的影响，提高了频率域方法的计算精度，但随着高斯点个数的增加计算量也会成倍增加。(肖晓,黄保尚,任政勇,等.基于自适应多层快速多极算法的大规模磁法正演模拟.地球物理学报,2019,62(03):236-246.)利用非结构化四面体网格剖分方式实现了自适应多层快速多极的磁法正演计算，由于采用了非结构化网格，因此对于地形和复杂模型都能很好的拟合，但对于大规模磁异常快速计算，速度较慢。

已有的磁异常数值模拟方法难以满足大规模、精细化三维磁异常快速成像的需求。因此，亟需研究一种高效、高精度的三维磁异常数值模拟方法，以解决上述问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高磁异常正演效率和精度的三维磁异常数快速正演方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种三维磁异常数快速正演方法，所述方法包括：

获取待计算区域在三维坐标系中的位置信息，将所述待计算区域沿x、y、z方向分别进行等间隔剖分，形成多个长方体的网格单元；

根据地球主磁场模型，计算每个所述网格单元中心点处的地球主磁场三分量，根据待计算区域中三维地质体的磁化率分布设定所述网格单元的磁化率，得到单元体磁化率值；根据所述地球主磁场三分量和所述单元体磁化率值得到每个所述网格单元中心点处的单元体磁化强度；

对预先构建的磁异常核函数三个分量的离散积分算子进行积分，得到核函数单元积分系数的解析表达式，根据所述核函数单元积分系数的解析表达式得到核函数单元系数矩阵；所述核函数单元系数矩阵为Toeplitz矩阵；

通过三维离散快速傅里叶变换进行所述核函数单元系数矩阵和所述单元体磁化强度三维离散卷积的快速相乘算法，得到所述待计算区域的磁异常值。