【williamhill英国官网宣】（前沿学部 文/图）近日，williamhill英国官网校区前沿学部李文彬副教授团队与校本部马坚伟教授团队发布两款多物理成像计算软件：水平集方法重力数据界面反演软件、水平集方法重力和全波联合成像软件。两款软件面向深部地球探测中重力反演与联合成像的核心难题，提出了具有自主知识产权的算法方案和软件实现，为我国科学计算软件的自主研发贡献哈工大力量。

深地、深海探测是当前地球科学和资源勘探的重大前沿方向。寻找深部矿产资源、评估海底地质结构，探测行星内部构造，都依赖于地球物理成像技术——“隔着厚重的岩层，看清楚地下究竟有什么”。地球物理成像方法众多，涵盖声、光、电、磁、震等多个分支，研究团队将研究重点瞄向重力反演以及重力与地震波联合反演方法。重力数据能够勘察较大范围、深地、深海的结构，也可用于深空探测和行星科学，帮助科学家探测天体的深层内部结构。然而，重力反演素以病态著称，相应反问题具有极强的不适定性。基于等效源原理，相同的重力观测数据可能对应无穷多种密度分布情形，反演结果存在严重的非唯一性，成像的可靠性难以保证。

水平集方法重力数据界面反演软件正是针对重力反演非唯一性这一核心痛点提出的解决方案。所谓“水平集方法”，可以通俗地理解为：用一条不断演化的曲线（或曲面）去描绘地下异常体的形状边界。这样一来，反演的目标就从难以约束的密度分布，转化为相对明确的界面形态，将计算限制到具有“紧支撑集”的质量分布，在“反问题正确性类”的意义上重获解的适定性。该软件适用于有清晰界面的地质结构，例如海底盐丘、金属矿体、岩浆侵入体、拆离断层、沉积盆地基底界面等的反演成像。相关算法论文发表于《反问题》（Inverse Problems、《地球物理学》（Geophysics）、《逆问题与成像》 （Inverse Problems and Imaging）等国际主流学术期刊。

在此基础上，研究团队进一步攻克重力和地震波全波联合反演难题。重力反演虽有探测深度大、范围广的优势，但单一物理数据的反演存在分辨率有限、细节不够精细等局限性；地震波全波反演则具有高分辨率和高精度的优点，但在复杂地质区域（如断裂带、强反射介质、深层区域等）存在困难。考虑重力和地震波数据的联合反演，能够融合两种成像方法的优势，得到更精确、更可靠的反演结果。联合反演的难点在于如何建立不同反演系统的联系，实现多物理数据的有效融合。

水平集方法重力和全波联合成像软件正是针对这一难点开发的计算工具。该软件运用声波方程刻画地震波数据、积分方程刻画重力加速度异常值，通过地震波全波形数据与垂直方向重力加速度数据的联合反演，同时获取地下目标体的波速函数和密度分布。其核心创新在于采用水平集方法表示界面结构，通过界面来刻画速度和密度参数之间的结构相似性。这就好比两位“医生”同时给地球做检查，一位擅长看整体轮廓，一位擅长看局部细节，水平集界面则是他们之间共享的“同一张底片”，让两类检查结果能够精确对齐、相互印证。研究团队克服困难攻坚，将联合反演算法落地为可使用的软件技术，取得专利、软件著作权等知识产权，形成了具有自主知识产权的软件产品。

当前，我国正大力推进深地、深海探测战略，地球物理计算软件作为连接理论算法与工程应用的桥梁，其自主可控具有重要的战略意义。哈工大研究团队将继续深耕科学计算软件的研发，让好的算法落地，推动基础研究更好地服务技术变革。（编辑 向碧霞 审核 张惠屏 陈南坤）

图1：水平集方法重力数据界面反演软件[简称:LevelSet-GraInv]

图2：水平集方法重力和全波联合成像软件[简称:LevelSet-JointInv]

软件的登记：

李文彬、邓星宇，“水平集方法重力数据界面反演软件[简称:LevelSet-GraInv] V1.0”，软件著作权：2025SR1661337

李文彬、邓星宇、马坚伟、赵健沣，“水平集方法重力和全波联合成像软件[简称:LevelSet-JointInv] V1.0”，软件著作权：2025SR1800617

专利文档和论文：

李文彬、邓星宇、马坚伟、赵健沣，“一种基于地震波全波形和重力数据的联合成像方法及系统”，发明专利：ZL202510179728.3

Xingyu Deng, Jianfeng Zhao, Wenbin Li*, Jianwei Ma*. A level-set structural approach for multi-physics joint inversion using full-waveform and gravity data. Inverse Problems (2025) 41(11): 115010

Wenbin Li, Jianliang Qian. Simultaneously recovering both domain and varying density in inverse gravimetry by efficient level-set methods. Inverse Problems and Imaging (2021) 15(3): 387-413