本发明涉及重力勘探，特别是涉及一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法、介质与系统。
背景技术：
1、重力勘探作为一种重要的地球物理勘探方法,具有成本低、效率高、勘探深度大且可快速获得面积上信息的优势。在深部密度结构研究、矿产资源勘探等领域,三维重力反演是进行定量解释的关键技术。然而,由于重力场数据在垂向上分辨率较弱,反演过程中存在"趋肤"效应,导致反演得到的密度异常值容易集中在反演空间的顶部,难以准确反映深部地质体的真实密度分布。
2、为了削弱"趋肤"效应,获得更接近真实密度分布的反演结果,研究人员普遍引入深度加权函数。目前,深度加权函数主要分为三类:比值类、灵敏度类和指数类。比值类深度加权函数基于核函数振幅随深度衰减的特性构建,但其参数选取主要依赖经验估计。灵敏度类深度加权函数基于核函数构建,作为所有观测点对每个剖分单元的灵敏度度量,当观测面在剖分区域上方时,灵敏度函数与核函数随深度的衰减非常接近。指数类深度加权函数源于电导率成像中的双曲线和对数变换函数,虽然反演结果具有聚焦效果,但并非基于重力位场数据特征提出,且参数较多。
3、尽管这些深度加权函数在一定程度上改善了"趋肤"效应,但仍存在以下问题:1)反演结果容易出现"拖尾"现象；2)对于多个不同埋深地质体的反演,难以准确获得埋深较深地质体的位置和真实密度。这两个问题本质上都是反演分辨率不足的表现。虽然一些研究者尝试引入深度空间因子或目标地质体中心深度参数来改善反演效果,但这些方法仍然存在参数选取困难、可能引入人为干扰等问题。
4、因此,针对三维重力反演,亟需开发一种能够根据异常场进行自约束的高分辨率反演方法,以解决现有技术中存在的反演分辨率低、参数选取困难的问题,提高三维重力反演的准确性和可靠性。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法、介质及系统，能够解决现有技术中存在的反演分辨率低、参数选取困难的问题,提高三维重力反演的准确性和可靠性。
2、本发明是这样实现的：
3、本发明第一方面提供一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法，包括以下步骤：
4、步骤1：获取反演目标区的重力异常、确定反演空间并进行模型剖分获得反演空间的剖分单元，从而构置模型；
5、步骤2：利用反演目标区的重力异常、在反演空间内计算重力异常的dexp值，根据其极值点深度估算目标地质体中心埋深zc，并基于地质体中心与其正上方观测点重力异常关系构建初始深度加权函数wdcc；
6、步骤3：根据估算的目标地质体中心埋深zc、基于重力异常自观测面在垂向上的衰减性以及目标地质体引起的重力异常在垂向上的从自身位置向上及向下的衰减性，确定垂向自约束参数fver，对初始深度加权函数进行垂向自约束修正，以抵消重力异常场在垂向上的衰减性，提高垂向分辨率，获得垂向自约束修正的深度加权函数wdv；
7、步骤4：计算获得反演目标区的归一化重力异常ng和重力异常归一化垂向一阶导数nvdr，并据此确定水平自约束参数flat，在垂向自约束修正的深度加权函数基础上进行水平自约束修正，以提高水平分辨率，获得基于异常场自约束的深度加权函数wdlv；
8、步骤5：引入基于异常场自约束的深度加权函数wdlv构建三维重力反演l2范数目标函数并采用最小二乘算法求解，获得反演空间的密度分布，圈定目标地质体。
9、其中，所述步骤2，具体包括：
10、计算重力异常的dexp值，根据其极值点深度估算目标地质体中心埋深zc；其中，估算的目标地质体中心埋深zc的计算公式为：
11、zck＝dexpepk，k＝1，…，cn
12、其中，zck是估算的第k个目标地质体的中心埋深，估算的目标地质体中心埋深总个数用cn表示，dexpepk是根据重力异常dexp值估算的第k个极值点深度；
13、初始深度加权函数wdc的是基于地质体中心与其正上方观测点重力异常关系构建的；其中，初始深度加权函数wdc的计算公式为：
14、
15、其中，表示在第k个中心深度约束下第j个剖分单元的初始深度加权函数值，zj表示第j个剖分单元中心的垂向坐标，ζ表示第j个剖分单元中心正上方对应的观测点的垂向坐标，zck为中心深度约束。
16、其中，所述zck采用距离第j个剖分单元中心水平位置最近的目标地质体中心埋深估算值。
17、其中，所述步骤3，具体包括：
18、基于重力异常自观测面在垂向上的衰减性以及目标地质体引起的重力异常在垂向上的从自身位置向上及向下的衰减性、确定垂向自约束参数fver；其中，垂向自约束参数fver的计算公式为：
19、
20、fverkj表示在第k个中心深度约束下第j个剖分单元的垂向自约束参数值，β为衰减因子，与重力异常的衰减特征有关；
21、对初始深度加权函数进行垂向自约束修正，以抵消重力异常场在垂向上的衰减性，提高垂向分辨率，获得垂向自约束修正的深度加权函数wdv；其中，垂向自约束修正的深度加权函数wdv的计算公式为：
22、
23、其中，表示在第k个中心深度约束下第j个剖分单元的垂向自约束修正的深度加权函数值。
24、其中，所述β＝2。
25、其中，所述步骤4，具体包括：
26、对重力异常进行归一化处理获得归一化重力异常ng；其中，归一化重力异常ng的计算公式为：
27、
28、其中，ng(ξ，η)表示在观测面(ξ，η)位置处的归一化重力异常，gra(ξ，η)表示在观测面(ξ，η)位置处的重力异常，max{|gra(ξ，η)|}表示在观测面(ξ，η)位置处的重力异常绝对值的最大值；
29、利用频率域导数计算方法基于反演目标区的重力异常计算重力异常归一化垂向一阶导数nvdr；其中，重力异常归一化垂向一阶导数nvdr的计算公式为：
30、
31、其中，nvdr(ξ，η)表示在观测面(ξ，η)位置处的重力异常归一化垂向一阶导数，vdr(ξ，η)表示在观测面(ξ，η)位置处的重力异常垂向一阶导数，max{|vdr(ξ，η)|}表示在观测面(ξ，η)位置处的重力异常垂向一阶导数绝对值的最大值；
32、根据归一化重力异常ng和重力异常归一化垂向一阶导数nvdr确定水平自约束参数flat，水平自约束参数flat的计算公式为：
33、
34、其中，flatj表示第j个剖分单元的水平自约束参数值，tε是调整因子，可取tε＝0.001，tnt为用于防止水平参数的高值使得反演结果在水平上过于聚焦的参数；
35、在垂向自约束修正的深度加权函数基础上进行水平自约束修正，以提高水平分辨率，获得基于异常场自约束的深度加权函数wdlv；其中，基于异常场自约束的深度加权函数wdlv的计算公式为：
36、
37、其中，表示第j个剖分单元的基于异常场自约束的深度加权函数值。
38、其中，所述tε＝0.001且tnt≤1。
39、优选的，所述tnt＝0.8，满足反演结果的聚焦效果也能平衡水平参数的幅值差异。
40、本发明第二方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行上述的一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法。
41、本发明第三方面提供一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演系统，包含上述的计算机可读存储介质。
42、本发明的有益效果是：有效解决了现有技术中存在的反演分辨率低、参数选取困难等问题，具有以下显著技术效果：
43、1.提高反演的垂向分辨率：通过引入基于重力异常dexp值估算的目标地质体中心埋深,结合重力异常在垂向上的衰减特性,构建垂向自约束参数,对初始深度加权函数进行修正。这种方法有效抵消了重力场在垂向上的衰减性,显著提高了反演结果的垂向分辨率,使得深部地质体的位置和密度分布更加准确。
44、2.提高反演的水平分辨率:利用归一化重力异常和重力异常归一化垂向一阶导数构建水平自约束参数,在垂向自约束修正的基础上进行水平自约束修正。这一创新设计充分利用了重力异常反映地质体密度水平分布的特征,有效提高了反演结果的水平分辨率,使得地质体的水平边界更加清晰。
45、3.实现参数的自动选取:本方法通过异常场的自约束特性,自动确定深度加权函数的关键参数,避免了传统方法中参数选取依赖经验和多次测试的困难,提高了反演过程的效率和客观性。
46、4.改善"趋肤"效应和"拖尾"现象:基于异常场自约束的深度加权函数,有效平衡了浅部和深部地质体的反演权重,显著改善了传统方法中存在的"趋肤"效应和"拖尾"现象,使反演结果更加接近真实的地质结构。
47、5.提高多目标地质体的反演精度:对于多个不同埋深地质体的反演,本方法能够同时考虑多个目标地质体的中心埋深,通过垂向和水平自约束参数的综合作用,有效提高了埋深较深地质体的位置和密度反演精度。
48、6.增强反演结果的可靠性:通过充分利用重力异常场的特征信息进行自约束,本方法减少了人为因素的干扰,增强了反演结果的客观性和可靠性,为深部密度结构研究、矿产资源勘探等应用提供了更加可信的地质信息。
49、7.适应性强:本方法不依赖于特定的地质模型或先验信息,具有广泛的适用性,可以应用于各种复杂地质环境下的三维重力反演问题,为地球物理勘探领域提供了一种通用的高分辨率反演工具。
50、综上所述,本发明提出的基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法,在提高反演分辨率、改善反演效果、增强结果可靠性等方面取得了显著进展,解决现有技术中存在的反演分辨率低、参数选取困难的问题,提高三维重力反演的准确性和可靠性。
1.一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法，其特征在于，所述步骤2，具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法，其特征在于，所述zck采用距离第j个剖分单元中心水平位置最近的目标地质体中心埋深估算值。
4.根据权利要求3所述的一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法，其特征在于，所述步骤3，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法，其特征在于，所述β＝2。
6.根据权利要求3所述的一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法，其特征在于，所述步骤4，具体包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法，其特征在于，所述tε＝0.001且tnt≤1。
8.根据权利要求7所述的一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法，其特征在于，所述tnt＝0.8，满足反演结果的聚焦效果也能平衡水平参数的幅值差异。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行权利要求1-8任一项所述的一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演方法。
10.一种基于异常场自约束的高分辨率三维重力反演系统，其特征在于，包含权利要求9所述的计算机可读存储介质。
