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。     

有限单元法三维电阻率最小二乘反演中存在问题的研究

针对有限单元法在三维电阻率最小二乘反演中关于深部单元的反演能力、反演稳定性和速度问题进行了讨论与改进.首先构造了全新的"体积因子"作为先验信息加入到电阻率反演中,使地质体赋存区域的电阻率变化更符合实际情况,提高了深度较大的地质体的分辨能力.反演计算中对实测电阻率数据和模型正演数据分别取对数,并改进迭代修正量的计算方法,将以前的加减修正量改为与修正量指数之积,这样,不但可以改进电阻率模型出现负值的缺陷,提高反演计算的稳定性,而且还可减少迭代次数;针对反演时间过长的缺陷,将三维全域反演改为三维局域反演,使每次迭代的时间由4 h减少到目前的15 min;对模型的反演计算表明,以上改进是非常有效的.     

三维电阻率成像新方法及应用

三维电阻率成像法包括近似三维反演因子和综合子空间解释器,三维反演因子用于正向线性电阻率近似解译,综合子空间法是共轭梯度法的变换,是求解大型最优化问题的有效方法.三维成像是线性反演问题,不需正演模拟或敏感度修改.在非线性三维反演中,三维电阻率成像技术可直接获取三维电阻率的分布信息,或提供中间过程的模式修改.野外资料验证表明,三维成像技术可提供电阻率空间的分布信息.     

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。     

三维井地电阻率有限元数值模拟及反演

油气资源和矿产资源勘探中,常需要较大的勘探深度和高的深部分辨能力,充分利用现有钻孔的三维井地电阻率成像技术能够适应于这种要求。通过设计一个高阻水平板状体模型,利用Ansys有限元软件对模型进行三维井地电阻率法有限元正演计算,并将模拟的响应视电阻率作为反演的输入,结合平滑约束最小二乘反演,分析了异常特征和分布规律,其结论和认识具有一定实用价值。     

利用共轭梯度方法的激发极化三维快速反演

利用共轭梯度方法实现了激发极化(IP)三维快速反演。首先,利用共轭梯度方法反演电位数据,得到地下的三维电阻率模型,(由于避免了直接求偏导数矩阵,因此反演计算速度很快。)然后,以此电阻率模型为地下电导率分布,再反演IP数据得到三维极化率分布理论模型。试算结果表明其效果较好。      

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。     

基于积分方程法的大地电磁三维反演

采用积分方程法计算均匀半空间中三维异常体的大地电磁响应,然后利用阻尼最小二乘法反演得到地下三维异常体电阻率分布。在计算灵敏度矩阵时,将灵敏度矩阵分为线性项和体现反演过程非线性的偏微分项进行求解,提高了计算精度。理论模型反演结果表明,反演较准确,对初值依赖性小,且只针对异常体剖分单元进行反演,反演效率较高。     

起伏地形条件下电阻率法三维反演

地形起伏下的三维反演问题是当前电阻率法研究的一个难题。为了更好地解决上述问题,采用加权正则化共轭梯度法实现起伏地形三维电阻率反演算法。该方法引入了加权正则化思想,显著降低了迭代时目标函数发散的问题,提高了反演稳定性。对比了两种消除反演中地形影响的方法,结果表明,直接带地形的电阻率法三维反演具有更好的分辨率,能有效地消除地形所造成的误差,但在起伏角度偏大,如河流、堤坝等接近垂直角度时,使用此方法会使得反演发散得不到满意的结果;此时采用基于地形校正的方法有一定的效果。     

高密度电阻率法二维反演在工程勘探中的应用

应用高密度电阻率法二维反演方法能够提高资料解释的准确性。通过几个最小二乘法反演在工程勘探中的应用实例,说明高密度电阻率法二维反演处理的优越性。     

CSAMT一维全频视电阻率反演

本文采用全频率视电阻率反演,使用2~(-3)~2~(13)Hz频率,并且不做近区和过渡区校正,直接用卡尼亚视电阻率作为反演参数。正演采用虚界面法计算有限长导线在水平层状介质的电磁场分量,反演采用有限内存拟牛顿法。数值模拟采用三层模型和实测数据进行反演,得到了符合地下电性变化的反演模型结果,证实了CSAMT一维全频视电阻率反演具有可实施性。     

高密度电法勘探数据三维处理技术及城市勘察中的应用

在以往的高密度数据反演解释过程中,将地质结构简化成二维,通过地电断面图、切片图进行分析.实际上,地质体具有三维地电结构,二维反演难免会受到旁侧效应的影响,二维图件也不能清晰直观地反映地质体的空间分布情况.本文以某陶瓷厂空洞探测为例,利用实测资料构建三维数据场,在反演参数优化的基础上,选择基于最小二乘法的三维反演技术对数据场进行处理,将反演结果利用三维可视化技术显示出来,对采空区位置及空间形态给出结论.研究结果显示,三维处理技术能够从空间上,多手段、多视角分析物探数据,有效地消除了旁侧效应的影响; 物探结果直观清晰地呈现出空洞的分布位置、范围以及空间特征,与钻探结果吻合较好.     

电阻率三维复杂结构的快速反演

运用共轭梯度迭代算法解三维反问题中的线性方程组,并结合求Jacobi矩阵 G 的Rodi算法,则每次反演迭代仅需一次正演计算,大大加快了计算速度,实现了直流电阻率三维快速反演。另外,由于避免了存储 G 和 G T G 所需的庞大存储量,以及在三维反演中加入光滑约束,有利于精细网格下的复杂模型反演。      

高密度电法数据三维可视化快速实现及在复杂采空沉降区的应用

高密度电阻率法是一种阵列式的勘探方法,具有采集观测数据量大、地质信息丰富、生产效率高等特点,数据采集多以剖面形式工作,成果多为二维反演结果,资料处理过程中经常出现局部畸值或相邻测线对照一致性差等问题.为解决该问题,本文在探查采空区分布和巷道位置的工作中,结合剖面数据采集特点提出非规则“#”剖面布设勘探法来补充纵向数据信息,并通过三维可视化软件建立以高密度电法电参数为依据的地质体模型,实现高密度电法数据场三维可视化和实际应用.     

激发极化数据二维有限元反演法在金矿勘探中的应用

给出电阻率、激发极化法数据的二维有限元反演方法和原理 ,并将此方法用于高龙金矿电法勘探资料解释中 ,解释结果与已知地质资料基本吻合。由此证明 ,利用双线性模型进行二维反演的有效性及其独特的优点。     

Monitoring of wastewater percolation in unsaturated sandy soil using geoelectrical measurements at Gabal el Asfar farm,northeast Cairo,Egypt

The use of wastewater for irrigation in sandy soil increases the pollution risk of the soil and may infiltrate to the shallow groundwater aquifer. In such environment, some important parameters need to be obtained for monitoring the wastewater in the unsaturated zone over the aquifer. These parameters include clay content, heterogeneities of the upper soils, depth to the aquifer and the variations of groundwater quality. In the present work, the efficiency of DC resistivity method in forms of 1-D and 2-D measurements was studied for wastewater monitoring in the Gabal el Asfar farm, northeast of Cairo, Egypt. Forty-one Schlumberger soundings (VES) were performed then followed by three pole-dipole 2-D profiles along some considered regions within the area. The resistivity measurements were integrated with the boreholes, hydrogeological and hydrochemical (surface and groundwater samples) information to draw a clear picture for the subsurface conditions. The obtained results were presented as cross sections and 3-D visualization to trace the clay intercalations within the unsaturated zone. In addition, a vulnerability map was created using the obtained results from 1-D Schlumberger survey and confirmed with the 2-D resistivity profiling. The obtained results have shown that the 2-D resistivity imaging technique is a powerful tool for mapping the small-scale variability within the unsaturated zone and the wastewater infiltration. However, limitations of resistivity techniques were observed in the area with limited resistivity contrast such as thin clay layers with brackish water background. Under that condition, the measured pattern of resistivity distributions depends on the applied electrode array, electrode spacing and using the available geological information during the inversion process.     

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。     

高密度电阻率法二维层析成像研究与应用

电阻率层析成像是基于研究区域边界处的电压和电流值确定区域内部电阻率的分布,它同声波和电磁波层析成像原理有着本质的不同。讨论了电阻率层析成像正演最常用的有限元法,给出了电阻率层析成像反演法的模拟退火方法,并将其成功运用到电阻率成像反演中。应用实例显示,高密度电阻率二维层析成像的分辨率比常规电阻率法解释结果要高,应用前景广泛。      

Hydrogeophysical investigation and estimation of groundwater potentials of the Lower Palaeozoic to Precambrian crystalline basement rocks in Keffi area, north-central Nigeria, using resistivity methods

The use of resistivity sounding and two-dimensional (2-D) resistivity imaging was investigated with the aim of delineating and estimating the groundwater potential in Keffi area. Rock types identified are mainly gneisses and granites. Twenty-five resistivity soundings employing the Schlumberger electrode array were conducted across the area. Resistivity sounding data obtained were interpreted using partial curve matching approach and 1-D inversion algorithm, RESIST version 1.0. The 2-D resistivity imaging was also carried out along two traverses using dipole–dipole array, and the data obtained were subjected to finite element method modeling using DIPRO inversion algorithm to produce a two-dimensional subsurface geological model. Interpretation of results showed three to four geoelectrical layers. Layer thickness values were generally less than 2 m for collapsed zone, and ranged from 5 to 30 m for weathered bedrock (saprolite). Two major aquifer units, namely weathered bedrock (saprolite) aquifer and fractured bedrock (saprock) aquifer, have been delineated with the latter usually occurring beneath the former in most areas. Aquifer potentials in the area were estimated using simple schemes that involved the use of three geoelectrical parameters, namely: depth to fresh bedrock, weathered bedrock (saprolite) resistivity and fractured bedrock (saprock) resistivity. The assessment delineated the area into prospective high, medium and low groundwater potential zones.