一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法及系统与流程

1.本发明涉及地球物理探测技术领域，特别是涉及一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法及系统。


背景技术：

2.大地电磁测深的数据采集存在误差，并且地球物理的反演问题不可避免地存在多解性。大地电磁测深数据三维反演计算过程中，网格划分工作常常被从业者关注。网格划分一方面影响到地下异常体的构建和划分，另一方面网格的数量也直接影响求解计算的时间。因此，高质量的网格应该能够确保反演效果的同时尽可能减少网格数量，节约计算资源的同时也可以一定程度上降低反演问题的不适定性。
3.提高大地电磁测深反演计算的网格质量一直是行业内亟需解决的问题，特别是对于斜剖面测线的反演计算工作。一般情况下，采用剖面进行三维反演计算时常采用的网格剖分方案是全局网格加密，这是一种结构化网格的设计方案。结构化网格的设计是在计算域中创建均匀间距的网格，网格大小和网格的节点是按照设定规则进行创建的，这样设计的网格可读性比较强，生成速度比较快。但结构化网格对于复杂的地下空间电性结构通常难以拟合，而且在斜剖面测线的三维反演中为了能够满足南北、东西方向的计算需求，通常需要在两个方向上分别进行网格设计，特别是走向在30
°
到60
°
之间的斜剖面测线，南北、东西方向的网格剖分数量基本相当，这样剖分的网格在长方体计算域的非测线区域中形成了大量冗余的计算节点和单元，造成计算资源的浪费并延长了单次反演结果计算的时间，降低了地球物理项目实施的效率。另一种常见的设计方案是通过旋转数据的阻抗张量到测线，再旋转测线数据到正南北方向，从而实现降低东西方向的剖分数量。如上进行两次旋转常常会导致观测数据的可解释性变差，甚至出现一些不可知的异常，影响反演计算的准确性。
4.综上，如何大大节约网格和节点数量，从而提高反演计算的准确性和计算效率，成为本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法及系统，可以大大节约网格和节点数量，从而提高反演计算的准确性和计算效率。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法，所述方法包括：
8.获取研究区内不同测点对应的测点观测数据；所述测点观测数据为包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据；
9.采用非结构化网格生成方法作为网格单元的生成方法，分区域进行网格剖分，得到网格模型；
10.根据所述网格模型和所有所述测点观测数据，进行大地电磁测深斜剖面测线数据
反演，得到研究区的电阻率反演模型。
11.可选地，所述获取研究区内不同测点对应的测点观测数据，之前还包括：
12.采集研究区内不同测点对应的大地电磁测深数据；
13.针对每一测点，对所述测点对应的大地电磁测深数据进行筛选和预处理，保留包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据作为所述测点对应的测点观测数据。
14.可选地，所述采用非结构化网格生成方法作为网格单元的生成方法，分区域进行网格剖分，得到网格模型，具体包括：
15.采用delaunay三角剖分算法作为网格单元的生成方法，将整个计算域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的2～5倍，然后在斜剖面测线所在区域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1倍，最后使用网格自适应技术对斜剖面测线所在斜长方体进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1/4～1/2倍，得到网格模型。
16.可选地，根据所述网格模型和所有所述测点观测数据，进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型，具体包括：
17.将所述网格模型和所有所述测点观测数据送入大地电磁三维反演程序，利用所述大地电磁三维反演程序进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。
18.本发明还提供了如下方案：
19.一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演系统，所述系统包括：
20.测点观测数据获取模块，用于获取研究区内不同测点对应的测点观测数据；所述测点观测数据为包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据；
21.非结构化网格剖分模块，用于采用非结构化网格生成方法作为网格单元的生成方法，分区域进行网格剖分，得到网格模型；
22.斜剖面测线数据反演模块，用于根据所述网格模型和所有所述测点观测数据，进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。
23.可选地，所述系统还包括：
24.大地电磁测深数据采集模块，用于采集研究区内不同测点对应的大地电磁测深数据；
25.筛选和预处理模块，用于针对每一测点，对所述测点对应的大地电磁测深数据进行筛选和预处理，保留包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据作为所述测点对应的测点观测数据。
26.可选地，所述非结构化网格剖分模块具体包括：
27.delaunay三角剖分单元，用于采用delaunay三角剖分算法作为网格单元的生成方法，将整个计算域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的2～5倍，然后在斜剖面测线所在区域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1倍，最后使用网格自适应技术对斜剖面测线所在斜长方体进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1/4～1/2倍，得到网格模型。
28.可选地，所述斜剖面测线数据反演模块具体包括：
29.大地电磁三维反演单元，用于将所述网格模型和所有所述测点观测数据送入大地电磁三维反演程序，利用所述大地电磁三维反演程序进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。
30.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
31.本发明公开的大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法及系统，将非结构化网格引入大地电磁反演中，采用非结构化网格生成方法作为网格单元的生成方法，分区域进行网格剖分，与结构化网格的设计方案相比，非结构化网格(非结构的网格)对复杂地下电性结构的模拟更加精细，对地表的地形变化的设计相较于结构化网格更加准确；对于斜剖面测线的反演计算，非结构化网格可以只在需要的地方(如测点附近的地下空间或研究目标层)进行网格的精细剖分，相比较于结构化网格只能在整个计算域内统一进行大范围的南北、东西剖分的方案可以大大节约网格和节点数量，从而提高反演计算的准确性和计算效率。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法实施例一的流程图；
34.图2为本发明使用非结构化网格处理大地电磁测深斜剖面测线数据反演的设计方法示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明的目的是提供一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法及系统，可以大大节约网格和节点数量，从而提高反演计算的准确性和计算效率。
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
38.实施例一
39.图1为本发明大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法实施例一的流程图。如图1所示，本实施例提供了一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法，包括以下步骤：
40.步骤101：获取研究区内不同测点对应的测点观测数据；测点观测数据为包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据。
41.该步骤101之前还包括：
42.采集研究区内不同测点对应的大地电磁测深数据。
43.针对每一测点，对测点对应的大地电磁测深数据进行筛选和预处理，保留包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据作为测点对应的测点观测数据。
44.步骤102：采用非结构化网格生成方法作为网格单元的生成方法，分区域进行网格剖分，得到网格模型。
45.该步骤102具体包括：
46.采用delaunay三角剖分算法作为网格单元的生成方法，将整个计算域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的2～5倍，然后在斜剖面测线所在区域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1倍，最后使用网格自适应技术对斜剖面测线所在斜长方体进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1/4～1/2倍，得到网格模型。
47.步骤103：根据网格模型和所有测点观测数据，进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。
48.该步骤103具体包括：
49.将网格模型和所有测点观测数据送入大地电磁三维反演程序，利用大地电磁三维反演程序进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。
50.下面以一个具体实施例说明本发明的技术方案：
51.本发明大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法为一种使用非结构化网格处理大地电磁测深斜剖面测线数据反演的设计方法，图2为该方法示意图，这种利用非结构化网格处理大地电磁测深斜剖面测线数据反演设计方法是一种用于大地电磁测深斜剖面测线数据三维反演的设计方法，确保数据反演结果的准确性的同时，提升了计算效率，这种利用非结构化网格处理大地电磁测深斜剖面测线数据反演设计方法主要包括以下步骤：
52.1.采集研究区内的大地电磁测深数据，采集点位、点数，仪器设备，采集时长等可按照研究目标和相关规范进行设计。
53.2.对采集数据进行筛选和预处理，保留包含研究区内地下电性结构信息的测点观测数据，数据格式可以为阻抗张量，视电阻率-相位张量，倾子张量等。
54.3.对计算域进行反演网格设计。首先根据算力情况、数学和物理条件确定粗略的网格密度。将整个计算域进行粗略的剖分(计算域一般都为长方体，网格为四面体，网格大小是边长为测点间距的2到5倍)，可以选择delaunay三角形等合适的方法作为网格单元的生成方法(delaunay三角形是一种生成四面体的技术手段)。对计算域内进行网格粗剖分，网格尺度可以选择测点间距的2到5倍。然后在斜剖面测线所在区域进行初步剖分。使测线所在区域的网格细化，网格尺度可以选择测点间距1倍左右。而后对斜剖面测线所在斜长方体(精细剖分的位置在于测点周围)进行精细剖分，可以使用网格自适应技术实现精细剖分，按照数据质量和研究目标可以选择测点间距的1/4到1/2。如有对分辨率或异常体构建精度有特殊需求，设计者也可以进一步在测点附近进行手动局部加密。网格设计完成后可使用paraview等工具进行视察，并根据需求进行迭代细化。
55.其中，计算域的大小应根据测区(测点，即有数据的点)的范围确定，计算域边缘应能满足接近测区的半无限空间的假设。目前业内常规情况是计算域长、宽应该为3～10倍测区长、宽。
56.根据算力情况确定粗略的网格密度是因为网格剖分过密会导致计算时间过长，即需要考虑算力情况。根据数学和物理条件确定粗略的网格密度，其中，数学和物理条件即计算域边缘应能满足接近测区的半无限空间的假设。
57.斜剖面测线所在区域是初步网格剖分区域，因为外围的粗网格剖分节点之间间距比较大(比如3个测点间距这种长度)，在相对接近测区范围的地方应该使节点间距逐渐变小，测点周围的网格节点间距已经达到1/4个测点间距，这是需要逐步过渡的。粗剖分是为了能满足接近无限空间的假设，如果将测剖分区域(斜剖面测线所在区域)也设计的网格节
点特别密(网格特别小)，会浪费计算时间(因为从结果上只关注测点附近的计算结果)。粗剖分-初步剖分-精细剖分是为了完成在如此大的计算域空间上，空间中每一个位置既被网格占据，又不至于网格数量特别庞大，又能满足在测点范围内，网格足够小，这样一种关系。
58.4.对设计完成的网格进行质量检查，确定网格是否满足单元的长宽比、最小角度、大小的标准要求。
59.5.将观测站点数据和网格模型送入大地电磁三维反演程序。得到研究区的电阻率反演模型，并将用于分析研究的剖面进行分离，得到地下电性结构数据体。
60.6.结合其他研究区资料对地下电性结构体进行分析，得出相关研究成果。
61.本发明提出了一种采用非结构化网格剖分斜剖面测线计算域的方法，对计算域内局部进行精细剖分，满足计算反演精度和分辨率的同时节约了计算资源，提高了反演计算的效率。
62.过去大地电磁反演的计算方法垄断于少数几位学者手中，行业里面普遍采用的是结构化网格的方案(因为这个领域的研究人员确实比较少，大多代码源头都相近，初始的代码基本选择的都是结构化网格的方案)。结构化的网格也有自身的优势，生成逻辑简单，生成网格速度快。但是结构化网格只能在整个计算域内统一进行大范围的南北、东西剖分的方案，这样剖分的网格在长方体计算域的非测线区域中形成了大量冗余的计算节点和单元，造成计算资源的浪费并延长了单次反演结果计算的时间，降低了地球物理项目实施的效率。基于此，本发明对于大地电磁测深斜剖面测线反演设计时网格剖分的方法采用非结构化网格(四面体或六面体)，将非结构化网格引入大地电磁反演中，同时解决将非结构化网格应用到大地电磁测深斜剖面测线数据反演中存在的程序对网格适应的问题(结构化网格和非结构化网格对网格记录的形式不同，程序要能够读取这种格式的网格，同时算法也要能够从对应的网格节点读取到相应的数据，才能完成计算)，从而大大节约网格和节点数量，提高反演计算的准确性和计算效率。
63.实施例二
64.为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供了一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演系统，该系统包括：
65.大地电磁测深数据采集模块，用于采集研究区内不同测点对应的大地电磁测深数据。
66.筛选和预处理模块，用于针对每一测点，对测点对应的大地电磁测深数据进行筛选和预处理，保留包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据作为测点对应的测点观测数据。
67.测点观测数据获取模块，用于获取研究区内不同测点对应的测点观测数据；测点观测数据为包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据。
68.非结构化网格剖分模块，用于采用非结构化网格生成方法作为网格单元的生成方法，分区域进行网格剖分，得到网格模型。
69.该非结构化网格剖分模块具体包括：
70.delaunay三角剖分单元，用于采用delaunay三角剖分算法作为网格单元的生成方法，将整个计算域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的2～5倍，然后在斜剖面测线所在区域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1倍，最后使用网格自适应技术对斜剖面测线
所在斜长方体进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1/4～1/2倍，得到网格模型。
71.斜剖面测线数据反演模块，用于根据网格模型和所有测点观测数据，进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。
72.该斜剖面测线数据反演模块具体包括：
73.大地电磁三维反演单元，用于将网格模型和所有测点观测数据送入大地电磁三维反演程序，利用大地电磁三维反演程序进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。
74.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
75.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法，其特征在于，所述方法包括：获取研究区内不同测点对应的测点观测数据；所述测点观测数据为包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据；采用非结构化网格生成方法作为网格单元的生成方法，分区域进行网格剖分，得到网格模型；根据所述网格模型和所有所述测点观测数据，进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。2.根据权利要求1所述的大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法，其特征在于，所述获取研究区内不同测点对应的测点观测数据，之前还包括：采集研究区内不同测点对应的大地电磁测深数据；针对每一测点，对所述测点对应的大地电磁测深数据进行筛选和预处理，保留包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据作为所述测点对应的测点观测数据。3.根据权利要求1所述的大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法，其特征在于，所述采用非结构化网格生成方法作为网格单元的生成方法，分区域进行网格剖分，得到网格模型，具体包括：采用delaunay三角剖分算法作为网格单元的生成方法，将整个计算域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的2～5倍，然后在斜剖面测线所在区域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1倍，最后使用网格自适应技术对斜剖面测线所在斜长方体进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1/4～1/2倍，得到网格模型。4.根据权利要求1所述的大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法，其特征在于，根据所述网格模型和所有所述测点观测数据，进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型，具体包括：将所述网格模型和所有所述测点观测数据送入大地电磁三维反演程序，利用所述大地电磁三维反演程序进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。5.一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演系统，其特征在于，所述系统包括：测点观测数据获取模块，用于获取研究区内不同测点对应的测点观测数据；所述测点观测数据为包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据；非结构化网格剖分模块，用于采用非结构化网格生成方法作为网格单元的生成方法，分区域进行网格剖分，得到网格模型；斜剖面测线数据反演模块，用于根据所述网格模型和所有所述测点观测数据，进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。6.根据权利要求5所述的大地电磁测深斜剖面测线数据反演系统，其特征在于，所述系统还包括：大地电磁测深数据采集模块，用于采集研究区内不同测点对应的大地电磁测深数据；筛选和预处理模块，用于针对每一测点，对所述测点对应的大地电磁测深数据进行筛选和预处理，保留包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据作为所述测点对应的测点观测数据。7.根据权利要求5所述的大地电磁测深斜剖面测线数据反演系统，其特征在于，所述非
结构化网格剖分模块具体包括：delaunay三角剖分单元，用于采用delaunay三角剖分算法作为网格单元的生成方法，将整个计算域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的2～5倍，然后在斜剖面测线所在区域进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1倍，最后使用网格自适应技术对斜剖面测线所在斜长方体进行网格剖分，网格尺度选择测点间距的1/4～1/2倍，得到网格模型。8.根据权利要求5所述的大地电磁测深斜剖面测线数据反演系统，其特征在于，所述斜剖面测线数据反演模块具体包括：大地电磁三维反演单元，用于将所述网格模型和所有所述测点观测数据送入大地电磁三维反演程序，利用所述大地电磁三维反演程序进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。

技术总结
本发明公开一种大地电磁测深斜剖面测线数据反演方法及系统，涉及地球物理探测技术领域，方法包括：获取研究区内不同测点对应的测点观测数据；所述测点观测数据为包含研究区内地下电性结构信息的大地电磁测深数据；采用非结构化网格生成方法作为网格单元的生成方法，分区域进行网格剖分，得到网格模型；根据所述网格模型和所有所述测点观测数据，进行大地电磁测深斜剖面测线数据反演，得到研究区的电阻率反演模型。本发明可以大大节约网格和节点数量，从而提高反演计算的准确性和计算效率。从而提高反演计算的准确性和计算效率。从而提高反演计算的准确性和计算效率。


技术研发人员：陈孝强 陈楚桐 郭长安 张凌霄 袁伟恒 李娜 王堃鹏 王向鹏 李阳铭 王怡璟
受保护的技术使用者：中国地质调查局地球物理调查中心
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/13