基于共轭梯度的全通道3D井地井电阻率成像研究

随着城市工程勘探及煤矿采矿区勘探要求的不断提高,二维地面及孔间电阻率成像无法确定电性异常沿垂直剖面方向延伸范围,三维地面电阻率成像面临着纵向分辨率小、空间覆盖不均匀等问题.本文提出井地井三维全通道电阻率成像方法,该方法计算时采用除去2个供电电极外其余全部接地电极所采集数据进行反演计算.在成像时首先采用有限差分方法求解3D静电场方程,并基于伴随矩阵方法计算非线性灵敏度矩阵,最后利用牛顿共轭梯度反演方法实现全通道电阻率层析成像.通过理论数据测试表明:全通道3D井地井联合观测方式能有效的对孔间电性结构三维成像,具有较好的纵横向分辨率,可以较好的解决实际工程地质问题及采空区在空间的分布形态难题.     

地下洞体的三维电阻率探测方法

高分辨电阻率法采用单极-偶极装置,对老窑等地下洞道非常敏感,可以提供快速、准确、直观的成像反演解释方法.为进一步提高探测的准确性、避免旁侧影响,将单极-偶极装置以网格方式布设在地面上进行面积测量,在纵横两个方向都形成对地下分析分辨单元的多次覆盖观测,实现三维电阻率勘探.在三维高分辨电阻率探测中,直接成像解释方法仍然有效,获得的地下洞体的位置和影像更为精确.     

不同电极阵列联合反演在古墓探测中的应用

电阻率层析成像是一种广泛应用在水文、考古和地质等浅地表勘探领域的地球物理方法。为了增强电阻率层析成像的分辨率、应对复杂的地质问题,本文提出基于雅可比矩阵的不同电极阵列直流电阻率数据的加权联合反演算法,并以温纳和偶极-偶极电极阵列数据为例,在理论模型和古墓探测的野外实例中测试该算法的有效性。结果表明,加权联合反演结果的横向和纵向分辨率都优于单一电极阵列的反演结果,并在实例中缓解“U形”电极阵列的固有缺陷、减少反演模糊性、更好地约束墓室宽度的反演结果。      

钻井-地表电极联合电阻率观测装置的异常特征研究

本文利用有限单元法对多种钻井-地表电极联合电阻率观测装置在球体、直立板和水平板体等典型地质体模型上的异常响应进行正演计算,并分析其异常特征和分布规律.计算结果表明利用井中和地表电极的联合观测方式进行地下介质探测,可在兼顾地质体的水平分辨能力的同时,提高电阻率测深在垂向上分辨率.就水平分辨率而言,四极（偶极）装置对地质体的水平定位能力最强,井-地三极装置次之,地-井三极的分辨能力最差.就垂向分辨能力来说,各种观测装置的分辨率相差不大.     

探测孤石高阻体的跨孔电阻率CT水槽物理模拟实验研究

采用重庆奔腾数控技术研究所的WDJD-3型多功能数字直流激电仪,在电法实验室水槽内布设了探测孤石高阻体的跨孔电阻率CT法观测系统,进行了物理模型实验。物理模拟实验采用多种观测装置(二极、三极和四极装置),对采集到的数据进行反演成像,得到如下结论:①二极装置电阻率CT反演成像结果不能反映出高阻体的位置与大小;②三极装置CT反演成像结果能较好反映孤石高阻体的位置与大小;③四极装置电阻率CT反演成像也能反映出孤石高阻体的位置与规模,效果与三极装置基本相同。物理模拟实验结果表明:三极或四极装置的跨孔电阻率CT法可用于探测高阻体,它具有采集方式灵活、数据稳定可靠、成像结果直观清晰的优点。基于物理模拟实验的结果,采用电阻率CT法对地铁盾构隧道洞身范围内的孤石高阻体探测具有一定的指导意义。对孤石体的三维电阻率CT法物理模拟实验正在进一步研究中。     

跨孔电阻率法装置灵敏度分析及分辨率讨论

由于跨孔电阻率法的测量区域在两孔之间,对其测量装置的排列方式、灵敏度及分辨率等的研究,与常规地面电阻率法有较大的不同;影响其分辨率的因素也比常规地面电阻率法多.跨孔电阻率法的装置排列方式不同,其灵敏度范围和分辨率不同.针对跨孔电阻率法的二极、三极、四极装置,通过Fréchet导数分析了各装置的灵敏度,并确定了适用于跨孔探测的装置排列方式.在此基础上,本文建立不同的异常体模型,以四极装置为例进行了数值模拟,并综合灵敏度剖面图,讨论了相关装置的横向、纵向分辨率和影响因素.研究表明:灵敏度与分辨率的关联,灵敏度等值线剖面图的疏密、形态、正负值范围等对分辨率有着直接的影响.在跨孔电阻率法探测中,对各种复杂异常体在反演图中所呈现的不同形态进行区别分析归类,具有实际意义,这为提高现场勘探效率,增强采集数据的分析、解释的准确性,提供了理论依据和实验指导.     

电阻率层析成像技术

根据视电阻率实测值重建二维或三维介质真电阻率的分布图像是电成像技术的核心。本文简要介绍了电极阵列系统，分析了二极、温纳、偶极和复合对称四极装置的特点、参数选择、拟剖面构制和探测深度等问题。在数据处理上，以线性反演方法为主，但需针对电位场的特点采取相应措施并发展约束反演和计算Fr6chet导数的新方法。电阻率和自电位的概率成像从一个新的角度给出了地下构造的信息。在技术应用方面，通过电剖面对比、电法／地震联合探测的实例，讨论了电阻率层析图像的物理含义和进行地质推断需注意的问题。电成像的性质属位场反演，不可避免的存在空间分辨率偏低的弱点，发展综合物探，加强与地质方法的结合具有重要意义。     

超高密度电法全四极装置正反演

超高密度电法是一种新型、高效且实用的电法勘探方法,数据信息量是常规方法的数十倍以上.本文从超高密度电法的基本理论与数据采集方式入手,阐述了超高密度电法的全四极装置观测方式,推导了基于双线性插值、三角形剖分的超高密度电法正问题有限单元法求解方法;提出了超高密度电法的偏导数矩阵混合求解及最小二乘广义线性反演算法.以一个典型地电模型为例,分别采用超高密度全四极装置与五种常规排列装置进行正演模拟并反演成像,反演结果表明,超高密度全四极装置相对于单一装置采集方式具有探测数据量大、抗干扰能力强、数据反演异常结果能够更好的刻画实际地质情况的特点.最后,采用超高密度电法对倾斜板状体地电模型进行正反演,说明了该方法能较好的反映出地下电性的分布,有效提高物探解释的可靠性及勘探的准确性.     

地表点电流对地电阻率观测的影响

<正>将地电阻率台站地下介质简化为水平层状均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流源,针对对称四极观测装置,利用转换函数滤波器法计算电流大小、方位角、距离对地电阻率观测的影响。(1)计算方法。地电阻率采用对称四极观测装置,AB为供电电极,MN为测量电极,电极均位于地表,测区采用EW和NS两个相互垂直测向布极,中心点为O。选择理论对称四极装置的奥尼尔滤波器(O’Neill20),依据姚文斌(1989)利用转换函数滤波器法计算地电阻率表达式计算对称四极装置地电阻     

环工作面三维直流电阻率法研究及应用

本文在矿井直流电法理论基础上,推导环工作面三维直流电法测量深度公式,得到环工作面三维直流电法记录点坐标位置.基于以上理论,建立了环工作面三维直流电法异常体模型,分析了环工作面三维直流电法二极装置、三极装置、四极装置异常体响应特征,得出环工作面三维直流电法各装置敏感度低的主要原因是缺少必要的数据采集点.为了提高环工作面三维直流电法分辨率,最大限度增加工作面内侧的采集数据点.基于以上原因本文提出了对角偶极装置采集模式及多装置的数据叠加反演处理方法,以增加工作面内采集数据点,提高三维勘探的精度.本文通过某矿8802工作面底板富水性探查实例,说明该方法的有效性.     

环工作面三维直流电阻率法研究及应用

本文在矿井直流电法理论基础上,推导环工作面三维直流电法测量深度公式,得到环工作面三维直流电法记录点坐标位置.基于以上理论,建立了环工作面三维直流电法异常体模型,分析了环工作面三维直流电法二极装置、三极装置、四极装置异常体响应特征,得出环工作面三维直流电法各装置敏感度低的主要原因是缺少必要的数据采集点.为了提高环工作面三维直流电法分辨率,最大限度增加工作面内侧的采集数据点.基于以上原因本文提出了对角偶极装置采集模式及多装置的数据叠加反演处理方法,以增加工作面内采集数据点,提高三维勘探的精度.本文通过某矿8802工作面底板富水性探查实例,说明该方法的有效性.     

有限元-无限元耦合法在复杂金属矿体电阻率/极化率正演模拟中的应用——以庐枞盆地泥河铁矿床为例

金属矿电法勘探由于受限于探测深度和复杂矿体形态的解释,在深部矿产资源勘探中难受重视.安徽庐江泥河铁矿床是长江中下游成矿带中最主要的矿床类型之一,矿区复杂的地质结构和矿体形态以及矿体的大深度赋存状态给地球物理勘探特别是电法勘探带来了很大的挑战.为了研究电阻率/极化率法在大深度复杂金属矿体探测中的应用效果,本文以泥河铁矿某勘探剖面为例,在实际矿区的地质模型基础上通过简化建立了相应的地球物理模型,采用偶极-偶极装置及二极装置,对矿区进行直流电阻率/极化率数值模拟.提出采用有限元-无限元耦合法以解决传统有限元法截断边界所引起的问题.理论和计算结果表明:有限元-无限元耦合法相比传统有限元法,能显著提高计算的效率和精度.偶极-偶极装置的视电阻率断面图较二极装置能更好的区分不同地层及磁铁矿异常,而根据铁矿高极化特性,探测深度相对较大的二极装置的视极化率断面图能够更好的反映出异常体位置及范围.     

电阻率层析成像和激电测深对栾川铅锌矿的联合勘探

在栾川铅锌矿的物探工作中，采用了电阻率层析成像和激电测深两种方法，电阻率层析成像法采用温纳装置或偶极装置，电极数量和极距视情况而定，主要调查工作区内隐伏构造情况，激电测深采用对称四极测深法，最小AB／2距为3M，最大AB／2距为500M，主要研究激电测深参数的变化规律，对于含矿构造而言，激电参数呈异常高值反映，视极化率在15－40％，两种方法的联合应用，具有快速而准确的特点，在探矿工作中取得了良好的效果。     

菲涅耳体地震层析成像分辨率研究

层析成像分辨率的研究,不仅可以帮助分析层析方法的反演能力,评价层析反演的效果,还可以帮助指导层析参数设置,优化观测系统设计等.本文对比研究了前人提出的两种菲涅耳体层析成像分辨率的计算方法,并针对其存在的问题进行了优化.文中通过对二维理论模型的定量计算,总结了菲涅耳体地震层析成像分辨率的一些规律,并将其与射线层析的分辨率...     

走航式水下多道电阻率探测系统研制与应用

为实现水下浅层介质二维电阻率映像法探测,一种走航式水下多道电阻率探测系统(NURSS)被研制开发.该系统由主控系统、定位系统、多道电缆及拖体组成.多道电缆长100m,装配有10个不极化电位测量极(可扩展)和4个供电极,可实现二极和偶极装置测量,电位采集采用并行采集技术.以水库库底渗漏探测为目标的数值分析和应用实例表明该系统比水面电阻率法具有更高的分辨率,可精确探测库底渗漏通道位置与延展深度,是实现水下浅层目标探测的有效工具.     

三维激发极化法反演研究及其在金属矿勘探中的应用

激发极化法在金属矿、硫化矿等资源勘探方面应用较广.随着勘探设备与计算机硬件的发展,所采集到的数据具有观测数据量大、布极方式多样等特点.针对实测数据的特点,我们研究完成了基于并行技术的激发极化法对数反演算法,该算法具有如下特点：（1）通过压缩存储技术和并行技术的集成实现了可以处理大数据特征的反演算法;（2）利用对数反演来约束每次计算得到新模型的电导率恒为正,充电率在0到1之间变化,从而保证反演的稳定性和可靠性.本文首先设计了两组对比模型进行试验,通过对不同区块数据采用不同加权的方式来减弱噪声对反演结果影响的效果;其次,采用并行技术提高了反演的计算速度,并利用理论模型分析了不同电极装置对反演分辨率的影响.最后,在甘肃某金属矿开发前景区利用激发极化法开展了中梯装置的采集工作,利用加权后的观测数据反演推断出了测区金属矿开发靶区的大致位置及分布特征.     

三维电阻率成像技术的研究

电成像、电测深、电剖面法是目前3种最基本的电阻率探测技术.三维探测的观测系统主要有地表和钻井-地表这两种不同类型的测量.前者的电极阵列成矩形网格状,多采用单极-单极观测装置以增大探测深度,技术难点在于远电极的设置往往会带来难以消除的地电噪音,限制了单点电位测量的精度和应用范围;后者在油田生产的中后期的分层注水以及核废物注浆处理过程中,需要确定流体或者浆片的运移与分布,取深钻井的钢套管作为一个供电电极,形成垂直线电流源,再以钻井为中心对地表的环状网格进行二极或三极测量.可以取得视电阻率和自电位两种测量,得到三维电阻率和异常电荷概率分布的图像.     

井下地电阻率观测中地表电流干扰影响计算

本文把地电阻率台站地下介质简化为水平三层均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流,针对对称四极观测装置,计算了在不同电性结构中的不同深度观测时,地表电流干扰源对对称四极装置地电阻率观测的影响,计算得到:地表干扰源对电阻率观测的影响取决于电性结构的类型和层参数、供电电极和测量电极的埋深以及避开干扰源的距离.本文研究结果对实施井下电阻率观测中台址电性结构的选择、电极埋深、干扰源避让距离等有参考意义.     

高密度电阻率法成像

介绍在地质大学电法科研组“高密度电阻率法正、反演软件”的基础上,研制高密度电阻率法2.5维电阻率成像系统;讨论不平地形条件下高密度电阻率法2.5维电阻率成像的算法和软件,可用于九种常用电极装置观测结果的电阻率成像。对理论和实测数据的成像结果表明,该成像系统程序运行稳定,成像效果很好。     

Born近似快速三维反演井地电法数据

本篇研究了井中电偶极激发地面接收的井地电法的快速反演成像问题.我们采用了Born近似方法和重加权正则化共轭梯度法(RRCG)算法.数值计算的结果表明Born近似是一种有效的井地电法三维快速反演方法,同时也说明井地电法监测油水前驱和储层边界预测的观测数据可以用该方法进行快速三维反演成像.