[发明专利]基于分块坐标下降算法的航空电磁数据分区三维反演方法

说明书

本发明属于地球物理电磁数据解释技术领域，尤其为基于分块坐标下降算法的航空电磁数据分区三维反演方法，电磁正演响应基于非结构有限元法进行数值模拟，可精细模拟起伏地表等不规则物性分界面，针对复杂地质构造模型，依然能获得很高的数值精度，三维反演基于正则化理论构建目标函数，并基于高斯—牛顿数值最优化算法推导反演方程，高斯—牛顿反演算法具有较高的收敛速度，可获得更高的航空电磁数据三维反演计算速度，提出了基于分块坐标下降数值最优化的三维反演算法，可将大规模航空电磁地电模型分解为多个小型局部模型进行反演，在保障相似计算速度和反演结果的前提下，可大幅度降低算法计算内存需求，提高航空电磁数据三维反演的普适性。

技术领域

本发明涉及地球物理电磁数据解释技术领域，具体为基于分块坐标下降算法的航空电磁数据分区三维反演方法。

背景技术

航空电磁法通常数据量庞大，受到计算资源的限制，目前航空电磁法仍以一维反演和成像技术为主。然而，一维反演和成像技术必须假设模型呈层状分布，这与地下介质真实三维模型差异较大，给航空电磁数据解释带来较大误差。近年来，随着计算资源的快速发展以及航空电磁法应用范围的日益扩大，人们对资料解释的精度也提出了更高的要求，航空电磁数据三维反演技术已经成为地球物理勘探的研究热点之一。

当测区规模较大时，航空电磁三维反演必须存储大量灵敏度矩阵，并求解超大规模线性方程组，导致算法对计算机内存要求巨大，三维反演无法完成。解决这一技术难题的关键在于降低数值最优化问题的维度，而非提高正演或伴随正演的计算速度，因此前人已提出的加速算法均难以对该问题起到较好的实用化效果。针对航空电磁大型测区数据量庞大，导致计算内存需求很大，受计算资源限制无法进行三维反演这一技术难题，本专利基于分块坐标下降算法，研发了一种新型航空电磁三维反演技术。该方法可将超大规模航空电磁模型反演问题分解为求解多个小型数值最优化问题，从而降低航空电磁三维反演对计算内存的需求。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了基于分块坐标下降算法的航空电磁数据分区三维反演方法，当测区规模较大时，航空电磁三维反演必须存储大量灵敏度矩阵，并求解超大规模线性方程组，导致算法对计算机内存要求巨大，三维反演无法完成。解决这一技术难题的关键在于降低数值最优化问题的维度，而非提高正演或伴随正演的计算速度，因此前人已提出的加速算法均难以对该问题起到较好的实用化效果。大型测区航空电磁数据三维反演对计算内存要求很高，有时甚至由于计算资源有限导致三维反演无法进行。针对这一技术难题，本发明基于分块坐标下降算法，研发了一种新型航空电磁三维反演技术。该方法可将超大规模航空电磁模型反演问题分解为求解多个小型数值最优化问题，从而降低航空电磁三维反演对计算内存的需求较大的问题。

(二)技术方案

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

基于分块坐标下降算法的航空电磁数据分区三维反演方法，包括如下步骤：

S1、设置好航空电磁数据三维反演子测区的范围以及包含测点的信息；

测区的范围以及包含测点信息的设置如下：

首先，定义模型分区个数以及各个分区内测点的最大和最小数量；

然后，依据模型个数将整个测区分解为若干个矩形区域，并统计各个子区域内的测点个数；

若某个矩形测区内的测点个数大于设定的最大测点个数，则将此测区一分为二；

若某个矩形测区内的测点个数小于设定的最小测点个数，则将此测区与测点个数最少的相邻测区合并；

最终，确定各个测区的范围和各个测区对应的测点个数及编号；

S2、基于非结构四面体网格剖分的分区电磁数据建立三维反演初始模型；