[發明專利]基于NUFFT的二維磁異常快速正演模擬方法和裝置

有效

• 申請號: 202011128695.3
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112287534B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 趙東東;王旭龍;張錢江;強建科;李昆;范平陽
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/14
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本申請涉及一種基于NUFFT的二維磁異常快速正演模擬方法、裝置、計算機設備和存儲介質。本申請通過復雜磁性體模型表示、磁化強度計算、波數域磁位公式推導、一維形函數積分、非均勻波數選取、波數域磁異常場計算、空間域磁異常場計算等主要步驟，利用非均勻快速傅里葉變換和形函數積分實現了二維磁異常場高效、高精度正演模擬。在本申請中，充分利用非均勻快速傅里葉變換的靈活性和基于二次插值形函數積分的高精度優勢，解決了波數域磁異常正演模擬局限于規則均勻網格，數值模擬不能同時兼顧計算精度和效率的問題。

技術領域

本申請涉及二維磁異常數值模擬技術領域，特別是涉及一種基于NUFFT的二維磁異常快速正演模擬方法、裝置、計算機設備和存儲介質。

背景技術

磁法勘探是一種非常經典的物探方法，已廣泛應用于固體礦產勘探、石油天然氣構造的普查以及水文工程地質等諸多方面，尤其是在礦產勘查中用磁法直接尋找磁鐵礦及其共生的磁性礦產是必不可少的。隨著勘探深度與難度的增加，實現高效、高精度的磁法勘探成為研究的重點。因此研究復雜條件下的磁異常場高效、高精度正演在磁異常反演成像與人機交互解釋建模中有重要作用。

磁異常正演計算是根據磁化率的分布計算磁異常場的變化規律，反演則是根據觀測的磁異常數據反推出磁化率的分布。正演是反演的基礎，正演計算效率、計算精度直接影響反演計算效率和反演結果質量。對于磁異常正演計算，眾多國內外學者進行了研究。對于任意截面形狀、任意磁化率分布的二度體磁異常正演計算，一般分采用數值方法計算。基本思路是將復雜二度體模型剖分成許多規則二度體，而后利用規則二度體磁異常的累加來模擬復雜二度體磁異常。文獻(劉增群，任意多邊形截面二度體磁場正演程序。物探化探計算機技術，1991,13(4)：357-360)計算了一種磁化率為常數的情況下任意多邊形截面二度體，將二度體剖分為若干個臺階的組合，利用解析公式計算臺階磁場，并進行累加，這種方法計算精度較高，但計算效率低，且只能計算磁化率為常數的情況；隨著快速傅里葉變換擴邊法在磁異常正演數值模擬中的廣泛應用，波數域方法以其準確性和高效性成為處理大規模復雜模型正演的首選方法。文獻(Tontini,F.C.,L.Cocchi,C.Carmisciano.Rapid 3-Dforward model of potential fields with application to the Palinuro Seamountmagnetic anomaly(southern Tyrrhenian Sea,Italy).Journal of GeophysicalResearch,2009.114.)采用快速傅里葉變換，給出了磁化率任意分布情況的磁場波數域表達式，借助快速傅里葉變換擴邊法，實現了磁異常快速數值模擬，但在空間域和波數域只能均勻采樣，并且由于截斷邊界效應的影響，采用擴邊的方式使得數值模擬精度提高，但隨著擴邊比的增大計算時間成倍增加。文獻(Song J.High-resolution 3-D radar imagingthrough nonuniform fast Fourier transform(NUFFT)[J].Commun Comput Phys,2006,1(1):176-191.)將非均勻快速傅里葉變換(NUFFT)應用到雷達高分辨率成像重建中，結果表明針對波數域非均勻網格的情況下NUFFT在保證計算效率的前提下比FFT波數域插值法成像精度更高。

因此，傳統快速傅里葉變換擴邊法在應用于波數域磁異常正演模擬時，只能在空間域和波數域均勻采樣，局限于規則均勻網格，存在不能兼顧計算精度和效率的問題。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠兼顧計算精度與計算速度的基于NUFFT的二維磁異常快速正演模擬方法、裝置、計算機設備和存儲介質。

一種基于NUFFT的二維磁異常快速正演模擬方法，所述方法包括：

根據二維磁性體的大小，構建包含目標區域的二維磁性體模型；所述二維磁性體模型是將所述目標區域在水平方向和垂向進行均勻或者非均勻網格剖分，并根據所述二維磁性體的截面形狀設定網格剖分的每個節點的磁化率值；