复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演方法及装置

1.本发明涉及海洋磁学领域，具体涉及一种复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演方法及装置。


背景技术：

2.海洋磁异常条带是洋中脊附近的岩浆伴随海底扩张在冷却形成洋壳过程中温度下降到内部铁磁性物质的居里点时，由热剩磁记录下的古地磁场所形成，其包含有海底扩张、洋壳结构、火山及岩浆活动等地球内部信息，被广泛应用于确定洋盆扩张年龄。
3.当前在确定地质磁异常的技术特别是海洋磁异常条带年龄时通常采用二维无限延伸的正反向均匀磁化块体来表示洋壳的磁性结构，然后正演二维磁异常条带与实际观测磁异常条带进行对比，判断磁异常条带年龄。
4.但二维正演海洋磁异常条带无法考虑三维空间的海山和转换断层等影响，难以对复杂地质条件下的海洋磁异常条带进行解释。现有的二维海洋磁异常正演方法存在无法考虑三维空间的海山和转换断层等影响，难以对复杂地质条件下的海洋磁异常条带进行解释的技术问题。
5.如申请号为cn202011128695.3的发明专利《一种基于nufft的二维磁异常快速正演模拟方法、装置、计算机设备和存储介质》根据二维磁性体的大小，构建包含目标区域的二维磁性体模型；所述观测点坐标包括水平方向和垂向；所述二维磁性体模型是将所述目标区域在水平方向和垂向进行均匀或者非均匀网格剖分，并根据所述二维磁性体的截面形状设定网格剖分的每个节点的磁化率值；根据所述二维磁性体模型，确定对应的空间域磁位积分表达式；所述空间域磁位积分表达式包含空间域磁化强度；所述空间域磁化强度是根据所述每个节点的磁化率值和已知的目标区域地球主磁场计算得到的；对所述空间域磁位积分表达式沿水平方向进行一维傅里叶变换，得到波数域磁位一维积分表达式；其中，所述波数域磁位一维积分表达式包含波数域磁化强度；所述波数域磁化强度是对所述空间域磁化强度进行非均匀采样快速傅里叶变换得到的；采用二次插值的形函数对所述波数域磁位空间域垂向一维积分进行计算，得到波数域磁位离散表达式；根据水平方向网格剖分的尺寸信息，确定截止频率，根据所述截止频率确定波数选取范围，根据所述波数选取范围和预先设置的选取波数总数，得到波数选取值；将所述波数选取值代入所述波数域磁位离散表达式，得到波数域磁位值；根据傅里叶变换的微分性质，由所述波数域磁位值得到波数域磁异常场值；通过对所述波数域磁异常场值进行一维非均匀快速傅里叶反变换，得到空间域磁异常场值。前述专利的针对固体矿产勘探、石油天然气构造的普查以及水文工程正演模型为二维磁性体模型，虽然能够解决二维磁性体地层的磁异常正演，但是该技术无法实现海山和转换断层等复杂地质条件影响下的海洋磁异常条带三维正演模拟。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有技术存在的无法考虑三维空间的
海山和转换断层等影响的问题，以及难以对复杂地质条件下的海洋磁异常条带进行解释的技术问题。
7.本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演方法包括：
8.s1、构建以玄武岩层、岩墙层、辉长岩层为磁性层的三维洋壳结构；
9.s2、根据地磁极性倒转年表，构建所述三维洋壳结构的洋壳三维磁化强度分布及转换断层磁化强度分布，据以得到三维磁化强度的分布；
10.s3、对所述三维磁化强度进行傅里叶变换转换到频率域以得到磁化强度傅里叶转换数据，以所述磁化强度傅里叶转换数据乘以地层响应函数得到频率域磁异常响应，对所述频率域磁异常响应进行三维傅里叶反变换转换到空间域得到磁异常条带，所述步骤s3还包括：
11.s31、对所述三维磁化强度m(x,y,z)进行傅里叶变换转换到频率域以得到频率域磁化强度；
12.s32、以下述逻辑将所述频率域磁化强度φm(k
x
,ky,kz)乘以地层响应函数，以得到所述频率域磁异常响应：
[0013][0014]
，其中，f(δt)为所述频率域磁异常响应，k
x
,ky,kz分别表示三维空间不同方向的波数，θm(x,y,z)、θf(x,y,z)分别为磁化强度和地磁场函数，d(x,y,z)为磁性层深度，t(x,y,z)为磁性层厚度；
[0015]
s33、对所述磁异常频率域响应进行三维傅里叶反变换转换到空间域得到不同扩张速率和转换断层影响的所述磁异常条带；
[0016]
s4、利用随机分布的三维高斯曲面构建海山地形，据以处理得到海山磁异常，所述步骤s4还包括：
[0017]
s41、利用随机分布的三维高斯曲面，以下述逻辑构建所述海山地形：
[0018][0019]
，建立，其中h(x,y)为地形，a为海山高度，x0，y0分别为海山中心的横、纵坐标，σ
x
，σy分别为海山横、纵向尺度方差；
[0020]
s42、利用所述海山地形的频率域横向磁化强度变化的起伏界面磁异常处理得到所述海山磁异常；
[0021]
s5、合成所述磁异常条带与所述海山磁异常，据以得到空间域复杂地质条件的三维海洋磁异常条带。
[0022]
本发明对三维磁化强度进行傅里叶变换转换到频率域乘以地层响应函数得到频率域磁异常响应。对频率域磁异常响应进行三维傅里叶反变换转换到空间域得到不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带。并采用随机分布的三维高斯曲面构建海山地形，计算海山磁异常。将不同扩张速率和转换断层影响的海洋磁异常条带与海山磁异常合成得到空间域复杂地质条件三维海洋磁异常条带，合成不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带与海山磁异常以获取三维空间的海山和转换断层等影响数据，对复杂地质条件下的海洋磁
异常条带进行解释。
[0023]
在更具体的技术方案中，所述步骤s1包括：
[0024]
s11、根据所述玄武岩层的岩层数据建立以所述玄武岩层为所述磁性层的所述三维洋壳结构；
[0025]
s12、根据所述岩墙层的岩层数据建立以所述岩墙层为所述磁性层的所述三维洋壳结构；
[0026]
s13、根据所述辉长岩层的岩层数据建立以所述辉长岩层为所述磁性层的所述三维洋壳结构。
[0027]
在更具体的技术方案中，所述玄武岩层的厚度变化区间包括：0～1.0km。
[0028]
在更具体的技术方案中，所述岩墙层厚度变化范围包括1.0～2.5km。
[0029]
在更具体的技术方案中，所述辉长岩层厚度变化范围包括2.0～6.0km。
[0030]
在更具体的技术方案中，所述步骤s2中的所述三维磁化强度的分布具有不同扩张速率和转换断层。
[0031]
在更具体的技术方案中，步骤s2包括：
[0032]
s21、根据地磁极性倒转年表，建立快速扩张(90～180mm yr-1
)、中速扩张(50～90mm yr-1
)、慢速扩张(50～20mm yr-1
)和超慢速扩张(《20mm yr-1
)情况下的所述洋壳三维磁化强度分布；
[0033]
s22、根据转换断层空间分布，建立具有时间偏移t0 δt和分段特征的所述转换断层磁化强度分布，其中，t0为磁化强度分布初始时间，δt为时间偏移；
[0034]
s23、处理所述洋壳三维磁化强度分布及所述转换断层磁化强度分布，以得到所述三维磁化强度的分布。
[0035]
本发明构建自上而下以玄武岩层、岩墙层、辉长岩层为磁性层的三维洋壳结构。根据地磁极性倒转年表，构建具有不同扩张速率和转换断层的三维磁化强度分布作为复杂地质条件海洋磁异条带三维正演的参数，用于处理三维空间的海山和转换断层等影响，并根据建立的模型正演复杂地质条件下的海洋磁异常条带。
[0036]
在更具体的技术方案中，步骤s3中的所述磁异常条带具有不同扩张速率及转换断层影响。
[0037]
在更具体的技术方案中，步骤s5包括：
[0038]
s51、获取不同扩张速率和转换断层影响的所述磁异常条带；
[0039]
s52、获取所述海山地形中的所述海山磁异常；
[0040]
s53、将所述磁异常条带与所述海山磁异常合成得到所述空间域复杂地质条件三维海洋磁异常条带。
[0041]
在更具体的技术方案中，一种复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演装置包括：
[0042]
三维洋壳结构构建模块，用以构建以玄武岩层、岩墙层、辉长岩层为磁性层的三维洋壳结构；
[0043]
转换断层三维磁化强度构建模块，用以根据地磁极性倒转年表，构建所述三维洋壳结构的洋壳三维磁化强度分布及转换断层磁化强度分布，据以得到三维磁化强度的分布，所述转换断层三维磁化强度构建模块与所述三维洋壳结构构建模块连接；
[0044]
磁异常响应计算模块，用以对所述三维磁化强度进行傅里叶变换转换到频率域以
得到磁化强度傅里叶转换数据，以所述磁化强度傅里叶转换数据乘以地层响应函数得到频率域磁异常响应，对所述频率域磁异常响应进行三维傅里叶反变换转换到空间域得到磁异常条带，所述磁异常响应计算模块与所述转换断层三维磁化强度构建模块连接，所述磁异常响应计算模块还包括：
[0045]
频率域磁化强度模块，用以对所述三维磁化强度m(x,y,z)进行傅里叶变换转换到频率域以得到频率域磁化强度；
[0046]
磁异常响应模块，用于以下述逻辑将所述频率域磁化强度φm(k
x
,ky,kz)乘以地层响应函数，以得到所述频率域磁异常响应：
[0047][0048]
，其中，f(δt)为所述频率域磁异常响应，k
x
,ky,kz分别表示三维空间不同方向的波数，θm(x,y,z)、θf(x,y,z)分别为磁化强度和地磁场函数，d(x,y,z)为磁性层深度，t(x,y,z)为磁性层厚度，所述磁异常响应模块与所述频率域磁化强度模块连接；
[0049]
三维傅里叶反变换模块，用以对所述磁异常频率域响应进行三维傅里叶反变换转换到空间域得到不同扩张速率和转换断层影响的所述磁异常条带，所述三维傅里叶反变换模块与所述磁异常响应模块连接；
[0050]
海山地形构建及磁异常计算模块，用以利用随机分布的三维高斯曲面构建海山地形，据以处理得到海山磁异常，所述磁海山异常获取模块还包括：
[0051]
海山地形模块，用以利用随机分布的三维高斯曲面，以下述逻辑构建所述海山地形：
[0052][0053]
，建立，其中h(x,y)为地形，a为海山高度，x0，y0分别为海山中心的横、纵坐标，σ
x
，σy分别为海山横、纵向尺度方差；
[0054]
海山磁异模块，用以利用所述海山地形的频率域横向磁化强度变化的起伏界面磁异常处理得到所述海山磁异常，所述海山磁异模块与所述海山地形模块连接；
[0055]
复杂地质条件三维海洋磁异常条带合成与输出显示模块，用以合成所述磁异常条带与所述海山磁异常，据以得到空间域复杂地质条件的三维海洋磁异常条带，所述复杂地质条件三维海洋磁异常条带合成与输出显示模块连接所述磁异常响应计算模块及所述海山地形构建及磁异常计算模块。
[0056]
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明对三维磁化强度进行傅里叶变换转换到频率域乘以地层响应函数得到频率域磁异常响应。对频率域磁异常响应进行三维傅里叶反变换转换到空间域得到不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带。并采用随机分布的三维高斯曲面构建海山地形，计算海山磁异常。将不同扩张速率和转换断层影响的海洋磁异常条带与海山磁异常合成得到空间域复杂地质条件三维海洋磁异常条带，合成不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带与海山磁异常以获取三维空间的海山和转换断层等影响数据，对复杂地质条件下的海洋磁异常条带进行解释。本发明构建自上而下以玄武岩层、岩墙层、辉长岩层为磁性层的三维洋壳结构。根据地磁极性倒转年表，构建具有不同扩张速率和转换断层的三维磁化强度分布作为复杂地质条件海洋磁异条带三维正演的参数，用于
处理三维空间的海山和转换断层等影响，并根据建立的模型正演复杂地质条件下的海洋磁异常条带。解决了现有技术中存在的无法考虑三维空间的海山和转换断层等影响的问题，以及难以对复杂地质条件下的海洋磁异常条带进行解释的技术问题。
附图说明
[0057]
图1为一种复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演方法步骤流程图；
[0058]
图2为本发明实施例中洋壳三维磁化强度分布示意图；
[0059]
图3为本发明实施例中洋壳三维磁化强度正演磁异常条带示意图；
[0060]
图4为本发明实施例中随机分布的三维高斯曲面海山地形示意图；
[0061]
图5为本发明实施例中随机分布海山产生的磁异常示意图；
[0062]
图6为本发明实施例中复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演结果示意图；
[0063]
图7为本发明实施例中复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演装置的主要结构框图。
具体实施方式
[0064]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0065]
实施例1
[0066]
如图1所示，本发明提供了一种复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演方法，包括以下步骤：
[0067]
s1、构建自上而下以玄武岩层、岩墙层、辉长岩层为磁性层的三维洋壳结构；
[0068]
s2、根据地磁极性倒转年表，构建具有不同扩张速率和转换断层的三维磁化强度分布。
[0069]
s3、对三维磁化强度进行傅里叶变换转换到频率域乘以地层响应函数得到频率域磁异常响应，对频率域磁异常响应进行三维傅里叶反变换转换到空间域得到不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带。
[0070]
s4、采用随机分布的三维高斯曲面构建海山地形，计算海山磁异常。
[0071]
s5、将不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带与海山磁异常合成得到空间域复杂地质条件三维海洋磁异常条带正演结果。
[0072]
本发明对三维磁化强度进行傅里叶变换转换到频率域乘以地层响应函数得到频率域磁异常响应。对频率域磁异常响应进行三维傅里叶反变换转换到空间域得到不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带。并采用随机分布的三维高斯曲面构建海山地形，计算海山磁异常。将不同扩张速率和转换断层影响的海洋磁异常条带与海山磁异常合成得到空间域复杂地质条件三维海洋磁异常条带，合成不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带与海山磁异常以获取三维空间的海山和转换断层等影响数据，对复杂地质条件下的海洋磁异常条带进行解释。
[0073]
如图2所示，图2为本发明实施例中洋壳三维磁化强度分布。建立自上而下以玄武
岩层、岩墙层、辉长岩层为磁性层的三维洋壳结构。可选的，在本实施例中，海底深度2.0km,玄武岩层的厚度0.5km,磁化强度
±
5.0a/m，岩墙层厚度2.5km，磁化强度
±
0.05a/m；辉长岩层厚度为5.0km，磁化强度
±
0.2a/m。根据地磁极性倒转年表，可设置海洋磁异常条带年龄为例如15～19ma,扩张速率为例如128mm yr-1，设置转换断层时间偏移t0 δt，t0为磁化强度分布初始时间，δt在0.1～0.2ma范围内变化，分段长度变化范围为60～80km，构建洋壳三维磁化强度分布m(x,y,z)。
[0074]
本发明构建自上而下以玄武岩层、岩墙层、辉长岩层为磁性层的三维洋壳结构。根据地磁极性倒转年表，构建具有不同扩张速率和转换断层的三维磁化强度分布作为复杂地质条件海洋磁异条带三维正演的参数，用于处理三维空间的海山和转换断层等影响，并根据建立的模型正演复杂地质条件下的海洋磁异常条带。
[0075]
如图3所示，图3为本发明实施例中洋壳三维磁化强度正演磁异常条带。对三维磁化强度m(x,y,z)进行傅里叶变换转换到频率域，将频率域磁化强度φm(k
x
,ky,kz)乘以地层响应函数得到频率域磁异常响应f(δt)：
[0076][0077]
，其中k
x
,ky,kz分别为三维空间不同方向的波数，θm(x,y,z)、θf(x,y,z)分别为磁化强度和地磁场函数，d(x,y,z)为磁性层深度，t(x,y,z)为磁性层厚度。对磁异常频率域响应进行三维傅里叶反变换转换到空间域得到不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带。
[0078]
如图4所示，图4为本发明实施例中随机分布的三维高斯曲面海山地形。随机分布的三维高斯曲面构建海山地形。海山采用随机分布的三维高斯曲面地形
[0079][0080]
建立，可选的，在本实施例中，海山高度a变化范围可为例如0.5～2.0km，x0，y0分别为随机分布海山的中心横、纵坐标，海山横、纵向尺度方差σ
x
，σy变化范围可为例如1.0～2.0km。
[0081]
如图5所示，图5为本发明实施例中随机分布海山产生的磁异常。利用随机分布的三维高斯曲面海山地形计算海山磁异常。海山磁异常采用频率域横向磁化强度变化的起伏界面磁异常进行计算。可选的，在本实施例中，海山磁化强度可设置为例如5.0a/m，磁化倾角inc和磁偏角dec根据国际地磁参考场确定，此处可设置为例如inc＝90
°
,dec＝0
°
。
[0082]
如图6所示，图6为本发明实施例中复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演结果。将具有转换断层的磁异常条带与海山磁异常合成得到空间域复杂地质条件三维海洋磁异常条带，显示正演结果。
[0083]
如图7所示，图7为本发明实施例中复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演装置的主要结构框图。复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演装置包括：三维洋壳结构构建模块1、转换断层三维磁化强度构建模块2、磁异常响应计算模块3、海山地形构建及磁异常计算模块4、复杂地质条件三维海洋磁异常条带合成与输出显示模块5。本发明中的装置包括但不限于计算机、服务器等存储并执行了复杂地质条件海洋磁异常条带三维正演方法各步骤的终端设备。本发明解决了二维正演海洋磁异常条带无法考虑三维空间的海山和转换断层等影响，难以对复杂地质条件下的海洋磁异常条带进行解释的问题。
[0084]
综上，本发明对三维磁化强度进行傅里叶变换转换到频率域乘以地层响应函数得到频率域磁异常响应。对频率域磁异常响应进行三维傅里叶反变换转换到空间域得到不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带。并采用随机分布的三维高斯曲面构建海山地形，计算海山磁异常。将不同扩张速率和转换断层影响的海洋磁异常条带与海山磁异常合成得到空间域复杂地质条件三维海洋磁异常条带，合成不同扩张速率和转换断层影响的磁异常条带与海山磁异常以获取三维空间的海山和转换断层等影响数据，对复杂地质条件下的海洋磁异常条带进行解释。本发明构建自上而下以玄武岩层、岩墙层、辉长岩层为磁性层的三维洋壳结构。根据地磁极性倒转年表，构建具有不同扩张速率和转换断层的三维磁化强度分布作为复杂地质条件海洋磁异条带三维正演的参数，用于处理三维空间的海山和转换断层等影响，并根据建立的模型正演复杂地质条件下的海洋磁异常条带。解决了现有技术中存在的无法考虑三维空间的海山和转换断层等影响的问题，以及难以对复杂地质条件下的海洋磁异常条带进行解释的技术问题。
[0085]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。