本發(fā)明涉及地球物理勘探，尤其涉及一種考慮剩磁與退磁的混合改進(jìn)型bessel-sphere地磁場正演方法、系統(tǒng)、設(shè)備以及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、地球物理學(xué)勘探中，地磁場勘查因能獲取地下介質(zhì)密度參數(shù)、有效區(qū)分構(gòu)造而廣泛應(yīng)用。隨著找礦需求增長及大比例尺地磁場應(yīng)用的擴(kuò)大，對(duì)高精度、大區(qū)域、快速化的地磁場正反演方法需求迫切。在實(shí)際應(yīng)用中，巖石和礦體的磁化特征受到多種因素的影響，其中剩磁(remanent?magnetization)和退磁(demagnetization)是兩個(gè)重要但常被忽略的因素。

2、剩磁對(duì)磁異常的方向和強(qiáng)度有顯著影響，在解釋磁法勘探數(shù)據(jù)時(shí)，考慮剩磁有助于提高礦體定位和性質(zhì)判定的準(zhǔn)確性；而強(qiáng)磁性礦體中的退磁效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致磁異常的幅度和形狀發(fā)生變化，影響對(duì)礦體規(guī)模和深度的判斷。考慮剩磁和退磁效應(yīng)能夠更準(zhǔn)確地反映地下磁化體的真實(shí)特征，提升磁法勘探結(jié)果的可靠性。

3、然而，現(xiàn)有的磁法勘探技術(shù)主要集中在測量和解釋磁異常，但在處理剩磁和退磁效應(yīng)方面存在明顯缺陷，大部分方法通常在地磁場正演中未同時(shí)考慮剩磁和退磁效應(yīng)的存在，導(dǎo)致正演結(jié)果與實(shí)際結(jié)果存在較大誤差。

4、同時(shí)在精度方面，盡管已發(fā)展出四面體、任意多面體積分、有限元等多種方法以適應(yīng)特殊地形和構(gòu)造體的精細(xì)刻畫，但這些方法往往計(jì)算速度較慢。而傳統(tǒng)的六棱柱體剖分方法雖然應(yīng)用廣泛，但由于其解析公式中存在大量的反正切與對(duì)數(shù)函數(shù)，導(dǎo)致計(jì)算速度慢，耗時(shí)較大，這成為該方法的一個(gè)顯著瓶頸。而在速度方面，盡管前人已通過小波變換壓縮靈敏度矩陣、在頻率/波數(shù)域中實(shí)現(xiàn)正演建模、利用卷積技術(shù)等方法提高了計(jì)算效率，但總體看來，頻率/波數(shù)域地磁場正演雖然速度較快，但精度可能不如時(shí)間域方法。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要考慮計(jì)算效率與精度之間的平衡問題。

5、因此，如何在地磁場正演模擬中考慮剩磁、退磁效應(yīng)的情況下，保證精度的同時(shí)提高正演的計(jì)算速度，仍是當(dāng)前面臨的一個(gè)重要問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問題

2、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)、不足，本發(fā)明提供一種考慮剩磁與退磁的混合改進(jìn)型bessel-sphere地磁場正演方法，其解決了難以在地磁場正演模擬中考慮剩磁、退磁效應(yīng)的影響下，保證正演精度和計(jì)算速度的技術(shù)問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

5、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種考慮剩磁與退磁的混合改進(jìn)型bessel-sphere地磁場正演方法，包括：

6、獲取正演模型，并按照預(yù)設(shè)邊長的正方體網(wǎng)格將正演模型進(jìn)行剖分，得到網(wǎng)格模型；

7、根據(jù)地磁場觀測點(diǎn)到網(wǎng)格模型中任意正方體頂面的垂直距離與設(shè)定邊長的比例關(guān)系，將網(wǎng)格模型劃分為近區(qū)部分模型和遠(yuǎn)區(qū)部分模型；

8、通過分別對(duì)近區(qū)部分模型實(shí)施改進(jìn)型貝塞爾算法，對(duì)遠(yuǎn)區(qū)部分模型實(shí)施球體算法替換正方體算法，以進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)地磁正演模擬；

9、將近區(qū)部分模型和遠(yuǎn)區(qū)部分模型各自的二階導(dǎo)數(shù)地磁正演模擬結(jié)果累加，得到地磁場觀測點(diǎn)的地磁場值；

10、基于地磁場觀測點(diǎn)的地磁場值和求取的考慮剩磁與退磁條件下的按三分量離散的總磁化強(qiáng)度，得到地磁場觀測點(diǎn)的考慮剩磁與退磁的三分量磁場與磁總場。

11、可選地，獲取正演模型，并按照預(yù)設(shè)邊長的正方體網(wǎng)格將正演模型進(jìn)行剖分，得到網(wǎng)格模型包括：

12、確定正演模型在長度、寬度和深度方向上的邊界范圍；

13、根據(jù)確定的邊界范圍和設(shè)定邊長a，計(jì)算出在每個(gè)方向上需要剖分的網(wǎng)格數(shù)量；

14、按照計(jì)算出的網(wǎng)格數(shù)量，在長度、寬度和深度方向上對(duì)正演模型進(jìn)行剖分，得到多個(gè)邊長為a的正方體；

15、將所有剖分得到的正方體按照位置關(guān)系組合，形成網(wǎng)格模型。

16、可選地，根據(jù)地磁場觀測點(diǎn)到網(wǎng)格模型中任意正方體頂面的垂直距離與設(shè)定邊長的比例關(guān)系，將網(wǎng)格模型劃分為近區(qū)部分模型和遠(yuǎn)區(qū)部分模型包括：

17、確定地磁場觀測點(diǎn)的坐標(biāo)位置；

18、計(jì)算網(wǎng)格模型中的任意一個(gè)正方體的頂面到地磁場觀測點(diǎn)的垂直距離za；

19、將網(wǎng)格模型中的任意一個(gè)正方體的頂面到地磁場觀測點(diǎn)的垂直距離za與設(shè)定邊長a相除，得到比值z(mì)a/a；

20、根據(jù)比值z(mì)a/a的大小，將網(wǎng)格模型中比值z(mì)a/a小于2的正方體劃分為近區(qū)部分并組合形成近區(qū)部分模型，以及將網(wǎng)格模型中比值z(mì)a/a不小于2的正方體劃分為遠(yuǎn)區(qū)部分并組合形成遠(yuǎn)區(qū)部分模型；其中，網(wǎng)格模型中的任意一個(gè)正方體的頂面到地磁場觀測點(diǎn)的垂直距離za為：

21、za＝|z0-z1|；

22、式中，z0為地磁場觀測點(diǎn)的z坐標(biāo)值，z1為正方體的頂面坐標(biāo)值。

23、可選地，改進(jìn)型貝塞爾算法的計(jì)算公式為：

24、

25、式中，uxx,uyy,uzz,uxy,uyz,uxz為引力勢的二階梯度張量，δ3a、δ3b、δ3c、δ3d、δ3e、δ3f分別為a、b、c、d、e、f的三階差分，d＝ln(r+x)，e＝ln(r+y)，f＝ln(r+z)，x，y，z為觀測點(diǎn)的坐標(biāo)。

26、可選地，對(duì)遠(yuǎn)區(qū)部分模型實(shí)施球體算法替換正方體算法，以進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)地磁正演模擬包括：

27、根據(jù)求取的球體的引力勢和球體引力勢的二階導(dǎo)數(shù)，離散得到球體二階磁場計(jì)算的核函數(shù)公式；

28、構(gòu)建對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)區(qū)部分模型中各個(gè)正方體的內(nèi)切等質(zhì)量球體；

29、根據(jù)設(shè)定邊長求取正方體的體積和質(zhì)量，并根據(jù)正方體的體積和質(zhì)量求取內(nèi)切等質(zhì)量球體的體積；

30、判斷地磁場觀測點(diǎn)q與內(nèi)切等質(zhì)量球體的球心os的距離r是否大于設(shè)定的距離閾值；

31、當(dāng)觀測點(diǎn)q與內(nèi)切球體的距離r大于設(shè)定的距離閾值時(shí)，將得到的正方體的體積與質(zhì)量、內(nèi)切等質(zhì)量球體的體積代入球體二階磁場計(jì)算的核函數(shù)公式，通過等效質(zhì)量轉(zhuǎn)換，得出球體替換公式；

32、基于球體替換公式進(jìn)行遠(yuǎn)區(qū)部分模型的二階導(dǎo)數(shù)地磁正演模擬；

33、其中，

34、球體的引力勢為：

35、

36、式中，v為球體的引力勢，p為密度，g＝6.67×10-3，vs分別表示球體的體積，x0,y0,z0為觀測點(diǎn)在x，y，z三個(gè)方向的坐標(biāo)值，xc,yc,zc為正方體的中心在x，y，z三個(gè)方向的坐標(biāo)值；

37、球體引力勢的二階導(dǎo)數(shù)為：

38、

39、式中，xi,xj,i,j＝1,2,3，表示空間坐標(biāo)的三個(gè)方向；

40、球體二階磁場計(jì)算的核函數(shù)公式為：

41、

42、式中，uxx,uyy,uzz,uxy,uyz,uxz為引力勢的二階梯度張量；

43、正方體的體積與質(zhì)量為：

44、vc＝a3,mc＝ρcvc；

45、式中，vc正方體的體積，mc為正方體的質(zhì)量，ρc為正方體密度；

46、內(nèi)切等質(zhì)量球體為：

47、

48、式中，ms為內(nèi)切等質(zhì)量球體的質(zhì)量，ρs為內(nèi)切等質(zhì)量球體的密度，vs內(nèi)切等質(zhì)量球體的體積；

49、球體替換公式為：

50、

51、可選地，將近區(qū)部分模型和遠(yuǎn)區(qū)部分模型各自的二階導(dǎo)數(shù)地磁正演模擬結(jié)果累加，得到地磁場觀測點(diǎn)的地磁場值包括：

52、將近區(qū)部分模型和遠(yuǎn)區(qū)部分模型各自的二階導(dǎo)數(shù)正演模擬所得的地磁場值進(jìn)行相加，得到地磁場觀測點(diǎn)的地磁場值；

53、判斷是否還有未處理的地磁場觀測點(diǎn)；

54、如果所有地磁場觀測點(diǎn)都已處理完畢，則結(jié)束重力正演計(jì)算；

55、如果還存在地磁場觀測點(diǎn)還未處理，選擇下一個(gè)觀測點(diǎn)，并重新進(jìn)行計(jì)算近區(qū)地磁正演模擬結(jié)果、遠(yuǎn)區(qū)地磁正演模擬結(jié)果以及將近區(qū)部分模型和遠(yuǎn)區(qū)部分模型各自的二階導(dǎo)數(shù)正演模擬所得的地磁場值進(jìn)行相加的工作。

56、可選地，基于地磁場觀測點(diǎn)的地磁場值和求取的考慮剩磁與退磁條件下的按三分量離散的總磁化強(qiáng)度，得到地磁場觀測點(diǎn)的考慮剩磁與退磁的三分量磁場與磁總場包括：

57、求取考慮剩磁與退磁的條件下磁性體的綜合磁化強(qiáng)度，并將綜合磁化強(qiáng)度按照磁場的三分量進(jìn)行離散，得到綜合磁化強(qiáng)度的初步三分量；

58、根據(jù)獲取的磁化率和地球背景磁場得到地磁場的感應(yīng)磁化強(qiáng)度，并將地磁場的感應(yīng)磁化強(qiáng)度按照磁場的三分量進(jìn)行離散，得到感應(yīng)磁化強(qiáng)度的三分量；

59、根據(jù)綜合磁化強(qiáng)度的三分量和感應(yīng)磁化強(qiáng)度的三分量，并利用球體已知退磁系數(shù)替換正方體的退磁系數(shù)，構(gòu)建綜合磁化強(qiáng)度的最終三分量；

60、將綜合磁化強(qiáng)度的最終三分量代入三分量磁場的正演模擬公式，得到考慮剩磁與退磁的三分量磁場以及磁總場；

61、其中，

62、考慮剩磁與退磁的條件下磁性體的綜合磁化強(qiáng)度為：

63、m＝mi+mr-nmr；

64、式中，m為總磁化強(qiáng)度，mi,mr分別表示感應(yīng)磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度，n表示退磁系數(shù)；

65、綜合磁化強(qiáng)度的初步三分量為：

66、

67、式中，x，y，z表示笛卡爾坐標(biāo)的三個(gè)方向，分別為球體的退磁系數(shù)的三個(gè)分量；

68、地磁場的感應(yīng)磁化強(qiáng)度為：

69、mi＝kt0/400π；

70、式中，k為磁化率，t0為地磁場；

71、感應(yīng)磁化強(qiáng)度的三分量為：

72、

73、式中，mix，miy，miz表示感應(yīng)磁化強(qiáng)度的三分量，i0，d0分別表示為地球磁場的磁傾角與磁偏角；

74、綜合磁化強(qiáng)度的最終三分量為：

75、

76、三分量磁場的正演模擬公式為：

77、

78、式中，hax,hay,haz分別為磁場的三分量，uxx,uyy,uzz,uxy,uyz,uxz為引力勢的二階梯度張量；

79、磁總場為：

80、δt＝haxcos(i0)cos(d0)+haycos(i0)sin(d0)+hazsin(i0)。

81、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種考慮剩磁與退磁的混合改進(jìn)型bessel-sphere地磁場正演系統(tǒng)，包括：網(wǎng)絡(luò)剖分模塊，用于獲取正演模型，并按照預(yù)設(shè)邊長的正方體網(wǎng)格將正演模型進(jìn)行剖分，得到網(wǎng)格模型；模型劃分模塊，用于根據(jù)地磁場觀測點(diǎn)到網(wǎng)格模型中任意正方體頂面的垂直距離與設(shè)定邊長的比例關(guān)系，將網(wǎng)格模型劃分為近區(qū)部分模型和遠(yuǎn)區(qū)部分模型；二階地磁正演模擬模塊，用于通過分別對(duì)近區(qū)部分模型實(shí)施改進(jìn)型貝塞爾算法，對(duì)遠(yuǎn)區(qū)部分模型實(shí)施球體算法替換正方體算法，以進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)地磁正演模擬；地磁相加模塊，用于將近區(qū)部分模型和遠(yuǎn)區(qū)部分模型各自的二階導(dǎo)數(shù)地磁正演模擬結(jié)果累加，得到地磁場觀測點(diǎn)的地磁場值；磁場參數(shù)求取模塊，用于基于地磁場觀測點(diǎn)的地磁場值和求取的考慮剩磁與退磁條件下的按三分量離散的總磁化強(qiáng)度，得到地磁場觀測點(diǎn)的考慮剩磁與退磁的三分量磁場與磁總場。

82、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種考慮剩磁與退磁的混合改進(jìn)型bessel-sphere地磁場正演設(shè)備，包括：至少一個(gè)數(shù)據(jù)庫；以及與至少一個(gè)數(shù)據(jù)庫通信連接的存儲(chǔ)器；其中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被至少一個(gè)數(shù)據(jù)庫執(zhí)行的指令，指令被至少一個(gè)數(shù)據(jù)庫執(zhí)行，以使至少一個(gè)數(shù)據(jù)庫能夠執(zhí)行如上所述的考慮剩磁與退磁的混合改進(jìn)型bessel-sphere地磁場正演方法。

83、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的考慮剩磁與退磁的混合改進(jìn)型bessel-sphere地磁場正演方法。

84、(三)有益效果

85、本發(fā)明的有益效果是：首先，本發(fā)明通過獲取正演模型，并按預(yù)設(shè)邊長的正方體網(wǎng)格進(jìn)行剖分，有效地管理了計(jì)算資源和提高了計(jì)算效率。通過精細(xì)的網(wǎng)格劃分，可以更準(zhǔn)確地模擬地下空間的地磁場分布情況。其次，本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了將網(wǎng)格模型劃分為近區(qū)部分和遠(yuǎn)區(qū)部分的策略。這種劃分方式使得算法能夠根據(jù)不同區(qū)域的特性選擇合適的計(jì)算方法，從而在保證精度的同時(shí)，提升了計(jì)算速度。具體來說，對(duì)近區(qū)部分實(shí)施改進(jìn)型貝塞爾算法，可以更精確地模擬近地表的地磁場變化；而對(duì)遠(yuǎn)區(qū)部分，則通過球體算法替換正方體算法，簡化了計(jì)算過程，提高了計(jì)算效率。接著，本發(fā)明通過將近區(qū)部分模型和遠(yuǎn)區(qū)部分模型各自的二階導(dǎo)數(shù)地磁正演模擬結(jié)果累加，可以更精確地模擬地磁場觀測點(diǎn)的地磁場值。這是因?yàn)槎A導(dǎo)數(shù)可以更好地描述地質(zhì)體的細(xì)節(jié)變化，從而提高模擬的精度。此外，本發(fā)明還考慮了地質(zhì)體的剩磁和退磁影響，通過求取考慮剩磁與退磁條件下的按三分量離散的總磁化強(qiáng)度，可以進(jìn)一步修正地磁場觀測點(diǎn)的地磁場值，使得模擬結(jié)果更加接近實(shí)際情況。最終得到地磁場觀測點(diǎn)的考慮剩磁與退磁的三分量磁場與磁總場。三分量磁場是指地磁場在三個(gè)互相垂直的方向上的分量，而磁總場則是這三個(gè)分量的矢量和。通過三分量磁場和磁總場，可以更全面地了解地磁場的特征，為地磁學(xué)的研究和應(yīng)用提供更豐富的信息。

86、總的來說，本發(fā)明提供的基于考慮剩磁與退磁的混合改進(jìn)型bessel-sphere地磁場正演方法不僅提高了計(jì)算速度和精度，還為地質(zhì)勘查等領(lǐng)域提供了更為準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)支持，具有顯著的有益效果和應(yīng)用價(jià)值。