本發(fā)明屬于磁力勘探，特別是涉及一種剩磁條件下磁異常模量重加權(quán)反演方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、作為一種重要的地球物理勘探手段，磁法勘探通過觀測和解析巖、礦石等目標體磁性差異引起的磁異常，揭示磁性結(jié)構(gòu)、礦產(chǎn)資源規(guī)律等，其中的磁化強度反演是進行定量解釋的關(guān)鍵方法。傳統(tǒng)的磁化強度反演是基于磁化方向和地磁場方向一致的假設(shè)條件、反演磁化強度大小，這在只存在感磁情況下是適用的；但當存在剩磁時，尤其是剩磁較強且磁化方向與地磁場方向相差較大時，采用傳統(tǒng)的磁化強度反演往往會得到與實際相差較大的結(jié)果。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，當存在剩磁時，一般采用以下方式：(1)采用估計磁化方向法，如helbig的矩量法、互相關(guān)法、max-min法估算磁源總磁化方向，再采用磁異常數(shù)據(jù)進行反演，但這類方法更適用于孤立形體的反演；(2)或者采用受磁化方向影響較小的數(shù)據(jù)體，如總梯度模量(asa)、磁異常模量(ta)和規(guī)格化場源強度(nss)進行反演，這類反演適用于對多場源的復(fù)雜磁性異常體的反演；(3)也可以直接進行磁化強度矢量反演，由于這類方法是對磁化強度矢量的直接反演，其反演參數(shù)是磁化強度模量反演的三倍，因此多解性問題更嚴重，且初始值對反演結(jié)果的影響更大，引入的約束也比磁化強度模量反演中的更多更復(fù)雜。

3、因此，當剩磁無法忽略時，通常采用受磁化方向影響較小的數(shù)據(jù)進行反演，其計算相對簡單且結(jié)果具有一定的可靠性。對于asa、ta、nss三種轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，nss受磁化強度方法的影響最弱，但其計算復(fù)雜，其次是計算相對簡單的ta，而asa受磁化強度方向的影響較大，因此常采用ta用于剩磁條件下的磁化強度反演。但這類轉(zhuǎn)換量會消除原有磁異常中包含的相位信息，因此當采用ta數(shù)據(jù)進行反演時只能圈定出目標體的大致位置，尤其是針對傾斜目標體的反演，而難以確定傾斜目標體的傾斜形態(tài)。這是由于磁異常模量ta不具有線性疊加關(guān)系，因此ta數(shù)據(jù)反演中的核函數(shù)是基于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到的磁異常三分量構(gòu)建的，而構(gòu)建的核函數(shù)對反演結(jié)果起到重要作用，使得反演無法確定目標體的真實產(chǎn)狀。

4、針對剩磁條件下磁異常模量(ta)反演存在的缺陷，亟需從核函數(shù)的角度出發(fā)，開發(fā)一種能夠隨迭代更新核函數(shù)、并基于隨迭代更新的核函數(shù)進行重加權(quán)反演的方法，以提高剩磁條件下磁異常模量反演的準確性和可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中采用磁異常模量進行磁化強度反演存在的難以恢復(fù)目標體真實產(chǎn)狀的問題，本發(fā)明提出一種剩磁條件下磁異常模量重加權(quán)反演方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)，通過將磁異常模量非線性化正演公式進行線性化表示，利用隨迭代更新的磁異常模量核函數(shù)矩陣、進一步更新作為深度加權(quán)的靈敏度矩陣，從而構(gòu)建重加權(quán)最小模型目標函數(shù)，以提高剩磁條件下磁異常模量反演的準確性和可靠性。

2、本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種剩磁條件下磁異常模量重加權(quán)反演方法，包括以下步驟：

3、步驟s1、磁異常模量轉(zhuǎn)換，獲取反演的輸入數(shù)據(jù)磁異常模量；

4、獲取反演目標區(qū)的磁異常，對磁異常進行三分量轉(zhuǎn)換、計算得到反演的輸入數(shù)據(jù)磁異常模量ta，并收集觀測面高程及地形高程，數(shù)據(jù)均以網(wǎng)格文件(.grd)格式輸入；

5、步驟s2、磁異常模量非線性化正演：確定三維反演空間并進行直立六面體剖分，正演剖分單元在測點引起的磁異常模量，得到磁異常模量的非線性正演表達式；

6、針對步驟s1處理得到的磁異常模量，確定地形以下三維反演空間并進行直立六面體剖分獲得反演空間的剖分單元，其中，剖分單元中心點的水平坐標對應(yīng)觀測網(wǎng)網(wǎng)格節(jié)點的水平坐標，對剖分單元在測點引起的磁異常模量進行正演，對比第j個單一剖分單元在第i個測點引起的磁異常模量taij和全部nm個模型單元對第i個測點引起的磁異常模量tai的正演公式，有即對于磁化強度大小，磁異常模量不具有線性疊加關(guān)系；

7、步驟s3、線性化正演：線性化磁異常模量的正演公式，據(jù)此構(gòu)建初始正演核函數(shù)矩陣g(0)和初始靈敏度矩陣k(0)；

8、步驟s4、重加權(quán)目標函數(shù)：隨求解的迭代次數(shù)k更新正演核函數(shù)矩陣g(k)和靈敏度矩陣k(k)，構(gòu)建重加權(quán)最小模型目標函數(shù)；

9、在步驟s3獲得的g(0)和k(0)基礎(chǔ)上，根據(jù)第(k-1)次的迭代結(jié)果更新第k次迭代時采用的正演核函數(shù)矩陣g(k)和靈敏度矩陣k(k)，從而構(gòu)建重加權(quán)最小模型目標函數(shù)；

10、步驟s5、重加權(quán)目標函數(shù)求解：針對步驟s4構(gòu)建的重加權(quán)目標函數(shù)，采用迭代重加權(quán)最小二乘算法求解，最終獲得反演空間的磁化強度大小，圈定目標地質(zhì)體。

11、進一步的，所述步驟2中，第j個單一剖分單元在第i個測點引起的磁異常模量taij的正演公式為：

12、

13、其中，haxij、hayij和zaij分別是第j個單一剖分單元在第i個測點引起的磁異常三分量；mj表示第j個單一剖分單元的磁化強度大小；gxij、gyij和gzij分別是第j個單一剖分單元在第i個測點引起的磁異常三分量的核函數(shù)，只與第j個單一剖分單元與第i個測點之間的距離有關(guān)，與磁化強度大小無關(guān)。

14、全部nm個模型單元對第i個測點引起的磁異常模量tai的正演公式為：

15、

16、此正演公式表明，與磁異常及其三分量不同，磁異常模量對于磁化強度大小不具有線性疊加關(guān)系，且

17、進一步的，所述步驟3中，第j個單一剖分單元在第i個測點對應(yīng)的正演核函數(shù)矩陣算子的計算公式為：

18、

19、其中，tai、haxi、hayi和zai是對已知磁異常進行三分量轉(zhuǎn)換后計算得到的第i個測點數(shù)據(jù)；確定矩陣算子后，其作為g(0)矩陣中第j行第i列對應(yīng)的元素，進而可以確定初始正演核函數(shù)矩陣g(0)；

20、根據(jù)g(0)計算靈敏度矩陣初始值k(0)作為深度加權(quán)矩陣；其中，靈敏度矩陣為nm×nm大小的對角矩陣，第j個單一剖分單元對應(yīng)的靈敏度對角矩陣算子的計算公式為：

21、

22、其中，nm為測點個數(shù)，同理，確定初始靈敏度矩陣k(0)中第j行第j列對應(yīng)的元素后，即可確定初始靈敏度矩陣k(0)。

23、進一步的，所述步驟4中，更新第k次迭代時的核函數(shù)矩陣g(k)；其中，第j個單一剖分單元在第i個測點對應(yīng)的核函數(shù)矩陣算子的計算公式為：

24、

25、其中，由于磁異常模量與磁化強度大小為非線性關(guān)系，和是根據(jù)第(k-1)次迭代結(jié)果正演計算得到的第i個測點的值；

26、更新第k次迭代時的靈敏度矩陣k(k)；其中，第j個單一剖分單元對應(yīng)的靈敏度對角矩陣算子的計算公式為：

27、

28、構(gòu)建重加權(quán)最小模型目標函數(shù)；其中，第k次迭代時的重加權(quán)最小模型目標函數(shù)可以表示為：

29、

30、其中，是k次迭代時數(shù)據(jù)擬合項目標函數(shù)和模型約束項目標函數(shù)，α是正則化因子，wd是數(shù)據(jù)擬合對角矩陣，ta表示磁異常模量向量，m(k)表示第k次迭代需要求解的磁化強度大小向量。

31、進一步的，所述步驟s5中，采用預(yù)優(yōu)共軛梯度法對第k次迭代時的重加權(quán)最小模型目標函數(shù)進行求解，獲得第k次的結(jié)果m(k)。由此循環(huán)迭代過程，直到滿足反演給定精度，最終獲得反演空間的磁化強度大小，圈定目標地質(zhì)體。

32、本發(fā)明還提供了一種剩磁條件下磁異常模量重加權(quán)反演系統(tǒng)，包括：

33、磁異常模量轉(zhuǎn)換模塊，用于獲取反演目標區(qū)的磁異常，對磁異常進行三分量轉(zhuǎn)換、計算磁異常模量ta，從而得到反演的輸入數(shù)據(jù)；

34、磁異常模量非線性化正演模塊，用于確定三維反演空間并進行直立六面體剖分，對剖分單元在測點引起的磁異常模量進行正演，獲得對磁化強度大小具有非線性疊加關(guān)系的正演表達式；

35、線性化正演模塊，用于對非線性正演表達式進行線性化表達，獲得初始正演核函數(shù)矩陣g(0)，并據(jù)此計算作為深度加權(quán)對角矩陣的靈敏度矩陣初始值k(0)；

36、重加權(quán)目標函數(shù)構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建重加權(quán)最小模型目標函數(shù)，其中正演核函數(shù)矩陣和靈敏度矩陣隨求解的迭代次數(shù)k而更新為g(k)和k(k)；

37、重加權(quán)目標函數(shù)求解模塊，用于采用迭代重加權(quán)最小二乘算法對目標函數(shù)進行求解，最終獲得反演空間的磁化強度大小，圈定目標地質(zhì)體。

38、本發(fā)明還提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的一種剩磁條件下磁異常模量重加權(quán)反演方法中的步驟。

39、本發(fā)明還提供了一種智能終端，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的程序，該程序能夠被處理器加載執(zhí)行時實現(xiàn)如上述的剩磁條件下磁異常模量重加權(quán)反演方法。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于：

41、本方案通過將磁異常模量非線性化正演公式進行線性化表示，利用隨迭代更新的磁異常模量核函數(shù)矩陣、進一步更新作為深度加權(quán)的靈敏度矩陣，從而構(gòu)建重加權(quán)最小模型目標函數(shù)，提高剩磁條件下磁異常模量反演的精度，為更準確刻畫深部磁性結(jié)構(gòu)、礦產(chǎn)資源探勘探等提供更可靠的反演結(jié)果。