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GRL:基于PDE多层等效源的任意曲面间磁异常数据高精度下延拓与磁梯度张量转换

注:文末有研究团队简介及本文科研思路分析 


磁法探测在资源勘探、国防军事等领域有广泛的应用,近年来,随着航空无人探测平台的迅猛发展,获取了大量的航磁探测数据。其主要数据类型是总场磁异常数据与分量场数据,为增加数据处理解释的精度,通常采用下延拓和磁梯度张量转换方法,提高数据的分辨率。目前,等效源方法是实现任意观测曲面间非规则观测数据下延拓和磁梯度张量转换计算的主要途径,其通过建构等效异常场源,间接实现数据的转换和延拓计算,方法具有物理意义明确、理论基础清晰、方法扩展性强等特点,是曲面间非规则磁测数据转换最为有效的途径。目前等效源方法研究的瓶颈集中在延拓距离、计算精度、稳定、收敛性等方面。


近日,中国地质大学(武汉)胡祥云教授研究团队提出了基于多层等效源理论的磁异常数据任意曲面间下延拓与梯度张量转换方法,采用PDE全稀疏框架,自适应构建连续多层等效源模型。与传统方法相比,该方法不需要单独计算等效源的深度位置,可以自适应计算等效源模型深度与分布,同时提出采用连续分布的等效源结构代替离散模型。试验表明,该方法可以有效提高等效源模型的磁测数据延拓、数据转换的计算精度。在低纬、强退磁、剩磁复杂磁性环境下,保持稳定的超长距离下延拓与梯度张量转换计算。方法同时突破了传统等效源方法6倍点距的下延拓限制,实现了18倍点距的稳定延拓计算。团队与巴西冈萨雷大学Marcelo教授合作,利用磁赤道附近巴西西北部Furnas地区的航空和地面高精度磁测数据,进行了航空-地面联合试验验证,验证了理论与方法在实际应用中的稳定性和效果。

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该论文研究同时认为,高精度对地下、水下磁探测成像系统,其探测装备平台与数据定量处理解释理论、方法,作为整体系统,其理论分析与方法设计,在不同的探测目标与物理场景下,具有设计、分析的差异性。该方法的提出,为未来大规模航空、水下复杂环境下磁探测数据的高精度定量解释与系统设计,提供了新的研究思路。

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该文近日正式发表在地球物理国际著名期刊Geophysical Research Letters,第一作者为中国地质大学(武汉)左博新教授,通讯作者中国地质大学(武汉)胡祥云教授。


原文:

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL088678

Downward continuation and transformation of total-field magnetic anomalies into magnetic gradient tensors between arbitrary surfaces using multilayer equivalent sources

Boxin Zuo, Xiangyun Hu*, Marcelo Leão-Santos, Lizhe Wang, Yi Cai

Geophys. Res. Lett., 2020, DOI: 10.1029/2020GL088678


研究团队简介


胡祥云,教授,博士生导师,任职于中国地质大学(武汉)。长期从事电磁探测与地球深部资源勘探理论与应用研究,先后承担973、863专题、国家科技重大专项专题、公益性行业科研专项、国家自然科学基金、湖北省自然科学创新群体等国家和省部级多项课题,在JGR、GRL、Geophysics、GJI、《中国科学》、《地球物理学报》等学术期刊发表论文一百多篇。


左博新,教授,博士生导师,任职于中国地质大学(武汉),主要从事地球物理重磁探测理论与方法研究,在Geophysical Journal International, Geophysics, Computers & Geosciences, Optical Engineering, Sensors,《地球物理学报》等国际国内重要期刊发表SCI论文多篇。


X-MOL导师介绍:

胡祥云

https://www.x-mol.com/university/faculty/262335


科研思路分析


Q:这项研究最初的目的是什么?想法是怎样产生的?

A:等效源方法是目前实现任意曲面间延拓和数据转换计算的最直接的途径,Dampney, 1969 首先提出了这种方法,提出这种方法可以被应用于延拓和转换计算,李耀国等学者(2010,2014)完善了等效源方法的化极和延拓计算理论和方法。由于Dampney, 1969提出等效源应放置于地面下2~6倍点距范围内,并且该建议被业界遵循和使用,所以等效源方法主要被应用于上延拓和转换计算,没有基于等效源的下延拓方法被明确提出。所以我们最初的想法是将等效源理论应用于下延拓计算中,实现任意曲面的稳定下延拓计算。


Q:研究过程中遇到哪些挑战?

A:首先是理论基础问题,作为最重要的部分,需要找到方法的理论基础支撑。翻阅了多部经典的势场理论著作,初步建立理论分析基础,在目前理论分析的基础上,进行了进一步的理论创新。其次在实测数据试验的方案确定上,在采用地面-航空联合验证的试验方案上,进行了多次的试验区域选择和方案修改,最终选择巴西Furnas作为试验区域,主要是该地区具有明确的地质资料、高精度的航空和地面磁测数据,以及清晰的地下异常目标体,并且,该地地区位于低纬,同时存在强剩磁、强退磁,十分有利于验证试验结果的精度和稳定性。


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