一种非结构网格Pearson系数地球物理联合反演约束方法

本技术属于地球物理勘探多参数联合反演，更具体地说，涉及一种非结构网格pearson系数地球物理联合反演约束方法。

背景技术：

1、地球物理反演是通过地表观测数据推演地下地质体物性分布、构造形态的核心技术，广泛应用于矿产勘探、地质构造探测、资源勘查等领域；但单一地球物理数据反演存在显著的多解性、局限性问题，反演结果精度低、可靠性差；为克服单一反演技术缺陷，多参数联合反演技术应运而生，其通过融合两种及以上地球物理观测数据，引入模型约束条件缩小反演解空间，能够有效削弱反演多解性、提升地下构造成像精度，是当前地球物理勘探领域的主流核心技术。

2、现有地球物理联合反演技术根据约束原理不同，主要分为两大类，分别为基于岩石物理关系的联合反演方法和基于结构相似性的联合反演方法，两类方法均存在固有技术缺陷，难以适配复杂勘探场景的高精度反演需求。

3、其中，基于岩石物理关系的联合反演方法，依托岩石物理实验，建立电阻率、密度、磁化强度、波速等不同物性参数之间的经验函数关系，依次作为约束条件实现联合反演；但该方法高度依赖采样区域的岩石物性特征，不同勘探区域、不同岩性地层的物性关联规律差异极大，无法形成通用、统一的物性关系函数；这一特性导致该方法的适配性和推广性极差，仅能适用于小范围、岩性单一的勘探场景，无法满足大范围、复杂地质区域的联合反演需求，技术应用局限性显著。

4、基于结构相似性的联合反演方法是目前应用最广泛的联合反演技术，其利用不同物性模型的空间结构相似性构建约束条件，无需依赖固定的岩石物性关系，通用性相对更强，该方法中，交叉梯度约束法为主流核心技术，其通过对两种物性模型的梯度进行叉乘运算并最小化叉乘结果，约束不同物性模型的结构变化趋势保持一致，从而实现结构相似性约束；但该方法存在无法规避的技术瓶颈，即交叉梯度的运算前提是可精准求取模型梯度，而在非结构网格勘探场景中，网格单元形状不规则、单元邻接关系复杂无序，无法有效求解模型梯度和联合梯度项；同时，当地下地质结构复杂、单一反演结果结构一致性较差时，交叉梯度的约束效果会大幅衰减，稳定性和适配性严重不足，难以适配起伏地形、复杂构造区域的反演作业。

5、为解决交叉梯度约束的梯度计算难题，行业内逐步将统计学领域的pearson相关系数引入地球物理联合反演，通过计算不同物性参数的线性相关程度构建结构约束，无需进行梯度、导数运算，有效规避了交叉梯度方法的固有缺陷；局部pearson相关系数约束技术可精准刻画局部区域物性参数的关联特性，大幅提升了模型约束的精准度，成为联合反演技术的重要发展方向；但现阶段所有基于pearson相关系数的联合反演约束技术均存在如下缺陷：

6、现有技术仅能基于规则网格实现相关性计算与约束构建；规则网格结构规整、邻域关系固定，计算逻辑简单，但无法贴合实际勘探中起伏地形、复杂地质构造的网格离散需求；而非结构网格可根据地形特征、地质构造复杂度自适应划分网格单元，能够精准适配复杂勘探场景，是当前高精度地球物理反演的主流网格形式；现有pearson相关系数约束技术无法适配非结构网格的不规则单元分布、无邻接关系，难以完成非结构网格框架下的局部相关性计算与联合约束构建。

7、综上所述，当前地球物理联合反演领域缺乏可适配结构网格、稳定性强、精度高、通用性广的局部相关性约束方法，无法满足起伏地形、复杂构造条件下多物性参数稳定、精准联合反演的行业需求，亟需研发一种全新的联合反演约束技术解决上述技术痛点。

技术实现思路

1、为了克服当前地球物理联合反演方法无法满足起伏地形、复杂构造条件下多物性参数稳定、精准反演的技术问题，本发明提供了一种非结构网格pearson系数地球物理联合反演约束方法，包括以下步骤：

2、构建地球物理联合反演对应的非结构网络模型，针对非结构网络模型中每个网格单元，匹配对应局部子域，依据勘探区地质特征及网格密度自适应确定各局部子域的覆盖范围；

3、基于确定的各局部子域，分别从两类待反演地球物理物性模型中，批量提取各局部子域对应的两组物性参数数据集，每组数据集的数据量与对应局部子域的网格单元数量一致；

4、针对每一局部子域对应的两组物性参数数据集，分别统计数据集的离散特征与整体趋势特征，基于统计结果计算得到对应的局部pearson相关系数，量化两组物性参数的线性相关程度；

5、依据各局部子域的局部pearson相关系数，构建联合反演局部结构约束项，以物性参数局部相关性强弱反向对应约束项约束权重，实现模型结构相似性约束；

6、基于两组物性参数数据集的离散度数值设置加权筛选规则，通过设置阈值甄别有效约束子域和无效约束子域，对所述局部结构约束项进行加权修正，剔除无异议约束干扰；

7、将加权修正后的局部结构约束项，结合预设约束权重引入联合反演目标函数，依托最优化算法迭代求解目标函数最小值，完成非结构网格下多物性参数稳定联合反演。

8、优选的，任一网格单元对应的所述局部子域，由该任一网格单元及其周边多个邻近网格单元共同构成；

9、其中，网格单元的临近数量根据地质构造和网格密度调整，地质构造越复杂或网格越密，邻近单元数量越小，地质构造越简单或网格越稀疏，则临近单元数量越大。

10、优选的，所述两类待反演地球物理物性模型为电阻率模型和磁化强度模型，对应的两组物性参数数据集分别为电阻率参数数据集、磁化强度参数数据集。

11、优选的，所述量化两组物性参数的线性相关程度基于如下规则量化：

12、局部pearson相关系数趋近1为强正相关，趋近-1为强负相关，等于0表示无相关性。

13、优选的，所述加权筛选规则为：

14、分别计算两组物性参数数据集的标准差，将两组标准差分别与预设阈值比对；

15、当两组标准差均大于预设阈值时，判定当前局部子域为有效子域，赋予固定有效加权值并参与约束计算；

16、当任意一组标准差小于预设阈值时，判定当前局部子域为无效子域，赋予零加权值并排除出约束计算流程。

17、优选的，所述预设阈值根据反演区域物性参数的整体波动幅度自适应配置。

18、优选的，所述联合反演目标函数由航空电磁数据拟合项、航磁数据拟合项、模型正则化项及加权修正后的局部结构约束项共同构成。

19、优选的，所述联合反演约束方法适用于电阻率、密度、磁化强度、波速中任意两类地球物理物性参数的联合反演约束。

20、本发明的有益效果包括：

21、本发明突破了传统pearson相关技术约束仅适用于规则网格的局限性，通过定义非结构网格单元的局部子域，实现了在非结构网格框架下的相关性计算，填补了该技术领域的空白，并且引入基于标准差的加权系数，通过设置阈值自动判断子域是否纳入约束计算，有效避免了低信息量区域产生无异议的弱相关性约束，提高了约束的针对性和有效性。

22、本发明允许根据网格密度和地质特征自适应调整局部子域的单元数量，可灵活适配不同勘探场景；密集网格对应较小子域，稀疏网格对应较大子域，实现多尺度约束能力；并且本发明与交叉梯度约束相比pearson相关系数计算不涉及梯度和导数，从根本上避免了非结构网格上梯度计算困难的瓶颈，且对局部模型波动具有更好的鲁棒性。

23、本发明pearson相关系数计算仅涉及基本的统计运算，无需梯度和导数计算，显著降低了非结构网格上结构约束的实现难度，并且统计学方法对局部模型波动不敏感，加权机制避免了无意义约束的干扰，使联合反演更加稳定可靠。