基于PDE的强退磁与强剩磁条件下的地球物理三维磁场正反演研究

Research in 3-D magnetic inversion has deep significance to many geophysical applications across a variety of scales--from local, environmental surveys to large-scale mining reconnaissance applications. This research focuses on 3-D magnetic modelling and inversion algorithms based on a partial differential equation (PDE) framework in the presence of remanent magnetization and high-susceptibility effects (self-demagnetization)... The PDE solution of potential field forward models has been applied to specific areas, but no general solution which encompasses remanence and self-demagnetization has been proposed. Further, the use of PDE forward models in inversion applications is extremely limited, with most current algorithms favoring the integral equation approach due to historic computation hardware limitations. In this project, we develop a 3-D PDE forward model based on potential field theory for general, unstructured meshes, valid for geologic models with remanence and high-magnetic susceptibility; we will then explore the 3-D inversion methodologies and limitations based on the developed forward models. In addition, we will build a systematic error analysis dependent on the PDE forward model to analyse the errors induced by the remanent magnetization. Blind signal separation and other advanced technologies will be developed for suppressing these errors... This research is applicable to multiple applications; we will test algorithms on field data over several types of ore deposits: iron oxide-copper-gold (IOCG), rare earth element (REE), and volcanogenic massive sulfide (VMS) to list a few, all of which have the potential to host significant remanence and high-susceptibility regions. The variety of applicable deposits makes this research extremely significant to identify and characterize future prospects.

三维磁场正、反演研究，一直是地球物理领域的研究热点之一。本课题旨在将PDE方法应用于三维磁场的正、反演研究中，发展强退磁、强剩磁条件下三维磁测数据精细定量解释的新理论、新方法。.基于PDE的三维磁法正、反演研究，目前尚处于起步阶段。课题将根据经典的电磁场理论，研究强剩磁、强退磁条件下的三维磁场PDE正演理论框架。在此基础上，采用非结构化网格，研究三维磁场正、反演算法。课题还将建立强剩磁效应的误差干扰模型，利用盲信号方法压制剩磁误差干扰，提高正、反演算法的精度。课题研究在强剩磁、退磁条件下的三维磁场理论分析、算法设计和方法应用的等方面，具有一定的创新性。.总体上，课题希望基于PDE方法，探索三维磁场正、反演的新理论、新算法。研究对于强剩磁、退磁条件下的铁磁性矿体探测、深部隐伏矿体探测、以及稀有金属矿探测等，都具有广阔的研究和应用前景。

基于PDE（Partial differential Equations）的三维磁法正、反演方法，算法的理论分析、计算精度和计算效率上，都具有优势。也是目前重磁方法领域中的热点之一。特别是强剩磁、强退磁条件下的PDE三维正反演和数据转换方法，对于实现复杂磁场条件下的数据高精度定量解释，具有重要的科学意义。本课题建立了基于PDE框架的三维磁场正、反演方法，提出了强退磁、强剩磁条件下磁测数据精细三维定量解释的新理论、新技术。. 课题依据经典的电磁场理论，描述了PDE三维磁场模量数据正反演理论框架。系统研究了各种模量变换方法与复杂磁性环境的定量相关性。提出了强剩磁、强退磁条件下的PDE模量数据三维正反演算法。采用国内、国外多个实测数据，进行了三维定量解释试验，利用先验地质资料数据，对三维反演结果进行了比对验证。结果显示课题提出的PDE模量三维正反演方法，对强剩磁、强退磁等复杂磁性条件下的磁测数据，具有良好的定量解释精度，相关成果发表在勘探地球物理权威期刊《Geophysics》。提出基于PDE三维反演框架的多层等效源方法，将传统单层等效源的结构扩展到了多层，并提出采用深度规整化函数估计等效源的深度位置。方法实现了任意曲面间、非规则采样点数据的下延拓与转换，并将目前磁测数据延拓和转换的精度，提高了一个数量级。基于PDE框架的全稀疏特性，实现了大规模磁测数据的高性能并行计算。相关研究成果发表在地球物理著名期刊《Geophysical Research Letters》。提出了基于多层等效源理论的磁测数据高精度上延拓和数据转换方法，相关研究成果发表在计算地球物理权威期刊《Geophysical Journal of International》。采用盲信号方法对三维反演的系统误差进行了分析，相关成果发表在《Journal of Applied Geophysics》。. 总体上，课题研究建立了基于PDE的重、磁三维正反演与数据处理方法体系。实现了对复杂磁性条件下、大规模、多类型（异常场、分量场、梯度张量场）数据的高精度、高性能的定量解释和转换。该研究对于矿产资源勘探、板块构造、地质结构，以及国防军事领域的浅地表探测等，都具有良好的应用前景和及科学意义。