摘要
铁磁性目标会在地磁场的磁化作用下，对周围地磁场的分布产生扰动，从而出现磁异常现象。基于监测获取的磁异常信号，经过数据处理和反演重构可得到目标的物性参数，几何形态及其空间分布，从而实现对铁磁性目标的识别。该技术目前已广泛应用于矿产资源勘查、沉船打捞、未爆弹药探测、反潜等方面，在科学研究、经济建设、国防军事等领域具有重要的实用价值。相较于总磁场模量及矢量异常，磁梯度张量的有效信息更多，拥有更加优秀的空间分辨率，且抗干扰能力更强。随着磁测设备技术的进一步发展，磁梯度张量已逐渐成为磁探领域的研究热点。 三维情况下的物性反演是磁异常反演研究中的一个重要方向，但该问题属于欠定问题，理论上有无穷多个解，且测量过程中存在误差和其他干扰，导致反演无法有效控制结果的空间结构，重构模型整体较为模糊发散，对于物性参数的还原能力较差。若探测区域内同时存在不同深度的多个目标，由于磁场间的相互叠加干扰，反演结果与真实目标之间存在较大偏差，不仅浪费了人力、物力以及时间成本，还有可能产生安全隐患。 为解决上述问题，一方面需要提高磁测数据的精度和分辨率，另一方面还需要提供额外的先验信息来约束反演过程，从而降低反演的多解性以获得更加真实可靠的稳定解。对此，本文主要开展了以下工作：(1) 简单阐述了磁异常相关基本理论，研究了磁梯度张量在空间域的正演方法，并针对设备条件有限情况下的磁梯度张量数据获取问题，分析了通过频率域换算获取磁梯度张量的可行性。(2) 研究了互相关系数快速反演法，对比分析了磁梯度张量各分量对目标模型的空间刻画能力，为后续的三维物性反演研究提供可靠的先验信息。(3) 剖析了磁异常三维物性反演的基本原理，针对三维物性反演技术目前存在的缺陷，在最小光滑模型反演法的基础上，结合无需先验信息的快速反演技术，利用互相关系数作为先验信息来构造约束项，同时采用对数转换法对物性参数的范围进一步约束，提出了基于磁梯度张量的互相关系数物性约束反演法。(4) 针对反演效果缺少统一的量化评价指标，结论具有主观性且缺乏说服力的问题，建立了物性参数还原度和三维轮廓还原度两个量化指标共同决定反演结果的准确性，提升评价结果的说服力，并通过仿真的方式对不同条件下的铁磁性目标三维反演效果进行验证。(5) 依靠低场矢量磁力仪搭建了用于采集平面磁异常分布数据的实验平台，以磁铁作为三维反演的目标，通过实验对不同条件下的铁磁性目标的三维反演效果进行验证。仿真及实验结果表明该方法可提升对未知目标的反演效果，得到更加接近真实目标的重构模型，为实现更高精度的磁异常三维物性反演提供一定的参考价值。
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