起伏地形下偶极-偶极激电测深二维反演软件开发及应用

在有限元点源二维正演模拟中,采用第二类齐次边界条件结合相应的网格剖分技术,并将二维正演模拟程序引入到偶极-偶极激电测深二维反演中,编制相应反演程序并进行集成,形成集数据输入、反演计算、数据成图和结果输出为一体的二维反演软件。通过对起伏地形下的两个理论模型合成数据及一例实测数据的反演,反演结果表明反演软件有效。     

基于广义交叉验证的电测深曲线一维全自动迭代反演

为提高电测深曲线反演过程的稳定性和自动性,基于广义交叉验证自适应正则化方法,给出了电测深曲线反演的全自动迭代方法。首先介绍了引入光滑约束的线性反演方程的构建方法,综合奇异值分解法与广义交叉验证自适应正则化方法求解线性反演方程,接着给出了反演过程中初始模型的构建方法和反演偏导数矩阵的差分计算方法,并采用C++语言实现了电测深一维反演算法,最后通过对模拟数据和实测数据进行反演试算,验证了反演算法的有效性     

用剩余信息量最小准则实现直流电测深数据的二维自动反演

自Pelton等发表第一篇直接电测深数据的二维反演文章以来，电测深数据的二维反演解释已广泛应用于资源勘探和环境监测，并取得一定效果。然而，由于该方法中加入了人为确定的平滑约束，其反演解释结果具有很大不确定性，使其在实际生产中普及应用受到限制。因此，如何在现有方法的基础上进一步改进完善成为该方法普及应用的关键。为了使反演解释结果既忠于实测数据，又合理地反映地下介质的变化，作者在本文中讨论了基于最大熵谱原理的剩余信息量最小准则实现电测深数据的二维自动反演。作者在文中还介绍了正演计算和偏导数求取中，提高精度和计算效率的技巧。用三个数值模式算例对本文的自动反演方法进行了验证。数值模拟结果表明，基于剩余信息量电小准则的二维自动反演给出的解释结果基本不受人为因素影响，能反映地下介质电阻率的详细变化。     

电测深法视电阻率对介质电阻率偏导数的计算

在前人工作基础上,对电测深法一维正演解析解递推电阻率转换函数求偏导,给出了电测深法视电阻率对介质电阻率偏导数的解析计算方法;根据Seigel体激发极化理论,采用视电阻率对介质电阻率偏导数矩阵的线性组合,计算出了电测深法的视极化率,其结果与"等效电阻率法"计算视极化率最大相对误差小于1.1%。在一次正演计算过程中就可以同时得到视电阻率、视极化率以及视电阻率对介质电阻率的偏导数矩阵,提高了计算效率,也为后续的多层地电模型电测深法数据优化反演计算提供了关键性技术。     

起伏地形垂直电测深二维反演及应用

考虑到在水资源勘查,矿产勘探及工程探测等实际工作中,常常遇到起伏地形的情况,这里在前人研究工作的基础上,通过在反演中引入总体光滑约束,以及对有限元网格剖分的有效处理,解决了在起伏地形条件下垂直电测深二维反演的问题,并编制了实用的软件。最后,对模拟和实测的垂直电测深数据进行反演,验证了反演结果是可靠的,该软件可用于实际生产。     

Zohdy方法在三维电阻率测深数据反演中的应用

三维电阻率测深数据采用Zohdy方法近似反演,正演计算采用有限单元法,反演初始模型由测量视电阻率数据给出,通过比较实测视电阻率值和预测模型计算的视电阻率值对数差来修改模型网格电阻率.为了解决任意电极距测深数据的反演,采用大、小双网格剖分,大网格反映地下电性分布情况,小网格用于实际有限元正演计算.文章对加5%随机噪声的模型理论视电阻率测深断面数据和实测视电阻率测深断面数据进行反演.结果表明该反演方法需要的内存小、计算量少,并能够取得很好的反演效果.     

梯度电测深方法在沂南金矿勘查中的应用

应用梯度电测深新方法,在不降低测量效果的前提下,使激电测深工作可以在勘探区内广泛开展,进而获取更加详细的地电断面资料,提高解释精度.在沂南金矿区应用梯度电测深方法,对实测数据进行二维反演计算,得到了极化率和电阻率断面.与实际地质剖面对比的结果表明,该方法能较好地反映实际地质特征,工作效率高,效果良好.     

中条山铜矿某工区激发极化法三极测深及其三维反演效果

文章简单描述了时域激电法原理、技术和测区地质概况及岩(矿)石电性特征.单极-偶极装置测深电阻率和充电率二维反演模型能够有效地圈定电性体在纵向和横向的分布特点,依据二维测深数据进行三维反演可获得电阻率和充电率异常曲线图,推测了不同深度范围内断裂和主要岩性分界,极化体空间分布位置和走向,钻探验证见铜矿化于划分的激电异常带,激电二维测深及其数据三维反演取得了较好的地质效果.     

起伏地形条件下FPS不同解释方法对比

固定点源激电测深(FPS)是一种有效的激发极化测深勘探方法,但在数据解释中,常规的定量解释法只适应较为简单的地电条件,在起伏地形条件下其解释效果会受到较为明显的影响。针对常规的定量解释方法所存在的不足与缺陷,这里从有限单元法正演模拟入手,采用最小二乘法进行反演计算,实现了在起伏地形条件下的对地电模型进行模拟计算,并将圆弧交汇-相对强度计算结果与最小二乘反演计算结果进行对比。结果表明:最小二乘反演方法能适应起伏地形对模型进行反演计算,其反演效果优于圆弧交汇-相对强度法计算结果。     

大地电磁测深数据的二维反演

本文简要地介绍了两种不同的大地电磁测深数据的二维解释方法(从初始模型的确定至偏导数的求取),并编制了反演程序,对固安——霸县大地电磁测深剖面的资料进行了二维反演解释,取得了良好的效果。     

基于混合网格有限元的直流电阻率法三维正演研究

直流电阻率法因效率高、成本低等特点广泛应用于有色金属、煤田等矿产资源勘探和地质调查行业。但在井–地、地–井电阻率法勘探过程中,钻孔因素(井液电阻率和钻孔孔径)对不同探测模式下视电阻率响应的影响尚未明确,是否影响视电阻率资料的解释是值得探讨的一个问题。因此,提出采用混合网格有限元法实现直流电阻率三维正演。给出异常电位法满足的边值问题及有限元变分问题,应用三棱柱和四面体混合网格实现对计算区域的快速离散,并建立2种网格的线性插值基函数和单元系数矩阵;采用SSOR–PCG迭代算法求解异常电位满足的大型线性方程组,得到各观测点的响应。在保证计算精度的前提下,应用混合网格有效地离散钻孔地电模型,探讨钻孔因素对井–地、地–井观测方式视电阻率数据的影响特征。对于井–地观测方式:钻孔附近视电阻率受钻孔因素影响最大,严重影响视电阻率资料的合理解释,但随着测点收发距的增加,视电阻率响应逐渐趋于围岩电阻率;而且随着发射源深度的增加,钻孔对地表视电阻率响应的影响也逐渐减小。对于地–井观测方式:钻孔因素对浅部数据影响较大,对深部数据影响小,相比于井液电阻率,视电阻率响应更易受钻孔孔径的影响。直流电阻率法混合网格有限元三维正演算法的提出,对实际井–地、地–井电阻率法勘探具有理论指导意义,可结合钻孔信息进行正演模拟分析,选择合适的收发距,有效压制钻孔因素对实测资料的影响。      

电阻率图像重建的佐迪(Zohdy)反演及其应用效果

本文讨论了利用佐迪反演方法对地表高密度电阻率法的数据采集结果进行电阻率图像重建。通过对多种复杂地电模型的数值模拟和野外实例的反演分析,表明该方法简单易行,计算成本较低,成像的分辨率高,效果较理想,将其用于地表测量的电阻率层析成像完全可行。作者用Fortran语言编制了实现上述过程的程序,对所有数学模型的正演计算均采用2.5维有限元法。为突出成像效果,本文在结果图示时均采用了伪彩色图像处理技术。     

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。     

考虑激发极化效应的瞬变电磁一维Occam反演

大地的感应激发极化效应有时会在瞬变电磁晚期响应上产生负值变号现象。常规实电阻率瞬变电磁反演由于没有考虑激发极化效应,对于观测数据负值部分的解释一直存在问题,这影响了反演解释的真实性和可信度。对此,本文首先将Cole-Cole复电阻率模型加入正演计算,并验证了计算的准确性。然后在阻尼最小二乘法的基础上加入Occam平滑约束来构建反演方程,能够同时反演出零频电阻率、充电率、时间常数以及频率相关系数,实现了一维瞬变电磁复电阻率反演算法。最后,建立具有不同程度激发极化效应的典型层状理论模型进行反演试算与结果分析,结果表明,在激发极化效果明显的低阻高极化地层中,复电阻率反演效果更好。与实电阻率反演结果的对比说明,瞬变电磁复电阻率反演既可以达到实电阻率的常规反演效果,也能解决实电阻率无法实现的负值拟合问题。     

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。     

直流电阻率三维正演的预条件共轭梯度法研究

三维电阻率法对反演的精度和速度的要求越来越高,而正演是反演的基础,因此直流电阻率三维正演计算的速度和精度是三维电阻率反演实用化的关键。这里利用对称超松弛预条件共轭梯度法(SSOR-PCG),求解有限差分法离散生成的大型稀疏线性方程组,预条件矩阵的选择大大降低了系数矩阵的条件数,结合矩阵的一维非零元素压缩存储模式,使得正演计算速度得以提高,而内存占用量明显减小。在直流电阻率三维正演中采用异常场法,提高了电源点附近的解的精度。利用编制的有限差分正演程序,对两层模型、垂直接触带模型和低阻异常体模型进行了数值模拟,计算结果表明该算法是可行的,且可以明显提高正演计算的速度和精度。     

网格尺寸及边界对大地电磁有限元正演精度的影响

大地电磁正演的精度对后续反演意义重大。决定大地电磁有限元正演精度的因素,主要有插值函数、方程组的求解误差,以及网格的剖分程度。而网格剖分的合适与否,为有限元的求解提供了先决条件。因此,从边界条件和横向网格以及纵向网格三方面,讨论了网格剖分对大地电磁正演精度的影响。经研究表明,对于一维和左右对称的二维介质,左右和下边界都无需放置在无穷远处,并且横向网格对精度影响不大。而由于纵向网格与近地表的最小趋肤深度密切相关,所以地表网格不得大于1/4个趋肤深度。     

井—地三维激发极化数据快速反演

为实现井—地激发极化数据的快速反演,分析三维有限元正演四面体网格剖分形成的系数矩阵的元素规律,应用MSR非零元素压缩存储和SSOR-PCG方程求解技术,提高了正演执行效率。在正演基础上,利用Jacobian矩阵与正演方程的简单关系,采用共轭梯度法求解最小二乘目标函数的模型修改量,避开Jacobian矩阵的直接计算和存储,实现了三维井-地激电数据的分钟级快速反演。模型正演合成数据的反演结果表明,能基本再现已知的模型。     

基于可控源电磁法阻抗信息的有限内存拟牛顿法三维反演

本文研究了利用阻抗信息进行可控源电磁勘探有限内存拟牛顿法三维反演的技术。首先用理论模型来验证有限内存拟牛顿法反演的准确性和可行性。观测参数为复阻抗Z_xy分量,采用交错网格有限差分方法计算模型响应,反演采用有限内存拟牛顿法。数值模拟结果表明：有限内存拟牛顿法反演迭代速度较快,每4 min迭代一次,拟合差由146.00下降到1.78,收敛稳定;异常体的位置与理论模型吻合较好,有效地验证了有限内存拟牛顿法可控源三维反演的正确性。为了进一步验证该方法的实用性,将其应用到隐伏钼矿可控源电磁勘探工作中。工区的反演结果显示：在工区北西段深部存在高阻异常,其上为低阻异常。截取过钻孔的3号测线发现,-500~-100 m的位置表现为低阻,东侧存在向上涌起的高阻。推测此低阻为矿化蚀变带,延伸较深。该异常与钻探资料揭示的钼矿脉一致,证明了反演结果的准确性。因此,利用可控源观测得到的阻抗信息进行有限内存拟牛顿法三维反演,可以获得可靠的三维电阻率分布。     

LANCZOS迭代算法及其在三维地电场数值模拟计算中的应用研究

在三维电阻率的正演计算中往往涉及到快速、准确求解大型线性方程纽Ax=b的问题。通过采用有限差分法来构造出求解点电源三维地电场的大型稀疏对称线性方程组。并引入Lanczos迭代技术，构造出三对角阵方程组，然后采用正交分解法进行求解，它是Krylov子空间方法中的一种。与传统迭代算法相比，它占用内存少，收敛速度快且稳定。针对大型稀疏矩阵及MATLAB语言的特点，采用简单记录矩阵的非零元素值及其所在行、列值的方法存储大型稀疏矩阵，可大大节省机器内存，提高运算速度。理论分析和计算实例显示，此算法是地电三维正演计算的有效方法，为下一步的反演计算打好基础。