阅读说明：本技术 一种基于时间推移技术的地面磁共振反演方法 (A kind of ground magnetic resonance inversion method based on time lapse technique ) 是由 蒋川东 王�琦 田宝凤 易晓峰 郜泽霖 魏晋 杨雨桥 于 2019-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明为一种基于时间推移技术的地面磁共振反演方法。该方法包括：每隔固定时间t,进行一次地面磁共振测量,得到t<Sub>1</Sub>,t<Sub>2</Sub>,…,t<Sub>N</Sub>时间对应共测量得到N组三维地面磁共振数据；对第一次测量t<Sub>1</Sub>时间对应得到的三维地面磁共振信号进行QT反演,得到含水量；按照测量的时间顺序,分别对t<Sub>2</Sub>～t<Sub>N</Sub>次测量得到的三维地面磁共振信号进行反演,在对时间t<Sub>n</Sub>测量数据反演时,将t<Sub>n-1</Sub>得到的含水量结果作为先验约束信息,以实现时间推移QT反演；最终得到的三维地面磁共振信号进行反演的结果,得到不同测量时间对应的含水量。发明提出将上一测量时间的反演结果作为该测量时间的先验约束信息,利用多个不同测量时间反演结果,描绘地下水随时间的变化情况,实现地下水的监测。(The present invention is a kind of ground magnetic resonance inversion method based on time lapse technique.This method comprises: carrying out a ground magnetic resonance measurement every set time t, obtaining t 1 ,t 2 ,…,t N Time, corresponding measurement altogether obtained the three-dimensional ground MR data of N group；T is measured to first time 1 Time, corresponding obtained three-dimensional ground magnetic resonance signal carried out QT inverting, obtained water content；According to the time sequencing of measurement, respectively to t 2 ~t N The secondary obtained three-dimensional ground magnetic resonance signal that measures carries out inverting, to time t n When measurement data inverting, by t n‑1 Obtained water content result is as prior-constrained information, to realize that the time elapses QT inverting；Finally obtained three-dimensional ground magnetic resonance signal carry out inverting as a result, obtaining the corresponding water content of different time of measuring.Invention proposes using the inversion result of a upper time of measuring as the prior-constrained information of the time of measuring, using multiple and different time of measuring inversion results, describes underground water and changes with time situation, realize the monitoring of underground water.)

一种基于时间推移技术的地面磁共振反演方法

技术领域

本发明属于地球物理数据处理及反演解释领域，具体来讲为一种基于时间推移技术的地面磁共振反演方法。

背景技术

地面磁共振作为一种直接定量评估地下含水层水文特征参数的地球物理方法，目前已广泛应用在水资源保护和地下灾害水源探测中。但是目前均为简单的二维、三维反演方法，其反演结果无法描绘地下水随时间的变化，无法实现对地下水的监测，因此研究基于时间推移的地面磁共振反演方法具有重要意义。

CN103984033A公开了一种地面核磁共振二维反演方法。该方法利用拉直变换方法将二维正演模型进行降维处理，将其抽象为矩阵方程求解模型，并用最小二乘奇异值分解与改进的随机梯度下降法红相结合的方法进行反演求解，以实现二维反演，该方法只是单一时间测量数据的反演结果。

CN108897051A公开了一种高分辨率的地面核磁共振成像方法。该方法首先应用波场变换，得到测线上各接收线圈拟地震波场离散数据，并对对测线上各接收线圈拟地震波场离散数据求取反褶积，消除波场变换的波形展宽效应。其次将合成孔径范围内各相关点叠加，提高探测信噪比，获取测线上的合成孔径虚拟地震波场合成值。最后采用克希霍夫偏移成像理论，求解拟地震波波动方程，实现地下含水结构偏移成像，但是该方法得到的反演结果无法描绘地下水随时间的变化，无法实现对地下水的监测。

CN105785455A公开了一种基于B样条插值的二维地面核磁共振反演方法。该方法铺设较少的线圈，只采集几个测点的信号，结合样条插值的反演方法，得到到用阵列式线圈半覆盖所得到的解释结果，适用于非层状不均匀水体探测。

该方法解决了二维核磁共振探测布线时间长，探测效率低的问题，但是该方法仍然无法实现对地下水的监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于时间推移技术的地面磁共振反演方法，能够描绘地下水随时间的变化情况，实现地下水的监测。

本发明是这样实现的，

一种基于时间推移技术的地面磁共振反演方法，其特征在于，该方法包括：

每隔固定时间t，进行一次地面磁共振测量，得到t₁,t₂,…,t_N时间对应共测量得到N组三维地面磁共振数据t_n表示第n次三维测量对应的时间，n＝1,2,…,N；

对第一次测量t₁时间对应得到的三维地面磁共振信号进行QT反演，得到含水量 为第一次测量结果对应的第k个单元的含水量；

按照测量的时间顺序，分别对t₂～t_N次测量得到的三维地面磁共振信号进行反演，在对时间t_n测量数据反演时，将t_n-1得到的含水量结果作为先验约束信息，以实现时间推移QT反演；

根据第一次测量t₁时间对应得到的三维地面磁共振信号进行QT反演结果以及t₂～t_N次测量得到的三维地面磁共振信号进行反演的结果，得到不同测量时间对应的含水量

进一步地，测量t₁时间的地面磁共振数据的反演目标函数如式(1)所示：

其中C_V为磁共振数据误差的协方差，为模型对应的正演结果，λ₁为模型粗糙度对应的正则化因子，C为大地模型相邻3个剖分单元间的粗糙度矩阵:

进一步地，t₂～t_N时间测量得到的地面磁共振数据的反演目标函数如式(2)所示：

其中C_T为先验信息对角阵，对角线元素C_T(i,i)为第i个先验信息对应的不确定度的方差，λ₂为时间推移约束对应的正则化因子，n取值为：2～N。

进一步地，求解式(1)和式(2)得到不同测量时间对应的含水量

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明基于时间推移技术的地面磁共振反演方法，旨在基于时间推移技术，提出将上一测量时间的反演结果作为该测量时间的先验约束信息，利用多个不同测量时间反演结果，描绘地下水随时间的变化情况，实现地下水的监测。

附图说明

图1为基于时间推移技术的地面磁共振反演方法的流程图；

图2基于时间推移的地面磁共振信号反演结果(a)为第1个小时测量得到磁共振数据的反演结果(b)为第3个小时测量得到磁共振数据的反演结果(c)为第5个小时测量得到磁共振数据的反演结果；

图3地面磁共振信号的QT反演(传统方法)结果(a)为第1个小时测量得到磁共振数据的反演结果(b)为第3个小时测量得到磁共振数据的反演结果(c)为第5个小时测量得到磁共振数据的反演结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1所示，一种基于时间推移技术的地面磁共振反演方法，该方法包括，

步骤一：在同一实验地点，每隔一段固定的时间t，利用地面磁共振仪器和三维阵列式测量方式进行一次测量，经过时间t_N＝N×t后，t₁,t₂,…,t_N时间对应共测量得到N组三维地面磁共振信号，t_n表示第n次三维测量对应的时间，n＝1,2,…,N。

步骤二：首先对第一次测量t₁时间对应得到的三维地面磁共振信号进行QT反演，得到含水量 为第一次测量结果对应的第k个单元的含水量。其次按照测量的时间顺序，分别对t₂～t_N次测量得到的三维地面磁共振信号进行反演，在对时间t_n测量数据反演时，将t_n-1得到的含水量结果作为先验约束信息，以实现时间推移QT反演。最后得到不同测量时间对应的含水量

测量t₁时间的地面磁共振数据的反演目标函数如式(1)所示：

其中C_V为磁共振数据误差的协方差，为模型对应的正演结果，λ₁为模型粗糙度对应的正则化因子，C为大地模型相邻3个剖分单元间的粗糙度矩阵:

t₂～t_N时间测量得到的地面磁共振数据(指t₂～t_N时间测量得到的某一组数据)的反演目标函数如式(2)所示：

其中C_T为先验信息对角阵，对角线元素C_T(i,i)为第i个先验信息对应的不确定度的方差，λ₂为时间推移约束对应的正则化因子，n取值为：2～N。

求解式(1)和式(2)即可得到不同测量时间对应的含水量

实施例

步骤一：在同一实验地点，每隔一段固定的时间t，利用地面磁共振仪器和三维阵列式测量方式进行一次测量，经过时间T_N＝N*T后，t₁,t₂,…,t_N时间对应共测量得到N组三维地面磁共振信号，t_n表示第n次三维测量对应的时间，n＝1,2,…,N。本实施例中N＝5，t＝1小时，即每隔一小时测量一次，共测量5次，得到5组三维地面磁共振信号。

步骤二：首先对第一次测量t₁时间对应得到的三维地面磁共振信号进行QT反演，测量t₁时间的地面磁共振数据的反演目标函数如式(1)所示：

其中C_V为磁共振数据误差的协方差，为模型m_t1对应的正演结果，λ₁为模型粗糙度对应的正则化因子，本实施例中λ₁＝500，C为大地模型相邻3个剖分单元间的粗糙度矩阵:

利用共轭梯度算法，求解式(1)得到含水量 为第一次测量结果第k个单元对应的含水量，见图2(a)所示。

其次按照测量的时间顺序，分别对t₂～t₅次测量得到的三维地面磁共振信号进行反演，在对时间t_n测量数据反演时，将t_n-1得到的含水量结果作为先验约束信息，以实现时间推移QT反演。t₂～t₅时间测量得到的地面磁共振数据 的反演目标函数如式(2)所示：

其中C_T为先验信息对角阵，对角线元素C_T(i,i)为第i个先验信息对应的不确定度的方差，λ₂为时间推移约束对应的正则化因子，本实施例中n＝1,2,…,5，λ₂＝200。本实施例利用共轭梯度算法求解式(2)即可得到不同测量时间对应的含水量其中和分别见图2(b)和图2(c)所示，可以看出随着时间的推移，含水量和含水范围逐渐缓慢增加。为了验证方法的优越性，对同一组数据进行传统的QT反演，和对应的反演结果分别如图3中(a)(b)(c)所示。对比图2和图3可以看出基于时间推移技术得到的结果更符合地下水的运动规律。因此证明了通过对比观察和结果，即可描绘地下水随时间的变化，实现地下水的动态监测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。