大地电磁测深资料反演方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及地球物理勘探领域，主要应用于MT、AMT、CSAMT等实测资料的处理方面，最终目的是为研究区的地质勘探提供电性分布物探成果图件，特别地涉及大地电磁测深资料反演方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

电磁场反演与成像解释方法在近几年都有不同程度的发展，增加了人们对复杂地质构造电磁场的认识。但是，在实际资料的反演与成像过程中仍然面临着诸多问题。比如，近似反演中三维电磁场模拟仍局限在规则且较简单的模型，或者采用一维或二维形式化解释替代方案,否则模拟难度、计算量和成本仍是主要问题。在成像反演中，尽管可以做到空间较连续的成像，但是对数据采集精度和采集密度提出了更高的要求，也使勘探成本大为提高。鉴于这些原因，人们寄希望于开拓新的反演成像方法。

20世纪80年代，法国数学家Tarantola以概率论为基础发展了概率反演的一整套理论和方法，从而奠定了概率反演的基础。意大利地球物理学家P.Manriello和D.Patella(1997、1999)提出了一种基于能量密度理论的成像方法——天然电磁感应场概率成像。其基本原理是使用一个概率成像方法判别因电性不连续面形成的电荷积累和导电体内的感应电流所在的最可能的位置。该方法引入总电磁能量密度概念，将地面频率域电磁观测值描述为由激励电荷或电偶极子在空间单元作用的总和，从而将与观测场相关的总能量与地下极化电荷或电偶极子的极化场相关联，是一种基于概率论的新的成像方法。此后，Mauriello根据Patella的理论思路试图将概率成像方法应用到其它地球物理勘探领域里，1998年他与Patella将概率成像引入自然电磁场成像方法之中，并介绍了实验成果。

在国内，对概率成像的研究较少，王绪本等(2002)从二维模拟理论出发，将该电磁场概率成像技术用于大地电磁测深(MT)资料的处理中，通过引入扫描函数和发生概率函数的概念，不用求解大型甚至病态方程组，而把求地质体的几何形状的传统反演方式转化为地质体以多大的可能性呈现某个轮廓的反演方式，丰富了大地电磁测深反演理论。

在频域电磁测深实测资料的处理中，对于由浅部电性不均匀体所引起的静态效应，一般都是采取了先校正然后再进行电阻率反演的策略。在技术上，张量阻抗分解技术的应用可以有效地进行校正，并能压制其它干扰(Groom,R.W.,Bailay,R,C，1989，赵国泽、汤吉等1996，魏胜，王家映等1996，F.E.M.Lilley,1998,G.W.McNeice and A.G.Jones 2001)。基于静态位移在剖面上为“高频噪声”的认识，空间滤波和电磁阵列法(EMAP)可以较有效地克服静态位移影响(王家映等1990，1992)。

然而对静态效应的校正，实质上就是人为将客观存在的电性不均匀体给抹掉了，这样处理虽然保证了对断面中、深部电性分布反演结果的相对正确性，但却破坏了方法本身对浅层大地介质分布的高分辨特性。并且，能够引起静态效应的也不仅仅只是浅部不均匀体，模拟实验表明位于断面中、深部的电性不均匀体，同样可以对观测数据造成畸变影响，只不过影响的频段发生了后移，不再表现为简单的全频段平移影响特征！因此，对于这些畸变影响的处理，以往所研发提出的各种静校正方法已不再适用。

发明内容

针对上述问题，本申请提供一种大地电磁测深资料反演方法、装置、设备及存储介质。

本申请提供了大地电磁测深资料反演方法，包括：

将水平电场数据沿测线方向求导数，然后再做归一化处理，得到水平电场预处理数据；对所述水平电场预处理数据的异常电场的分布进行模拟，得到电场异常数据；将所述电场异常数据进行分频信息提取，得到单频数据；对所述单频数据进行电场异常信息分类预判；对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架；对所述感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像，所述外围节点是指地电空间中控制格架所在节点除外的所有网格节点；重复上述电场异常信息分类预判到联合概率成像的步骤，得到多个频点的概率成像结果，并将所述多个频点的概率成像结果进行融合处理；根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型的设计；将所述结构化电阻率初始模型提供给二维反演程序，进行视电阻率数据的拟合迭代反演，得到最终的电性分布断面成果。

在一些实施例中，对所述水平电场预处理数据的异常电场的分布进行模拟，所述模拟为理论模拟，即采用静电场中线电荷所产生场的计算公式。

在一些实施例中，所述将电场异常数据进行分频信息提取的具体方法包括：

用低频观测数据扣除中、高频观测数据，得到仅为低频数据所反映的深部电性异常分布结构信息。

在一些实施例中，所述反演方法还包括：

对于较复杂的电场异常信息，通过人机交互的方式予以反馈判测。

在一些实施例中，所述对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架的具体方法包括：

通过拟合各异常的主体特征数据来对指定的成像空间开展局部最优化反演，并且仅接受容许偏差范围内的反演结果，从而得到感应源分布的主体控制格架。

在一些实施例中，所述对感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像的具体方法包括：

在外围节点中试探性地设置感应源，来计算对实测数据的拟合差，选择其中最小拟合差用于计算感应源存在概率，当所有外围网格节点扫描完成后，与格架节点联合进行感应源存在概率的计算，格架外围的成像结果除了起到一种背景衬托的作用外，也是对格架处反演结果准确性的一种检验。

在一些实施例中，所述将多个频点的概率成像结果进行融合处理的具体方法包括：

将高频、中频和低频各频点的概率成像结果进行融合，即将各频点数据的成像结果予以迭加；

在一些实施例中，根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型设计的具体方法包括：

根据感应电荷的正负可判断电性界面两侧大地介质电阻率的相对高低，再辅以研究区已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型设计。

本申请实施例提供大地电磁测深资料反演装置，包括：

数据预处理模块、分频信息提取模块、异常信息分类预判模块、局部最优化反演模块、联合概率成像模块、概率成像融合模块、初始模型设计模块和二维反演程序；

所述数据预处理模块：将水平电场数据沿测线方向求导数，然后再做归一化处理，得到水平电场预处理数据；

所述分频信息提取模块：将所述电场异常数据进行分频信息提取，得到单频数据；

所述异常信息分类预判模块：对所述单频数据进行电场异常信息分类预判；

所述局部最优化反演模块：对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架；

所述联合概率成像模块：对所述感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像；所述外围节点是指地电空间中控制格架所在节点除外的所有网格节点；

所述概率成像融合模块：将所述多个频点的概率成像结果进行融合处理；

所述初始模型设计模块：根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型；

所述二维反演程序：将所述结构化电阻率初始模型提供给二维反演程序，进行视电阻率数据的拟合迭代反演，得到最终的电性分布断面成果。

本申请实施例提供大地电磁测深资料反演设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行上述任意一项所述大地电磁测深资料反演方法。

本申请实施例提供一种存储介质，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，能够用来实现上述任一项所述大地电磁测深资料反演方法。

本申请提供的大地电磁测深资料反演方法、装置、设备及存储介质，具有如下有益效果：

本申请提出的将实测水平电场数据，沿测线方向求导并做归一化处理的转换，经MT有限元正演模拟实验证明，转换后的数据仅对地电空间中感应源存在的空间位置敏感，即突出反映了大地介质电性异常分布的结构特征，这种特性为我们从异常电场入手，开展对电性异常体识别技术的研究打下了基础。

提出的采用静电场理论公式来对异常电场的分布进行模拟的策略，相对于有限元等数值模拟方法，大幅减少了模拟计算的工作量，并较大程度上降低了对异常电场开展进一步研究的难度。

提出的对电场异常信息的分频提取技术，通过用低频观测数据扣除高频观测数据，即可得到仅为低频数据所反映的电性异常分布结构信息，再对这种经提取后的低频数据进行反演和概率成像处理，便可大幅提升对深部地电异常分布的分辨能力，通过这项研究的开展，有可能完全更新行业人士对频域电磁测深方法真实分辨能力的认识。

提出的对单频数据电场异常信息进行分类预判及对各预判电场异常进行界定范围的局部最优化反演技术，可对感应源的空间分布实现精确定位，从而实现对主体控制格架的局部高分辨成像——这也是本技术能够大幅提高对异常电性结构横向分辨能力的关键所在。

由上述反演，确定了感应源分布的主体控制格架后，再通过对外围网格节点扫描函数的计算，最后与格架节点联合进行概率成像，从而完成对单频数据勘探深度范围内感应源空间分布情况的研究，格架外围的成像结果主要起到突出感应源分布的一种背景衬托作用。

提出，为了得到断面全深度(指从地表到最低频数据所能反映到的最大深度)研究成果，需要将高频、中频和低频等各频点的上述反演—概率成像结果进行融合处理，即将各频点数据的成像结果予以迭加。

提出，基于上述对感应源空间分布的全深度成像结果，主要根据感应电荷的正负来判断电性界面两侧大地介质电阻率的相对高低，再辅以工区内已知的地质、物性、测井、地震等资料，来完成结构化电阻率初始模型的设计工作。

在研究异常电场分布规律的基础上，通过上述所提出的一系列技术，解决了目前电磁场概率成像不能对感应源进行精确空间定位的问题；同时通过对断面中不同深度感应源分布情况的成像，提出了结构化电阻率模型设计方案，从而为从根本上真正解决不同深度异常体所引起观测数据畸变给反演结果带来的不良影响奠定了基础。

在尊重实测数据所包含全部信息、充分发掘频域电磁测深方法本身所具备分辨潜能的同时，也将更客观、更合理的结构化电性分布信息，应用于二维电阻率迭代反演过程之中，从而为满足地质解释工作的需要，为其提供较为理想的反演处理结果，迈出了具有重要实用价值的一步。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本申请进行更详细的描述。

图1为本申请实施例提供的一种大地电磁测深资料反演方法的实现流程示意图；

图2(a)-(d)为本申请实施例提供的单一规则垂直电性界面模型及其模拟结果对比分析图；

图3(a)-(d)为本申请实施例提供的包含两个不均匀体的地电模型及其模拟结果与电场异常分频提取信息后的拟断面系列对比图；

图4(a)-(d)为本申请实施例提供的包含三组电荷分布的理论模型及其电场异常模拟曲线与反演—概率成像方法所得到的浅部、中部两组感应源空间分布成像结果和提取出的深部电场异常信息系列组图；

图5(a)-(d)为本申请实施例提供的对图3(a)-(d)中理论模型模拟结果进行传统反演所得到的两种电阻率断面图与采用本发明对感应源空间分布进行多频点反演—概率成像融合处理的效果及将所设计的结构化地电模型进行二维迭代修正后的反演结果系列对比图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

如果申请文件中出现“第一第二第三”的类似描述则增加以下的说明，在以下的描述中，所涉及的术语“第一第二第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一第二第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

在介绍本申请实施例提供的一种大地电磁测深资料反演方法之前，对相关技术中存在的问题进行简单介绍：

20世纪80年代，法国数学家Tarantola以概率论为基础发展了概率反演的一整套理论和方法，从而奠定了概率反演的基础。意大利地球物理学家P.Manriello和D.Patella(1997、1999)提出了一种基于能量密度理论的成像方法——天然电磁感应场概率成像。其基本原理是使用一个概率成像方法判别因电性不连续面形成的电荷积累和导电体内的感应电流所在的最可能的位置。该方法引入总电磁能量密度概念，将地面频率域电磁观测值描述为由激励电荷或电偶极子在空间单元作用的总和，从而将与观测场相关的总能量与地下极化电荷或电偶极子的极化场相关联，是一种基于概率论的新的成像方法。此后，Mauriello根据Patella的理论思路试图将概率成像方法应用到其它地球物理勘探领域里，1998年他与Patella将概率成像引入自然电磁场成像方法之中，并介绍了实验成果。

在国内，对概率成像的研究较少，王绪本等(2002)从二维模拟理论出发，将该电磁场概率成像技术用于大地电磁测深(MT)资料的处理中，通过引入扫描函数和发生概率函数的概念，不用求解大型甚至病态方程组，而把求地质体的几何形状的传统反演方式转化为地质体以多大的可能性呈现某个轮廓的反演方式，丰富了大地电磁测深反演理论。

在频域电磁测深实测资料的处理中，对于由浅部电性不均匀体所引起的静态效应，一般都是采取了先校正然后再进行电阻率反演的策略。在技术上，张量阻抗分解技术的应用可以有效地进行校正，并能压制其它干扰(Groom,R.W.,Bailay,R,C，1989，赵国泽、汤吉等1996，魏胜，王家映等1996，F.E.M.Lilley,1998,G.W.McNeice and A.G.Jones 2001)。基于静态位移在剖面上为“高频噪声”的认识，空间滤波和电磁阵列法(EMAP)可以较有效地克服静态位移影响(王家映等1990，1992)。

然而对静态效应的校正，实质上就是人为将客观存在的电性不均匀体给抹掉了，这样处理虽然保证了对断面中、深部电性分布反演结果的相对正确性，但却破坏了方法本身对浅层大地介质分布的高分辨特性。并且，能够引起静态效应的也不仅仅只是浅部不均匀体，模拟实验表明位于断面中、深部的电性不均匀体，同样可以对观测数据造成畸变影响，只不过影响的频段发生了后移，不再表现为简单的全频段平移影响特征！因此，对于这些畸变影响的处理，以往所研发提出的各种静校正方法已不再适用。

基于相关技术中存在的问题，本申请实施例提供一种大地电磁测深资料反演方法，所述方法应用于大地电磁测深资料反演设备，所述大地电磁测深资料反演设备可以为电子设备，例如计算机、移动终端等。本申请实施例提供的大地电磁测深资料反演方法所实现的功能可以通过电子设备的处理器调用程序代码来实现，其中，程序代码可以保存在计算机存储介质中。

实施例一

本申请实施例提供一种大地电磁测深资料反演方法，图1为本申请实施例提供的一种大地电磁测深资料反演方法的实现流程示意图，如图1所示，包括：

S1：将水平电场数据沿测线方向求导数，然后再做归一化处理，得到水平电场预处理数据；所处理的水平电场等数据可以是MT、AMT、CSAMT等物探方法所采集的实测数据；

S2：对所述水平电场预处理数据的异常电场的分布进行模拟，得到电场异常数据；

在一些实施例中，对所述水平电场预处理数据的异常电场的分布进行模拟，所述模拟为理论模拟，即采用静电场中线电荷所产生场的计算公式；

S3：将所述电场异常数据进行分频信息提取，得到单频数据；

在一些实施例中，所述将电场异常数据进行分频信息提取的具体方法包括：

用低频观测数据扣除中、高频观测数据，得到仅为低频数据所反映的深部电性异常分布结构信息；

S4：对所述单频数据进行电场异常信息分类预判；

S5：对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架；

在一些实施例中，所述对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架的具体方法包括：

通过拟合各异常的主体特征数据来对指定的成像空间开展局部最优化反演，并且仅接受容许偏差范围内的反演结果，从而得到感应源分布的主体控制格架；

S6：对所述感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像；所述外围节点是指地电空间中控制格架所在节点除外的所有网格节点；

在一些实施例中，所述对感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像的具体方法包括：

在外围节点中试探性地设置感应源，来计算对实测数据的拟合差，选择其中最小拟合差用于计算感应源存在概率，当所有外围网格节点扫描完成后，与格架节点联合进行感应源存在概率的计算，格架外围的成像结果除了起到一种背景衬托的作用外，也是对格架处反演结果准确性的一种检验；

S7：重复步骤S4-S6，得到多个频点的概率成像结果，并将所述多个频点的概率成像结果进行融合处理；

在一些实施例中，所述将多个频点的概率成像结果进行融合处理的具体方法包括：

将高频、中频和低频各频点的概率成像结果进行融合，即将各频点数据的成像结果予以迭加；

S8：根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型的设计；

在一些实施例中，根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型设计的具体方法包括：

根据感应电荷的正负可判断电性界面两侧大地介质电阻率的相对高低，再辅以研究区已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型的设计；

S9：将所述结构化电阻率初始模型提供给二维反演程序，进行视电阻率数据的拟合迭代反演，得到最终的电性分布断面成果。

本申请提出的将实测水平电场数据，沿测线方向求导并做归一化处理的转换，经MT有限元正演模拟实验证明，转换后的数据仅对地电空间中感应源存在的空间位置敏感，即突出反映了大地介质电性异常分布的结构特征，这种特性为我们从异常电场入手，开展对电性异常体识别技术的研究打下了基础。

提出的采用静电场理论公式来对异常电场的分布进行模拟的策略，相对于有限元等数值模拟方法，大幅减少了模拟计算的工作量，并较大程度上降低了对异常电场开展进一步研究的难度。

提出的对电场异常信息的分频提取技术，通过用低频观测数据扣除高频观测数据，即可得到仅为低频数据所反映的电性异常分布结构信息，再对这种经提取后的低频数据进行反演和概率成像处理，便可大幅提升对深部地电异常分布的分辨能力，通过这项研究的开展，有可能完全更新行业人士对频域电磁测深方法真实分辨能力的认识。

实施例二

基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种大地电磁测深资料反演方法，本申请实施例提供的另一种大地电磁测深资料反演方法，包括：

S21：将水平电场数据沿测线方向求导数，然后再做归一化处理，得到水平电场预处理数据；所处理的水平电场等数据，可以是MT、AMT、CSAMT等物探方法所采集的实测数据；

S22：对所述水平电场预处理数据的异常电场的分布进行模拟，得到电场异常数据；

在一些实施例中，对所述水平电场预处理数据的异常电场的分布进行模拟，所述模拟为理论模拟，即采用静电场中线电荷所产生场的计算公式；

S23：将所述电场异常数据进行分频信息提取，得到单频数据；

在一些实施例中，所述将电场异常数据进行分频信息提取的具体方法包括：

用低频观测数据扣除中、高频观测数据，得到仅为低频数据所反映的深部电性异常分布结构信息；

在一些实施例中，对于较复杂的电场异常信息，通过人机交互的方式予以反馈判测。

S24：对所述单频数据进行电场异常信息分类预判；

S25：对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架；

在一些实施例中，所述对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架的具体方法包括：

通过拟合各异常的主体特征数据来对指定的成像空间开展局部最优化反演，并且仅接受容许偏差范围内的反演结果，从而得到感应源分布的主体控制格架；

S26：对所述感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像；所述外围节点是指地电空间中控制格架所在节点除外的所有网格节点；

在一些实施例中，所述对感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像的具体方法包括：

在外围节点中试探性地设置感应源，来计算对实测数据的拟合差，选择其中最小拟合差用于计算感应源存在概率，当所有外围网格节点扫描完成后，与格架节点联合进行感应源存在概率的计算，格架外围的成像结果除了起到一种背景衬托的作用外，也是对格架处反演结果准确性的一种检验；

S27：重复步骤S24-S26，得到多个频点的概率成像结果，并将所述多个频点的概率成像结果进行融合处理；

在一些实施例中，所述将多个频点的概率成像结果进行融合处理的具体方法包括：

将高频、中频和低频各频点的概率成像结果进行融合，即将各频点数据的成像结果予以迭加；

S28：根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型的设计；

在一些实施例中，根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型设计的具体方法包括：

根据感应电荷的正负可判断电性界面两侧大地介质电阻率的相对高低，再辅以研究区已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型的设计工作；

S29：将所述结构化电阻率初始模型提供给二维反演程序，进行视电阻率数据的拟合迭代反演，得到最终的电性分布断面成果。

本申请提出的对单频数据电场异常信息进行分类预判及对各预判电场异常进行界定范围的局部最优化反演技术，可对感应源的空间分布实现精确定位，从而实现对主体控制格架的局部高分辨成像——这也是本技术能够大幅提高对异常电性结构横向分辨能力的关键所在。

实施例三

基于前述的各个实施例，本申请实施例提供的另一种大地电磁测深资料反演方法，包括：

S31：将水平电场数据沿测线方向求导数，然后再做归一化处理，得到水平电场预处理数据；所处理的水平电场等数据，可以是MT、AMT、CSAMT等物探方法所采集的实测数据；

S32：对所述水平电场预处理数据的异常电场的分布进行模拟，得到电场异常数据；

在一些实施例中，对所述水平电场预处理数据的异常电场的分布进行模拟，所述模拟为理论模拟，即采用静电场中线电荷所产生场的计算公式；

S33：将所述电场异常数据进行分频信息提取，得到单频数据；

在一些实施例中，所述将电场异常数据进行分频信息提取的具体方法包括：

用低频观测数据扣除中、高频观测数据，得到仅为低频数据所反映的深部电性异常分布结构信息；

在一些实施例中，对于较复杂的电场异常信息，通过人机交互的方式予以反馈判测。

S34：对所述单频数据进行电场异常信息分类预判；

S35：对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架；

在一些实施例中，所述对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架的具体方法包括：

通过拟合各异常的主体特征数据来对指定的成像空间开展局部最优化反演，并且仅接受容许偏差范围内的反演结果，从而得到感应源分布的主体控制格架；

S36：对所述感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像；所述外围节点是指地电空间中控制格架所在节点除外的所有网格节点；

在一些实施例中，所述对感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像的具体方法包括：

在外围节点中试探性地设置感应源，来计算对实测数据的拟合差，选择其中最小拟合差用于计算感应源存在概率，当所有外围网格节点扫描完成后，与格架节点联合进行感应源存在概率的计算，格架外围的成像结果除了起到一种背景衬托的作用外，也是对格架处反演结果准确性的一种检验；

在一些实施例中，所述试探性地设置感应源分三种情况-1、0和1，分别表示负电荷、无电荷和正电荷；

在一些实施例中，感应源存在概率定义为拟合差的倒数；

S37：重复步骤S34-S36，得到多个频点的概率成像结果，并将所述多个频点的概率成像结果进行融合处理；

在一些实施例中，所述将多个频点的概率成像结果进行融合处理的具体方法包括：

将高频、中频和低频各频点的概率成像结果进行融合，即将各频点数据的成像结果予以迭加；

S38：根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型的设计；

在一些实施例中，根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型设计的具体方法包括：

根据感应电荷的正负可判断电性界面两侧大地介质电阻率的相对高低，再辅以研究区已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型的设计；

S39：将所述结构化电阻率初始模型提供给二维反演程序，进行视电阻率数据的拟合迭代反演，得到最终的电性分布断面成果。

由上述反演，确定了感应源分布的主体控制格架后，再通过对外围网格节点扫描函数的计算，最后与格架节点联合进行概率成像，从而完成对单频数据勘探深度范围内感应源空间分布情况的研究，格架外围的成像结果主要起到突出感应源分布的一种背景衬托作用。

提出，为了得到断面全深度(指从地表到最低频数据所能反映到的最大深度)研究成果，需要将高频、中频和低频等各频点的上述反演—概率成像结果进行融合处理，即将各频点数据的成像结果予以迭加。

实施例四

基于前述的各个实施例，本申请实施例再提供一种大地电磁测深资料反演方法，所述方法包括：

S41：将水平电场数据沿测线方向求导数，

在一些实施例中，将其转换为仅对感应源存在之空间位置敏感的数据形式，即

式中，N为观测数据的个数；T[·]表示对一个数据集合作归一化变换；D

然后再做归一化处理，得到水平电场预处理数据；

在一些实施例中，以理论模型，来说明对实测数据做出这种转换的意义。如图2所示，其中图2(a)为具有一垂直电性界面的断层模型，高阻层电阻率给定为1000Ω.m，上覆低阻层分10Ω.m和100Ω.m两种情况进行MT有限元正演模拟；图2(b)为观测周期T＝10.666667s电场水平分量实部Eyr的计算结果，由图可知电场值的大小与模型中的电性差异关系显著，即低阻层的电阻率越小，观测的电场值也相应变小，并且曲线的起伏幅度也趋于平缓；图2(c)为dE

在一些实施例中，所处理的水平电场等数据，可以是MT、AMT、CSAMT等物探方法所采集的实测数据；

S42：因大地电磁场为似稳场，在一定地电范围内，当观测频率足够低时，可把地下电磁场的分布特征用静电磁场来描述；鉴于此，对所述水平电场预处理数据的异常电场的分布进行模拟，得到电场异常数据；

在一些实施例中，对所述水平电场预处理数据的异常电场的分布进行模拟，所述模拟为理论模拟，即采用静电场中线电荷所产生场的计算公式；

在一些实施例中，所用公式如下：

式中，y

在一些实施例中，为检验由上述公式所计算的异常电场对有限元相应模拟结果的近似效果如何，做了如下实验：在断层模型(见图2(a))垂直电性界面上，设置线电荷密度为-1(在电场由高阻到低阻的不连续电性界面上，感应线电荷为负)的感应源，其计算结果见图2(d)的虚线所示，图中实线为有限元相应的模拟结果，由图可知，两者一致性较好。通过上述实验，证明了在一定条件下，用静电场中的公式来模拟异常电场的可行性和有效性。显然，在运用异常场数据来对感应源进行反演—概率成像的过程中，由简捷的解析公式来模拟异常场，将极大的减小计算工作量，大幅提高反演成像的速度；

S43：对不同深度感应源空间分布情况的研究，要使用不同频率的观测数据依次进行，为提高成像结果的纵向分辨能力，对电场异常信息采用了分频提取技术；将所述电场异常数据进行分频信息提取，得到单频数据；

在一些实施例中，所述将电场异常数据进行分频信息提取的具体方法包括：

用低频观测数据扣除中、高频观测数据，得到仅为低频数据所反映的深部电性异常分布结构信息；

由图3，其中图3(a)为包含两个不均匀体的地电模型；图3(c)为电场异常模拟结果，可见图中对浅表不均匀体两垂直电性界面的反映清晰强烈、而对深部不均匀体的存在几乎没有什么反映，图3(d)则是对电场异常信息进行分频提取后的结果，由图可知提取出来的低频段信息对深部异常体的反映基本上和高频段对浅表不均匀体的反映具有同等程度的清晰显示。因此，对这种经提取后的低频段数据进行反演和概率成像处理，便可大幅提升对深部地电异常分布的分辨能力；

S44：对所述单频数据进行电场异常信息分类预判；

在一些实施例中，具体方法包括：

S44-1：分析统计电场异常个数以及各电场异常的位置、峰值及其两侧曲线对称性或缓陡情况；

S44-2：基于以上对各电场异常曲线特征的分析，判断引起各电场异常的可能电性界面形态，比如垂直线段、倾斜线段、弯曲线段等形态；

S44-3：对于复杂的电性界面分布情形，可以通过人机交互的方式，对界面形态进行反馈判测；

S44-4：根据以上对电性界面形态的预判，初步确定用于反演的基本构型特征，比如点、线段、弯曲曲线等构型；

如图4所示，其中图4(a)是包含浅、中、深三组电荷分布的理论模型；图4(b)是模拟的异常电场曲线，根据对曲线形态的分析，我们首先可以判别出两个电场异常，由峰值两侧曲线的对称性，最终可选定点状作为反演成像的基本构型；当然，曲线中还包括较微弱的由深部电荷组合所引起的电场异常信息，对于这种弱信息要通过上述“分频提取技术”来处理；

S45：对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架；

在一些实施例中，所述对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架的具体方法包括：

通过拟合各异常的主体特征数据来对指定的成像空间开展局部最优化反演，并且仅接受容许偏差范围内的反演结果，从而得到感应源分布的主体控制格架；

在一些实施例中，具体方法包括：

S45-1：根据步骤S4对各电场异常的判测，界定各异常反演所要拟合数据的范围，比如对于点状构型，可以指定以异常峰值为中心的单侧半径；

S45-2：根据步骤S4对各电场异常的判测，界定局部最优化反演的成像范围，比如对于点状构型，可以确定为各异常峰值正下方等；

S45-3：在界定的地电空间成像范围内，通过拟合指定观测区段内的实测数据，搜索所选反演基本构型的最优解，同时通过接受容许偏差范围内的解，来达到对感应源空间分布位置的精确定位；

S45-4：对各电场异常完成以上反演成像处理后，便可得到为单频数据所反映的感应源空间分布控制格架，即完成了对感应源分布的局部精确成像处理。

如图4(c)所示，图中白色区域，便是通过界定范围的局部最优化反演，所确定的感应源空间分布控制格架局部精确成像结果，即通过单频数据的研究，分辨处理了其中的浅部和中部电荷组合异常，如4(d)所示；

S46：对所述感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像；所述外围节点是指地电空间中控制格架所在节点除外的所有网格节点；

在一些实施例中，所述对感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像的具体方法包括：

在外围节点中试探性地设置感应源，来计算对实测数据的拟合差，选择其中最小拟合差用于计算感应源存在概率，当所有外围网格节点扫描完成后，与格架节点联合进行感应源存在概率的计算，格架外围的成像结果除了起到一种背景衬托的作用外，也是对格架处反演结果准确性的一种检验；

在一些实施例中，具体计算步骤如下：

S46-1：根据频域测深实测资料或正演模拟结果，设计出成像区域的二维网格，具体参数包括网格各列节点的水平坐标、各行节点所在的深度等；

S46-2：对外围节点，由成像区域左上角的第一个节点开始，按照从左到右、从上到下的顺序，依次扫描二维网格的每个节点，直到成像区域右下角的最后一个节点为止。在所扫描的当前节点i处，试探性的设置感应源，并且其强度分-1、0、1(分别表示负电荷、无电荷和正电荷)三种情形分别进行正演模拟，对三种模拟结果分别与实测数据求出拟合差，并取绝对值最小者，来确定m

式中，M表示要计算概率值的空间位置总数；P

S46-3：对格架节点，采用各电场异常反演解同时存在时对实测数据的拟合情况，来计算上述S

S46-4：对上述所有节点处计算得到的S

对图4(a)所示的理论模型，联合概率成像的效果如图4(c)所示，即成像结果对断面浅部和中部的两处电荷组合，都给出了非常精确的空间定位；

S47：为了得到全深度地电空间的成像结果，重复步骤S44-S46，得到多个频点的概率成像结果，并将所述多个频点的概率成像结果进行融合处理；

在一些实施例中，所述将多个频点的概率成像结果进行融合处理的具体方法包括：

将高频、中频和低频各频点的概率成像结果进行融合，即将各频点数据的成像结果予以迭加；

如图3(a)中的理论模型，采用图3(d)所示拟断面图中，观测周期T分别为0.133333s和10.666673s的模拟数据，依次完成反演—概率成像后，对这两个频点成像结果进行融合处理的效果参见图5(c)，由图可知，多频融合结果对两个不均匀体垂直电性界面的分布都给出了比较精确的空间定位；

S48：根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型的设计；

在一些实施例中，根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型设计的具体方法包括：

根据感应电荷的正负可判断电性界面两侧大地介质电阻率的相对高低，再辅以研究区已知的地质、物性、测井和地震资料，便可次第完成对整个地电断面中不同部位的电性赋值操作，完成结构化电阻率初始模型的设计；这一流程在大地电磁测深资料的处理中一直没有得到足够的重视，这也是本类电法资料反演结果一般难以满足地质解释需要的主要原因之一；

S49：将所述结构化电阻率初始模型提供给二维反演程序，进行视电阻率数据的拟合迭代反演，得到最终的电性分布断面成果；

如图3(a)所示的理论模型，图3(b)为TM模式视电阻率模拟结果，可见每个不均匀体都对实测数据造成了严重的畸变影响，浅表不均匀体的影响表现为全频段，而深部不均匀体所影响的频段则发生了后延，使用这种包含畸变影响的数据进行反演处理，通常会得到两种结果，参见图5(a)和图5(b)，这两种结果对浅表不均匀体的分辨较好，但对深部不均匀体的反映则很差，前者对深部异常体的反映深度偏浅、规模偏小；而后者则出现了严重的挂“面条”现象，对断面中深部包括深部异常体的电性分布，造成了严重的“扭曲”。因此，这两种反演结果都不能满足实际生产的需要。而采用本发明提出的资料处理策略，将根据图5(c)所设计完成的结构化电阻率初始模型，提供给二维NLCG反演程序，最终的处理效果如图5(d)所示，由图可知，这一处理结果则对浅、深两个异常体的分提出，基于上述对感应源空间分布的全深度成像结果，主要根据感应电荷的正负来判断电性界面两侧大地介质电阻率的相对高低，再辅以工区内已知的地质、物性、测井、地震等资料，来完成结构化电阻率初始模型的设计工作。

在研究异常电场分布规律的基础上，通过上述所提出的一系列技术，解决了目前电磁场概率成像不能对感应源进行精确空间定位的问题；同时通过对断面中不同深度感应源分布情况的成像，提出了结构化电阻率模型设计方案，从而为从根本上真正解决不同深度异常体所引起观测数据畸变给反演结果带来的不良影响奠定了基础。

在尊重实测数据所包含全部信息、充分发掘频域电磁测深方法本身所具备分辨潜能的同时，也将更客观、更合理的结构化电性分布信息，应用于二维电阻率迭代反演过程之中，从而为满足地质解释工作的需要，为其提供较为理想的反演处理结果，迈出了具有重要实用价值的一步。

实施例五

基于前述的实施例，本申请实施例提供一种大地电磁测深资料反演装置。

本申请实施例提供一种大地电磁测深资料反演装置，大地电磁测深资料反演装置包括：

数据预处理模块、分频信息提取模块、异常信息分类预判模块、局部最优化反演模块、联合概率成像模块、概率成像融合模块、初始模型设计模块和二维反演程序；

所述数据预处理模块：将水平电场数据沿测线方向求导数，然后再做归一化处理，得到水平电场预处理数据；

所述分频信息提取模块：将所述电场异常数据进行分频信息提取，得到单频数据；

所述异常信息分类预判模块：对所述单频数据进行电场异常信息分类预判；

所述局部最优化反演模块：对预判结果的各电场异常做界定范围内的局部最优化反演，得到感应源分布的主体控制格架；

所述联合概率成像模块：对感应源分布的外围节点和格架节点进行联合概率成像；所述外围节点是指地电空间中控制格架所在节点除外的所有网格节点；

所述概率成像融合模块：将所述多个频点的概率成像结果进行融合处理；

所述初始模型设计模块：根据所述融合处理后的概率成像结果以及研究区内已知的地质、物性、测井和地震资料，完成结构化电阻率初始模型的设计；

所述二维反演程序：将所述结构化电阻率初始模型提供给二维反演程序，进行视电阻率数据的拟合迭代反演，得到最终的电性分布断面成果。

需要说明的是，本申请实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述的大地电磁测深资料反演方法，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

相应地，本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中提供的大地电磁测深资料反演方法中的各数据处理步骤。

上述实施例在研究异常电场分布规律的基础上，通过上述所提出的一系列技术，解决了目前电磁场概率成像不能对感应源进行精确空间定位的问题；同时通过对断面中不同深度感应源分布情况的成像，提出了结构化电阻率模型设计方案，从而为从根本上真正解决不同深度异常体所引起观测数据畸变给反演结果带来的不良影响奠定了基础。

在尊重实测数据所包含全部信息、充分发掘频域电磁测深方法本身所具备分辨潜能的同时，也将更客观、更合理的结构化电性分布信息，应用于二维电阻率迭代反演过程之中，从而为满足地质解释工作的需要，为其提供较为理想的反演处理结果，迈出了具有重要实用价值的一步。

实施例六

本申请实施例提供一种大地电磁测深资料反演设备；所述电子设备包括：所述处理器配置为执行存储器中存储的大地电磁测深资料反演方法的程序，以实现以上述实施例提供的大地电磁测深资料反演方法中的各数据处理步骤。

以上显示设备和存储介质实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请计算机设备和存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。

这里需要指出的是：以上存储介质和设备实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请存储介质和设备实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台控制器执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。