重磁高效率反演及交互建模软件开发.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW449重磁高效率反演及交互建模软件开发一李宗睿，马国庆，孟庆发，孙伯轩，何照坤，周建业吉林大学地球探测科学与技术学院，长春，130021注：本文为国家自然科学基金资助项目（编号：42074147;41674166）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.195作者简介：李宗睿，男，1996 年生，博士，主要从事重磁数据处理研究；Email：。关键词：关键词：重磁高效率反演；交互建模重磁物性反演能够直观地获得地下的密度和磁化率结构，对于资源勘查方面具有重要价值。而面向当前航空、船载以及卫星等大范围乃至整个星球尺度的大数据量重磁数据，需要高效率处理与解释软件作为支撑。为此我们开发一款重磁数据反演建模软件，实现重磁数据及其反演解释结构的传输、存储、管理、分析、计算、绘制，同时支持多种计算机语言的组件接口。其中针对传统重磁反演方法占用内存大、计算效率低的问题，我们研发了基于函数拟合和BTTB-FFT算法结构的高效率反演模块。对于重磁反演所获得的地下物性结构往往需要地质工作者进一步解释以获得可靠的地下构造及矿产分布，为此我们研发交互式三维建模模块。为矿产瓷源勘查、预测及分析提供有效工具及技术支撑。1高效率重磁反演模块针对重磁物性反演占用内存大计算效率低的问题，研究一种高效率的重磁物性反演方法以满足当前大范围数据高效物性反演的需求，为深部资源勘查等问题提供有效技术支撑。传统的重磁物性反演方法是将地下研究区域剖分成一系列单元后计算每一个单元的物性（图1），因其需要依据重磁异常正演公式构建每一个剖分单元与每一个观测点对应关系的矩阵（即核矩阵），在实现大数据量精细反演时将占用大量内存且计算缓慢。（1）球坐标下函数拟合物性反演方法。相邻剖分单元的物性可以拟合成函数（图 1），且函数系数少于其所拟合剖分单元数，本方法在球坐标系下采用多项式函数拟合地下密度和磁性分布，并形成相应的反演算法。（2）基于 FFT 的快速反演算法。传统反演均匀剖分时的核矩阵运算可以表示为卷积运算并通过 FFT 方法转换为波数域的乘积运算以提高计算效率。本项目拟在函数拟合反演算法的基础上推导实现这一运算进一步提高反演的计算效率。2可视化建模模块为实现重磁反演结果的有效解释建模，研发如下可视化建模模块:（1）数据可视化方面考虑二、三维反演结果可视化的需要，我们在 OpenGL 基础上开发出面向对象的三维图形/图像可视化类库。（2）软件中在交互建模过程按如下步骤实现：1导入重磁数据(可不导入)；2反演或导入重磁反演结果以及重磁数据；3截取目标位置处的切片；4创建二维解释界面；5在二维解释界面中选择相应的重磁数据（可不选）及反演结果切片；6绘制相应切片处的解释结果(图 2a)；7重复操作 e、f 解释多条切片；8选择多个相应解释结果连接剖面(图 2b)。3软件开发软件主体框架基于 PyQt 搭建，其是一个创建Python GUI 应用程序的工具包，是 Qt 和 Python 结合的一个产物，能够提供建立图形用户界面所需的功能，是完全面向对象的、易扩展，可应用于组件编程，并可以用于嵌入式开发，能够降低开发与二次开发的难度。软件采用模块化开发，利用 Python 语言及其专业的函数库实现软件界面、文件管理与可视化功能，使用 C+与 Python 开发数据处理等算法功能模地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1450图 1物性反演剖分示意图块。其程序设计均无需复杂的环境；其很多特性都是以库或其他形式提供，而没有直接添加到语言本身里，在可重用性、可扩充性、可维护性和可靠性等方面都有良好的表现，使其更适合开发大中型的系统软件和应用程序。软件基于 Windows10 系统开发，使用 Python、C+以及 MATLAB 等语言混合编程，开发平台为 Pycharm Professional 2020.3、Visual Studio 2022。可视化方面在 OpenGL 基础上开发出面向对象的三维图形/图像可视化类库，完成图形库软件架构设计和核心库软件，包括：1基础模块；2场景模块；3渲染模块；4交互模块。参考文献/References马国庆,李丽丽,黄大年,于平.2014.重磁数据解释新方法软件插件开发.中国地球物理学会,全国岩石学与地球动力学研讨会组委会,中国地质学会构造地质学与地球动力学专业委员会,中国地质学会区域地质与成矿专业委员会.2014 年中国地球科学联合学术年会专题 65：深部探测技术与实验探测仪器与装备论文集,4.姚长利,郝天珧,管志宁，张聿文.2003.重磁遗传算法三维反演中高速计算及有效存储方法技术.地球物理学报,(2):252258.袁洋,崔益安,陈波,赵广东,柳建新,郭荣文.2022.基于 BTTB 矩阵的快速高精度三维磁场正演.地球物理学报,65(3):11071124.Ma G,Li Z,Li L,Wang T.2021.Highly efficient density inversion ofgravity data using nonlinear density polynomial fitting.Geophysics,86(6):G159G168.LI Zongrui,MA Guoqing,MENG Qingfa,SUN Boxuan,HE Zhaokun,ZHOU Jianye:High efficiency gravity andmagnetic data inversion and interactive modeling softwareKeywords：high efficiency inversion；interactive modeling图 2(a)交互解释界面；(b)三维建模结果