[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

说明书

本发明公开了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：基于天然大地电磁场源，获取地面水平磁场和待测目标区域的井中垂直磁场数据；构建空间三维模型；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；根据倾子资料对三维模型进行交错网格有限差分正演，获得倾子正演数据；建立三维正则化反演目标函数，计算获得三维正则化反演目标函数的梯度；基于三维正则化反演目标函数的梯度，将倾子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。通过井中的垂直磁场信息和地面基点采集的水平磁场数据，建立倾子数据，获得地下深部地质构造的三维磁场异常，有效的提高了对深部地质体反演的精度。

技术领域

本发明涉及天然大地电磁场测量技术领域，具体涉及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。

背景技术

天然大地电磁场伴随着极大的能量和极宽的频带范围，可以穿过巨厚的岩石圈，为研究地球深部结构提供有效信息。交变电磁场在地下介质中传播时，根据趋肤深度的原理，不同深度的探测对应着不同的频率信号，可以用来解决许多地质问题。大地电磁测深(magnetotelluric,MT)以天然场为场源发挥着独特的优势，具有勘探深度大、设备轻便探测成本低、不受高阻层屏蔽、低阻层的分辨率高等优点，在各个领域广泛应用。

倾子资料一直以来作为大地电磁测探法的一个重要参数，表征垂直磁场与水平磁场之间的线性关系。国内外学者分析研究了倾子资料的特点，发现其对地下介质的横向非均匀性反映十分灵敏，且受静态效应影响较小，常常用于岩性的划分和断裂构造的识别。但由于趋肤效应的影响，可能导致对深部地质体的识别分辨率有限。

目前，对于MT三维正演的研究方法主要有有限单元法、有限积分法、有限差分法等。

在反演的相关领域，传统的三维MT反演方法包括高斯-牛顿法(GN)(Ascher,andOldenburg2004)、拟牛顿法(QN)(Dmitry Avdeev and Avdeeva2009)、非线性共轭梯度法(NLCG)(R.L.Mackie,W.Rodi and Donald2001)和Occam法(OCCAM)(Siripunvaraporn,G.Egbert,Lenbury,et al.2005)，其中拟牛顿法避开灵敏度矩阵的计算，通过前几次目标函数梯度的迭代逼近所需海森矩阵逆，具有反演效率高的特点。

发明内容

本发明的目的之一在于提供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，该测量方法根据地面基点的水平磁场与井中垂直磁场数据建立倾子资料，并反演获取地下深层电导体的三维构造信息，有效提高了磁场信息对深部构造的反演精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

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，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；