[發明專利]一種基于非線性收斂因子海鷗算法的瞬變電磁反演方法

在審

• 申請號: 202211064234.3
• 申請日: 2022-09-01
• 公開（公告）號: CN115437019A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 黃剛;余國鋒;羅勇;韓云春;任波;高銀貴;孔皖軍
• 申請（專利權）人: 淮南礦業（集團）有限責任公司;平安煤炭開采工程技術研究院有限責任公司
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08;G01V3/10;G01V3/38
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發明公開了一種基于非線性收斂因子海鷗算法的瞬變電磁反演方法，所述方法包括：將現場探測得到的地下介質的感應電壓隨時間變化的關系曲線中的數據作為實測數據，將預先設置的地下介質電阻率和深度作為海鷗種群的初始位置，將實測數據與海鷗種群的最優位置正演得到的電壓數據基于L1范數構建目標函數，執行基于非線性收斂因子海鷗算法，目標函數值最小或者達到迭代次數時，得到最終的深度和電阻率即為反演結果，采用采用上述電磁反演方法對對不同地電模型分別進行多次反演計算，取平均值作為地電模型的反演結果值，將反演結果與該地電模型的參數進行對比來評價反演方法的有效性；本發明的優點在于：精度高，對異常地質體深度敏感。

技術領域

本發明涉及瞬變電磁探測技術領域，更具體涉及一種基于非線性收斂因子海鷗算法的瞬變電磁反演方法。

背景技術

瞬變電磁法(TEM)是一種基于電磁感應原理的時域人工源電磁勘探方法。其利用階躍波或其他脈沖電流地下發射一次脈沖磁場，地下導電地質體在一次場激發下產生感應渦流，進而激發出二次磁場。當發射電流關斷時，一次場消失，地下渦流隨時間衰減，其衰減時間與導電地質體的電性參數(體積、結構、埋深、電阻率、電導率、介電常數)有關。通過觀測二次場值，可以重建地下不均勻體的電性參數，這個過程稱為反演。反之，利用已知電性參數的地下結構計算二次場變化的過程，稱為正演。

瞬變電磁法對低阻目標體反映靈敏，并可同時進行測深和剖面測量，工作效率高，在礦井與隧道超前探測、礦產資源勘查、油氣田勘探和煤田地質勘探、環境與地質災害等地質情況探測和淺層工程勘探中取得了一定的研究成果。由于瞬變電磁探測工作環境的改變以及探測任務的要求，目前小回線源等小型裝置成為實際工作中常用的發射裝置。在瞬變電磁法數據處理方面，近年來非線性全局優化算法成為地球物理科研人員的研究熱點，并取得一定的突破。為此，加快研究快速、準確的瞬變電磁非線性反演方法，對于淺層地表的精細解釋和煤礦超前地質預測具有重要的理論指導意義和實用價值。

傳統瞬變電磁法數據處理方法是采用煙圈快速成像技術(Nabighian，1979)，例如，文獻《彭仲秋,段新力,畢武,等.瞬變電磁“煙圈”反演實現[J].物探化探計算技術,2012,34(5)：573-575》，公開的就是采用煙圈快速成像技術實現瞬變電磁數據處理，但是該方法是一種半定性和定量的粗糙處理方法，具有精度低，對異常目標深度不敏感的缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于現有的瞬變電磁煙圈反演技術存在精度低，對異常地質體深度不敏感的問題。

本發明通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：一種基于非線性收斂因子海鷗算法的瞬變電磁反演方法，所述方法包括：

將現場探測得到的地下介質的感應電壓隨時間變化的關系曲線中的數據作為實測數據，將預先設置的地下介質電阻率和深度作為海鷗種群的初始位置，將實測數據與海鷗種群的最優位置正演得到的電壓數據基于L1范數構建目標函數，執行基于非線性收斂因子海鷗算法，目標函數值最小或者達到迭代次數時，得到最終的深度和電阻率即為反演結果，其中，海鷗種群的最優位置表示的是瞬變電磁反演中最佳的地下介質電阻率和深度值；

采用上述電磁反演方法對對不同地電模型分別進行多次反演計算，取平均值作為地電模型的反演結果值，將反演結果與該地電模型的參數進行對比來評價反演方法的有效性。

優點在于：針對瞬變電磁數據與實際地質模型之間是復雜非線性關系的實際，本發明首次將海鷗算法應用于瞬變電磁反演計算中并驗證其有效性；海鷗算法本身具有一定的局部搜索和攻全局搜索能力，通過迭代計算能夠尋找全局最優解，因此本發明能夠加快搜索速度，快速獲得反演結果，精度高，對異常地質體深度敏感。

進一步地，所述非線性收斂因子海鷗算法，包括以下步驟：

S1、將預先設置的地下介質電阻率和深度作為海鷗的位置，初始化海鷗種群；

S2、計算每只海鷗的適應度值；