[發明專利]基于壓縮感知重構的大地電磁數據反演方法

在審

• 申請號: 202211258637.1
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115563791A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 蘇揚;任秀艷;王路遠;劉云鶴;張博;殷長春
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H03M7/30;G06F111/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 曹兆霞

本發明公開了一種基于壓縮感知重構的大地電磁數據反演方法，包括以下步驟：獲取隨機測點分布采集的大地電磁數據，并將大地電磁數據處理成電磁阻抗數據后，對電磁阻抗數據進行分類整理；采用基于曲波變換的壓縮感知重構方式對整理后的每類電磁阻抗數據進行從隨機測點分布到規則測點分布的數據重構，得到重構電磁阻抗數據；以重構電磁阻抗數據作為觀測電磁數據進行大地電磁數據反演計算。該大地電磁數據反演方法提升了大地電磁勘探的工作效率，并保證反演的收斂速度和結果的分辨率。

技術領域

本發明屬于地質探測領域，具體涉及一種基于壓縮感知重構的大地電磁數據反演方法。

背景技術

鑒于全球近地表易勘探的油氣和礦產資源開采有限，迫切需要在地球深部尋找新的突破。大地電磁測深是利用天然交變電磁場研究地下電性結構的重要方法，具有成本低、施工方便、探測深度大和對低阻體靈敏等技術優勢，已被廣泛應用于油氣資源勘探和深部構造研究。

傳統的一維、二維反演策略已無法滿足深部資源探測和構造研究的技術需求。近年發展起來并獲得廣泛應用的大地電磁三維正反演算法是研究地球內部結構必不可少的技術手段，而處理技術的有效性和處理結果的可靠性直接影響地質解釋人員的分析和判斷。

電磁法三維正演模擬是三維反演和解釋的基礎和核心內容，三維正演計算的精度關系到三維反演結果的可靠性并影響最后的地質解釋。目前在大地電磁中應用廣泛的正演算法是基于交錯網格的有限差分法，其具有思路簡單，易于編程實現，計算速度快的優點。

目前三維大地電磁數據反演的主要方法為基于梯度類優化算法的確定性反演，在模型解空間搜索最優的下降方向，經有限次迭代就可以完成收斂，從而達到最優解。各種梯度類優化算法包括高斯-牛頓(Gauss-Newton，GN)法、擬牛頓(Quasi-Newton，QN)法、非線性共軛梯度(Nonlinear Conjugate Gradient，NLCG)法和有限內存的BFGS算法(LMBFGS，一種擬牛頓方法)等，這些梯度類優化算法被引用到尋找三維電阻率模型最優解問題。

通常情況下，大地電磁野外勘探施工成本高，且對于工區復雜的區域開展野外工作是十分困難的。因此，大地電磁實際觀測到的數據信息量有限，但反演的未知模型參數遠大于采集的數據量，因此反演方程是欠定的，導致反演問題具有非常強的多解性，這會導致反演結果的分辨率不足，進而導致反演結果不夠準確。

因此，開發能夠有效提高電磁數據反演分辨率的三維正反演算法是目前大地電磁領域的關鍵任務。

發明內容

鑒于上述，本發明的目的是提供一種基于壓縮感知重構的大地電磁數據反演方法，提高大地電磁勘探的工作效率，并保證反演收斂速度和反演結果分辨率。

為實現上述發明目的，本發明實施例提供的一種基于壓縮感知重構的大地電磁數據反演方法，包括以下步驟：

獲取隨機測點分布采集的大地電磁數據，并將大地電磁數據處理成電磁阻抗數據后，對電磁阻抗數據進行分類整理；

采用基于曲波變換的壓縮感知重構方式對整理后的每類電磁阻抗數據進行從隨機測點分布到規則測點分布的數據重構，得到重構電磁阻抗數據；

以重構電磁阻抗數據作為觀測電磁數據進行大地電磁數據反演計算。

優選地，所述對電磁阻抗數據進行分類整理，包括：

按照采樣頻率、阻抗類型以及電磁阻抗數據的實部和虛部進行分類，將每個采樣頻率下的每類電磁阻抗數據的實部或虛部作為一類數據，當采樣頻率為P個、阻抗類型為Q類，那整理得到P×Q×2類電磁阻抗數據，其中，2表示電磁阻抗數據的實部或虛部這兩種。

優選地，所述采用基于曲波變換的壓縮感知重構算法對整理后的每類電磁阻抗數據進行從隨機測點分布到規則測點分布的數據重構，包括：

對隨機測點分布進行稀疏采樣，得到稀疏的采樣矩陣S；