高密度电阻率法比值参数基于阻尼最小二乘反演

三电位电极系中装置的探测精度和数据处理方法的研究一直是地球物理工作者研究的一个热点,同时也存在很大的争议。利用正演模拟结果讨论了岩溶地区几种可能存在的地质条件下三种装置的探测精度,发现β装置和γ装置的探测效果明显优于α装置;然后利用正演计算得到的数据合成比值参数(T),对合成数据T进行最小二乘反演,发现T值反演结果和视电阻率反演结果一致,并在噪声影响较大的区域,T值反演结果优于T值等值线图,可作为判断异常体特征的一个依据,也可验证视电阻率的反演结果,弥补由于噪声对某种单一装置探测效果的影响。以义马某地的水文地质勘察为例,T值最小二乘反演结果表明,在含水低阻区域T值也呈现小值异常,且显示的异常体边界准确,结构特征明显。利用T值反演对数据处理具有重要的意义,应予以重视。     

交叉梯度约束的三维极化率/电阻率联合反演

为减少反演的多解性,多数情况下期望电阻率和极化率异常具有相同结构。笔者利用交叉梯度算法实现了联合反演。在计算交叉梯度项过程中,提出一种新的离散化网格边界处理方法,提高了交叉梯度项计算的速度和精度。试算结果表明三维电阻率/极化率联合反演能有效地提高同结构异常体的反演效果。     

从一个布井失败案例探讨多种地球物理方法综合研究

为探讨多种地球物理方法结合的重要性,以一个应用地球物理方法布井失败案例为研究对象,通过比较高密度电阻率法、磁共振探测以及两种方法结合的探测结果与实际钻探资料的差异,分析了每种方法的优缺点,并借助经济成本计算,讨论了多种方法结合的可行性。结果表明:高密度电阻率法与磁共振探测各有优缺点。高密度电阻率法可很好地判断地层结构的整体变化,但对岩性的推断具有较强的不确定性。磁共振探测推断的地层岩性与钻孔资料基本吻合,但无法判断是否有断层或裂隙带存在。高密度电阻率法与磁共振探测结合推断的剖面尺度上地层岩性和厚度变化与钻孔资料基本一致,是揭示地层岩性及含水层位置的有效方法,说明应重视多种方法结合的研究及应用。相比不采用任何地球物理方法或单一方法,两种方法结合的费用更低,在实际应用中具有可行性。     

基于乘积型目标函数的电阻率法三维反演

为了减小地球物理反演的多解性,通常采用累加型目标函数,即数据拟合差项加上正则化项。基于累加型目标函数的反演存在如何优选正则化因子的问题,这个过程通常需要做大量的反演计算。本研究系统分析和实现了基于乘积型目标函数(数据拟合差项和正则化项相乘)的电阻率法三维反演,乘积型目标函数的反演不存在优选正则化因子的问题。三维正演采用非结构化有限单元法,三维反演采用有限内存拟牛顿方法。使用理论模型合成数据进行了三维反演,检验了基于乘积型目标函数的电阻率法三维反演的可行性与有效性。反演算例结果表明：基于乘积型目标函数的反演方法能够可靠恢复异常体的电阻率值、形态和位置。     

从一个布井失败案例探讨多种地球物理方法结合的重要性

为探讨多种地球物理方法结合的重要性,以一个应用地球物理方法布井失败案例为研究对象,通过比较高密度电阻率法、磁共振探测以及两种方法结合的探测结果与实际钻探资料的差异,分析了每种方法的优缺点,并借助经济成本计算,讨论了多种方法结合的可行性。结果表明:高密度电阻率法与磁共振探测各有优缺点。高密度电阻率法可很好地判断地层结构的整体变化,但对岩性的推断具有较强的不确定性。磁共振探测推断的地层岩性与钻孔资料基本吻合,但无法判断是否有断层或裂隙带存在。高密度电阻率法与磁共振探测结合推断的剖面尺度上地层岩性和厚度变化与钻孔资料基本一致,是揭示地层岩性及含水层位置的有效方法,说明应重视多种方法结合的研究及应用。相比不采用任何地球物理方法或单一方法,两种方法结合的费用更低,在实际应用中具有可行性。     

激发极化测深数据反演方法及应用

在电阻率反演基础上,研究和分析了3种不同的极化率反演方法,即:线性反演方法、精确形式反演方法和非线性反演方法;通过一系列理论模型的对比,分析了这3种反演方法的反演效果。电阻率的反演是基于最小二乘原理建立的反演目标函数,并在反演方程中加入了大地电磁Occam反演方法的光滑度矩阵,提高了反演的稳定性;理论模型对比表明,线性和非线性2种反演方法是比较实用的,将这2种反演方法应用于新疆托里某铜矿的对称四极激电测深的数据处理中,取得了较好的应用效果。     

高密度电法在石材矿探测中的应用

针对石材矿勘探和开发中存在的矿体边界确定、石材完整性判别等实际难题,首次将高密度电法技术引入到石材矿探测中,在新疆哈密黄山南黑冰花型石材矿开展了探测研究。通过改造测线布置方法、优选装置,获取了高分辨率的测量数据;进行二维反演和三维电阻率成像反演,实现了三维电阻率数据体在三维可视化环境下的交互式显示和操作;结合地质资料,完成了对石材矿的探测解释及评价。结果表明:高密度电法能清晰地刻画出具有高电阻率特征的石材矿矿体三维空间形态,对影响石材矿质量的风化层、裂隙构造等不利因素有较强的识别能力。     

2.5D重力双重加权聚焦反演及其应用

针对聚焦反演方法在实测数据应用中存在的趋肤效应和反演结果发散问题,设计应用深度加权和数据加权的双重加权系数灵敏度矩阵,进行核函数处理。通过反演拟合理论正演模型实验,证明了该方法的可靠性。将双重加权系数运用到山东某矿区的实测数据,反演结果清晰地反映出地下异常体的边界和深度,与剖面电阻率结果比较,两者异常位置接近,该方法可反应实际异常情况。     

井间电阻率层析成象的平滑度约束反演

井间电阻率层析成象是一种探测地下浅部精细结构的物探方法，它主要用于解决工程地质问题。本文采用２．５－Ｄ有限元法，针对井间电阻率层析成象中的ＡＭ观测系统进行了反演成象计算。文中首先计算了灵敏度矩阵，然后给出了一种电阻率层析成象反演算法—平滑度约束反演，理论模型的计算和实际资料的处理，都证明了该算法的有效性     

隧道含水构造直流电阻率法超前探测研究

含导水构造和岩溶裂隙水的探查是亟需研究和解决的关键问题。直流电阻率法以其对低阻体反映敏感、分辨率高等优点被引入到隧道掌子面前方含水构造的预报工作中。首先,推导出了无限全空间中球体含水构造直流电法超前探测的解析解公式,并在利用有限元数值方法进行正演分析的基础上,借助“比较法”将含隧道腔体的三维空间中超前探测视电阻率数据转换为无限全空间中的数据,并探讨了由MN电极附近电阻率不均匀所造成的干扰以及识别和去除这种干扰的方法。然后,设计了基于全空间球体含水构造超前探测解析公式的阻尼最小二乘反演方法,对隧道中多组球体含水构造模型进行了较为成功的反演。另外,探讨了其他形状的有限体积的含水构造超前探测异常规律,提出了“等效球体”的概念,亦在全空间球体含水构造超前探测解析公式的基础上设计了快速反演方法。最后,利用物理模型试验验证了有限元数值正演方法和阻尼最小二乘反演技术的可行性和有效性,为实际工程中含水构造的直流电法超前预报奠定了基础。     

基于边界约束有限内存的拟牛顿CSAMT一维反演及应用

可控源音频大地电磁法（CSAMT）正演具有计算耗时、精度低的特点;常规的反演方法边界处理简单,占用内存大,搜索方向也难以精准,严重影响反演效果。为了实现CSAMT快速高精度正演,改善边界处理方法以减少内存占用,优化搜索方向以减少迭代反演次数,提出基于边界约束有限内存的拟牛顿CSAMT一维反演方法。首先,在CSAMT正演中基于高斯积分与并行算法实现了一维介质模型条件下有限长导线源激发的水平电场快速高精度计算。其次,在反演方法中,分别构建了基于相对误差和绝对误差的两种目标函数,并引入光滑模型约束,采取自适应正则化策略更新正则化因子,并采用基于边界约束的有限内存拟牛顿算法（LBFGS_B算法）,实现了CSAMT一维准确快速反演。以含低、高阻薄层的多层地电模型的水平电场E_x振幅为反演数据进行直接反演和模型检验。结果表明,该方法能够反映出地层电阻率随深度变化的趋势,并对高、低阻薄层有较好的分辨能力,低阻薄层分辨效果更佳。实际CSAMT资料的反演剖面的分辨率优于常规的连续介质反演方法,地质效果明显,表明该方法具有良好的应用前景。      

高密度电阻率法二维勘探数据的三维反演及其在岩溶探测中的应用

三维高密度电阻率法可以有效地解决二维高密度电阻率法在探测空间形态上的不足。将高密度电阻率法二维勘探数据做三维反演,不仅实现了地下空间结构的三维电阻率成像,还克服了传统三维高密度电阻率法在经济成本上的限制。将此方法应用到岩溶勘探中,利用DUK-2A高密度电法仪系统采集数据;然后,把二维高密度数据拼接转化成三维可反演数据,再将反演得到的结果通过三维成像软件实现任意三维地电切片,从而获得丰富的地电结构信息;最后,结合三维切片与钻孔资料对溶洞进行解释,为工程的顺利施工提供科学依据,从而证明该方法的可行性和有效性。     

基于聚类的煤矿井下钻孔瞬变电磁异常响应边界成像方法

为了提高煤矿井下钻孔瞬变电磁反演成像结果中的异常响应边界识别和解译能力,完成掘进工作面前方隐伏水害精准刻画、隐蔽致灾因素精细分析等地球物理解释,提出应用无监督机器学习中的聚类方法分析钻孔瞬变电磁处理成果。根据电阻率数值分布特征和2种聚类方法的特点,选择K-Means聚类算法对电阻率成像结果进行聚合分类;在聚类计算过程中,应用最远距离原则确定类簇的初始质心,选用欧氏距离作为距离计算方法,采用基于组内平方误差和的肘部法则确定聚类数目。针对掘进工作面前方的隐伏水害,分别采用三维数值模拟和井下现场应用实例进行了实用性和有效性验证。研究结果表明:该方法可自动识别最佳类簇数目,对电阻率实现准确聚类,聚类成像结果能改善原始成像模型的光滑过渡问题,突出异常响应边界,清晰显示异常响应形状和位置,有效帮助对钻孔瞬变电磁超前探测反演结果中的隐蔽致灾水体进行识别和归类。      

二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究

浅地表低速异常体(如空洞)的精确探测一直是地球物理领域具有重要价值与挑战性的研究课题,对城市灾害评估与复杂条件下煤田地震勘探的浅地表精细建模具有重要意义。面波全波形反演适合浅地表高精度建模,然而在实际应用中仍存在诸多亟待解决的难题。针对面波全波形反演方法中多参数串扰、实际数据预处理、震源子波估计等关键问题,开发了一套完整的瑞雷波多参数全波形反演方法流程,以实现对浅地表空洞的精确探测。该方法中模型的横波速度、纵波速度和密度随反演进程均被同步更新,减弱后两个参数偏离真实值对横波速度反演精度的消极影响。采用伴随状态法构建的拟海森算子对梯度进行预处理以压制地表伪影、增强波场照明,提高对小尺度异常的表征能力。通过褶积因子消除波场正演与实际数据采集的维数差,实现3D波场到2D波场的转换。采用校正滤波方法估计震源子波,并在迭代进程中进行动态估计,以减弱特定参数模型不准确的影响。同时,该方法采用多尺度反演策略,减轻由低速异常引起的目标函数非凸性,提高反演稳定性。合成数据和实际案例测试结果表明,瑞雷波多参数全波形反演方法得到的横波、纵波速度模型、密度模型具有基本一致性,其中横波速度模型准确度最高。实测数...     

时移电阻率反演模拟研究

电阻率法可用于地表浅层的探测,也可用于对动态地下目标进行监测。对于监测数据的反演,不同数据集的单独反演存在一定缺陷,为此本文在常规电阻率反演算法的基础上,推导了时移电阻率反演公式,实现了时移反演算法程序;为了论证时移反演算法对动态地下目标成像的优越性,建立一组多个正演模型,利用模拟数据进行单独反演和时移反演,并对比两种方法的结果。研究表明,尽管两种算法都能圈定动态地下目标体,但时移反演算法可以消除不同观测数据集中所包含的随机误差,减少假异常的出现。     

基于程函方程反演的跨孔地震岩溶探测数值模拟研究

岩溶探测对于岩溶发育地区的工程建设有重大意义,跨孔地震波探测是工程勘察有效的地球物理探测技术。本文旨在利用基于程函方程的初至旅行时层析方法,实现对跨孔地震波岩溶探测的反演,并通过多个工况的数值模拟验证其有效性,探索其适用性和局限性。首先,基于波动方程的时域有限差分对跨孔地震岩溶探测进行正演模拟;然后从模拟的地震记录中提取初至旅行时,最后以基于程函方程的初至层析方法反演得到钻孔间的地层速度模型。本文设置了单一溶洞,单一断层,溶洞断层组合及多溶洞组合4种工况,通过数值试验得到了地震记录、旅行时、反演图像、迭代残差等结果。结果表明基于程函方程的初至旅行时层析反演方法对溶洞位置、大小,断层的方位反演较为准确,对于复杂地质条件,多溶洞和裂隙组合反演较为稳定,相互之间干扰很小,能定性区分对溶洞填充物的速度与地层背景波速的高低。但岩溶异常体中的反演速度较真实速度有偏高,纵向分辨率比横向分辨率高。相比溶洞,该方法对断层较不敏感。考虑到基于程函方程的跨孔层析反演在多个岩溶地质体共存的复杂地质条件下依然保持高效和稳定,该方法可以为实际工程提供重要勘察信息。     

一种瞬变电磁与直流电测深联合反演的接点处理方法及应用

直流电测深（DCS）与瞬变电磁测深（TEM）的视电阻率有较大的差异,在进行联合反演时,重叠观测部分通常采用二者的平均值作为联合反演数据,存在视电阻率曲线衔接产生假异常,以及未能体现不同勘探方法对同一电性体的探测所起的作用不同的问题。文章提出一种多次平均加权接点处理方法,经模型实验和实际应用证明该方法能提高联合反演精度。     

直流电阻率测深中二维与三维反演结果的对比与分析

直流电阻率测深中,用二维反演程序对三维地质体进行了反演,并与三维反演结果进行对比和分析。首先,对比二维和三维最小二乘反演在正演模拟算法和先验信息的确定方法;然后,对若干比较典型的模型进行反演实例对比。由于二维程序反演仅考虑单个剖面的电阻率信息,无论是在异常位置、形态及电阻率特性上,其反演精度都比较低;三维电阻率反演综合了多个测深剖面的电阻率信息,其结果与实际模型吻合得非常好。     

直流电阻率测深二维自适应正则化反演

直流电阻率测深二维反演中,正则化参数的选取影响反演结果分辨率及反演过程稳定性。利用主动约束平衡正则化因子,进行直流电阻率光滑约束最小二乘二维自适应反演,改善直流电阻率测深二维反演的分辨率与稳定性。在反演迭代过程中,正则化因子根据模型参数的空间展布函数进行自适应计算、正则化参数的自适应计算。模拟数据反演结果验证了该方法的有效性与可行性,反演结果能准确地反映地下模型的真实电性结构。     

改进的模拟退火-变尺度优化方法在测井解释中的应用

实际中的测井参数反演是一个多参数、非线性优化问题,所采用的目标函数,即度量由参数化的理论模型得出的预测值与观测值的吻合程度,往往存在多解的现象。针对这种状况我们提出了模拟退火与变尺度综合反演方法用于参数计算,经过实际试算证明该方法效果很好。