波数域(频率域)重、磁场正演方法对比研究

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重、磁位场正演是反演的基础,重、磁位场正演在重、磁力勘探中有着重要的作用。快速且高精度的重、磁位场正演方法,能够为定性解释、地形校正、反演等提供理论支持,进而为解决相应的地质问题提供重要的依据。重、磁位场正演可分为空间域和波数域两大类方法。空间域正演方法因其计算过程直观、计算结果为精确值的优点而被广泛应用,但是当观测点数和场源体数目较多时,存在计算耗时长且占用内存大的问题。相比于空间域,波数域(频率域)重、磁位场正演方法有表达式简洁紧凑的优点,在快速正演中发挥着重要的作用。目前波数域重、磁场正演方法主要有标准FFT法、偏移抽样法和Gauss-FFT法。前人对标准FFT法和Gauss-FFT法进行了计算精度和速度的对比,但是对比结果是在不同波谱采样点数的前提下得出的结论,且仅比对了正演重、磁力异常时,标准FFT法和Gauss-FFT法的正演精度和速度,对方法的内存占用量和其它类型的重、磁位场数据正演精度和速度的研究较少。为了解在相同波谱采样点数的前提下,各正演方法在正演重、磁力异常及其一阶导数和二阶导数时正演精度和效率的关系。本次从三种正演方法的基本原理出发,在相同波谱采样点数的前提下,对比各方法在正演不同模型不同数据类型时,正演精度、速度(计算量)和内存占用量的关系。并通过数值模拟的方法,进一步验证各方法在正演过程中正演精度和效率的关系。模型测试结果表明:当正演误差主要来自离散误差,且波谱采样点数小于8倍观测点数采样(8点Gauss积分)时,各方法的正演精度关系为:偏移抽样法>Gauss-FFT法>标准FFT法;当波谱采样点数大于等于8倍观测点数时,各方法的正演精度关系为:Gauss-FFT法>偏移抽样法>标准FFT法。在相同波谱采样点数和数据类型的前提下,三种方法的正演速度关系为:Gauss-FFT法>标准FFT法>偏移抽样法;内存占用量的关系为:偏移抽样法>标准FFT法>Gauss-FFT法。随着导数阶次的增加,各方法的正演速度均减小且内存占用量均增加。均衡正演精度、速度和内存占用量,当离散误差占主要部分时,选取8点Gauss积分的Gauss-FFT法计算精度高效率高。
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