[发明专利]基于地面基点的水平磁场与井中垂直磁场联合测量方法

权利要求书

1.一种基于地面基点的水平磁场与井中垂直磁场联合测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于天然大地电磁场源，获取地面基点水平磁场数据和待测目标区域的井中垂直磁场数据；

S2、构建空间三维初始模型；

S3、根据地面基点水平磁场数据和井中垂直磁场数据，整理倾子资料；根据所述倾子资料对空间三维初始模型进行交错网格有限差分正演，获得倾子正演数据；

S4、建立三维正则化反演目标函数，计算获得所述三维正则化反演目标函数的梯度；

S5、基于所述三维正则化反演目标函数的梯度，将倾子响应正演数据对均匀半空间初始模型进行反演，获得地下深部地质体的磁场响应结果；

步骤S4包括以下步骤：

建立反演模型目标函数时，通过正则化反演对目标函数的模型项进行约束；

对所述目标函数进行求导，计算获得目标函数的梯度，所述目标函数为其中，为加权矩阵，为模型的约束矩阵，m为模型参数向量，m₀是先验模型向量，Δd为数据残差向量，T表示转置，λ为权重因子；

计算目标函数梯度时，加入先验模型向量，以对数的方式约束反演参数，所述目标函数梯度的计算方式为其中，m为模型参数向量，m₀是先验模型向量，J为灵敏度矩阵，为加权矩阵，Δd为数据残差向量，λ为权重因子，为光滑矩阵，T表示转置，为模型参数的变换向量。

2.根据权利要求1所述的一种基于地面基点的水平磁场与井中垂直磁场联合测量方法，其特征在于：

通过GPS定位距离所述待测目标区域一定距离的地面基点，在所述地面基点处相隔一定距离水平铺设两根磁棒；所述两根磁棒分别为南北朝向的磁棒和东西朝向的磁棒；通过所述两根磁棒获取地面基点水平磁场数据；在不便铺设磁棒的区域，所述两根磁棒按照“十”形或“L”形进行摆放。

3.根据权利要求1所述的一种基于地面基点的水平磁场与井中垂直磁场联合测量方法，其特征在于，待测目标区域的井中垂直磁场数据获取方式为：

将磁棒放入待测目标区域内的井孔中，调整需要测量的磁场精度，按照等间距依次向下测量垂直磁场数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于地面基点的水平磁场与井中垂直磁场的联合测量方法，其特征在于，步骤S2中，构建空间三维初始模型包括以下步骤：

对三维网格在XY方向进行非均匀剖分，在Z方向上的浅层进行细分处理；

将三维网格划分为目标区域和网格外延区域两部分；

将地下地质体设置在目标区域中，磁场数据采集区域以均匀或非均匀网格剖分；

外延网格以倍数增加间隔距离；

设置待测地质体的空间位置信息、电阻率赋值，构建空间三维初始模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于地面基点的水平磁场与井中垂直磁场联合测量方法，其特征在于，步骤S3中根据地面基点水平磁场数据和井中垂直磁场数据，整理倾子资料，具体包括以下步骤：

联立地面基点水平磁场数据和井中垂直磁场数据，计算井中倾子资料；

对所述井中倾子资料进行两种极化模式的数值模拟，所述两种极化模式为XY模式和YX模式。

6.根据权利要求1所述的一种基于地面基点的水平磁场与井中垂直磁场联合测量方法，其特征在于，步骤S3中，根据所述倾子资料对空间三维初始模型进行交错网格有限差分正演，包括以下步骤：

采用交错网格对待测目标区域进行离散网格化，获得网格单元采样处电场的正演方程；

根据电场和磁场的插值关系，获得倾子响应正演数据。

7.据权利要求1所述的一种基于地面基点的水平磁场与井中垂直磁场联合测量方法，其特征在于，步骤S5包括以下具体步骤：

设定最大迭代次数或最小拟合差；

基于所述三维正则化反演目标函数的梯度，采用拟牛顿法或NLCG对所述倾子响应正演数据进行反演迭代，直到达到最大迭代次数或最小拟合差，获得最终反演结果。

8.据权利要求7所述的一种基于地面基点的水平磁场与井中垂直磁场联合测量方法，其特征在于：

对所述最终反演结果切出不同方向的电阻率切片图，并画出地下深部地质体的电磁异常轮廓。