基于环形扫面测量的三维直流电阻率法任意各向异性模型响应特征

高精度地下任意各向异性介质电性分布特征识别是当前的热门研究课题。本文以国内外前人工作为基础,基于非结构化网格,利用基于梯度恢复的后验误差估计指导网格自适应细化过程,实现了直流电阻率法三维有限元数值模拟。通过与一维模型半解析解的对比,验证了本文算法的有效性。考虑到电各向异性介质在观测中存在视电阻率反常现象,本文采用了环形扫面测量方法。通过对几种典型各向异性模型的模拟分析,得到了相应的各向异性影响规律和识别特征,各向异性主轴电阻率之间的比值大小决定了椭圆型视电阻率极性曲线长轴与短轴的比值大小,主轴电阻率的旋转方向会改变视电阻率极性曲线的形状。本文的算法研究及数值模拟技术可为直流电法数据精细处理和解释提供技术支撑。     

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。      

巷道直流电阻率法超前探测三维数值模拟

针对巷道直流电阻率法超前探测的三维数值模拟,应用代数多重网格快速算法对二次场的有限差分问题进行求解。将均匀全空间板状体数值结果与解析解对比,最大误差不超过0.28%。模拟结果表明,巷道空腔对测量结果存在一定影响,采用比值曲线消除该影响,修正后的视电阻率极值与理论值误差为2.4%。进一步研究受旁侧影响的前方异常识别方法,可通过在不同巷道面进行定点源测量或掘进过程中的定点测量来识别旁侧影响,达到准确探测前方异常的目的。     

复杂地形条件下直流电阻率异常三维数值模拟研究

复杂地形条件下的电阻率异常解释是十分困难的：①地形的起伏改变了地下电流场，使其分布规律不同于水平地电条件下的电流场；②在实际的观测过程中，测点至场源的距离与地表水平情况的差异直接影响到了正常的解释工作。针对这一实际工作中遇到的问题，运用四面体单元的三维有限元数值方法对复杂条件下的电阻率异常进行了理论研究，中选用了几例典型地质模型。结果表明，采用四面体单元的有限元法研究复杂条件的影响是可行的，有效的。     

基于非结构化网格的2．5D直流电阻率模拟

结合大型通用有限元软件ANSYS所提供的强大网格剖分功能,实现了2D地质模型的非结构化三角形网格剖分,并编写了2.5D直流电阻率有限元法FORTRAN语言计算程序.经计算对比表明,在节点数基本相同时,非结构化三角形网格比传统的矩形网格、矩形～三角形网格具有更高的计算精度,可以很好地拟合复杂地形和地质体边界.在此基础上,采用非结构化三角形网格,计算了起伏地形下2.5D地电模型的视电阻率异常,并利用比较法进行了地形改正.与水平地形时的结果对比表明,比较法可以较好地消除地形影响,突出局部地质体的异常.     

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。     

基于场延拓的海洋可控源电磁正演模拟及各向异性特征识别

海洋可控源电磁法近年来被广泛应用于海洋油气勘探之中,凭借对高阻含油储层的有效识别大大降低干井率,节约钻探成本。受沉积环境的影响,海底地层常常表现出宏观各向异性,而对海洋各向异性模拟算法进行研究可以更有效地进行海洋电磁数据解释。本文从频率域麦克斯韦方程出发,基于标量势分解理论,通过标量势函数与场的连续性条件,在波数域中将电磁场分别向海底深部和海水中延拓,并在海底耦合到发射源上完成电磁场的求解,进而利用汉克尔变换得到了空间域电磁场。通过对海底介质一维各向异性模型电磁响应特征的分析研究发现,覆盖层各向异性对电磁响应有明显的影响;然而,海底高阻层仅垂向电阻率和厚度对海洋电磁响应产生明显影响。通过极性图的方式可以对海底介质各向异性特征进行有效识别。     

隧道含水构造电阻率法超前探测正演模拟与应用

针对直流电阻率法超前探测研究中理论研究落后于工程实践的现状和探查效果较差的问题,对隧道直流电阻率法超前探测进行了系统的正演研究。首先,利用有限单元法数值手段对含水断层等多种典型含水构造的超前探测进行了正演,得到了典型含水构造超前探测的异常响应特征,提出了干扰识别与去除这一关键技术,形成了掌子面前方有用信息提取的有效途径,为隧道含水构造的超前探测奠定了理论基础。其次,研制了隧道含水构造超前探测物理模型试验装置和相似材料并开展了物理模型试验,在实验室尺度下对直流电阻率法超前探测这一新型测量方式进行了有益的探索,验证了该方法用于含水构造探测的有效性。最后,结合实际工程进行了超前地质预报实践,实现了对含水构造的定性判断。应用效果表明,直流电阻率法超前探测研究为现场应用提供了指导和参考,并为含水构造的三维反演成像与定位奠定了基础。     

三维坑道直流聚焦法超前探测技术

对坑道超前探测方法中的三维坑道直流聚焦法的电极组合作了研究.计算、分析了2个同性点电源的电流分布规律,指出由于电流的相互排斥作用,电流密度在这两个点电源的中垂线下一定深度处产生最大值,这个深度与这两个点源之间的距离成正比.基于上述理由,设计出3种电极组合:四点电源、五点电源和九点电源布极方式.用三维有限单元数值模拟的方法计算了上述3种电极系的空间电位分布,发现九点电源方式对电流聚束效果较好,而且当主电极电流小于屏蔽电极电流时效果最好.     

矿井电法三维有限元正演模拟--直流电透视方法技术研究

通过工作面两巷道间直流电透视三维正演模拟、资料解释方法以及正演实例分析，表明不同装置形式的直流电透视技术仍属于体积勘探。但不同的测量方式对应于不同的电场分布特性，且能分别突出探测目的层(煤层内或顶底板岩层内)的异常特征。为解决采煤工作面附近的具体地质问题，使用相应的方法可提供理论依据。     

2.5-D DC Resistivity Modeling Considering Flexibility and Accuracy

We highlighted the flexibility of using unstructured mesh together with the local refinement by a resistivity model with complicated topography. The effect of topography is emphasized. Based on this, we calculated a specific class of layered models and found that the accuracy is not always satisfactory by utilizing the standard approach. As an improvement, we employed the layered earth as the reference model to calculate the wavenumbers. The comparison demonstrates that the accuracy is considerably improved...     

直流电阻率测深中二维反演程序对三维数据的近似解释

直流电阻率测深剖面数据解释最好的方法是二维反演，这是由于它反演速度快，而三维反演则需要很多的实测数据、很长的计算时间。而且通过对几种三维模型测深数据的二维反演结果的研究，发现尽管对无走向的良导矿体，二维反演方法所圈定的异常中心与真实矿体中心有一定的误差，但基本上还是能反映矿体的真实形态和中心位置。当矿体具有一定的走向长度时，则无论对高阻矿体还是良导矿体二维反演的效果都很好。     

高密度电阻率法在胶东地区工程勘察中的应用

高密度电阻率法具有一次布线、连续测量、数据采集量大、地质信息丰富,成果可信度高等优点,通过控制测量电极的距离来提高分辨率,加大有效勘察深度,提高观测精度,可有效地解决工程勘察中遇到的各种地质问题,相对其他物探方法具有无法比拟的优势。     

坑道直流电法环境影响三维数值模拟与结果分析

针对坑道直流电法异常受坑道空腔及坑道内各种良导设施的影响发生严重畸变,给实测资料解释和异常体的准确定位带来困难,用有限元法对坑道直流电法环境影响进行了三维数值模拟,首先研究了坑道特殊条件下电阻率有限元计算方法并编制了计算程序,并设计3个不同模型计算坑道环境对周围异常体探测的影响,再使用比较法、差值法和综合改正法对坑道环境影响进行消除.计算结果表明,坑道直流电阻率法实测数据解释前必须进行坑道环境影响消除,比较法、差值法和综合改正法等都可以消除坑道环境影响.     

铀矿资源勘查三维电阻率采集系统与应用研究

LQC-Ⅱ三维电阻率采集系统采用多子站、分布式智能电极设计思路,实现了多通道同时快速并行采集,通过16个子站排列组合实现了大深度的勘查要求。文章对LQC-Ⅱ型三维电阻率测量系统的基本原理、工作方法和技术作了概括性论述。利用该仪器进行了野外试验研究,对采集数据进行了三维反演,得到的水平方向和垂直方向电阻率切片均与钻孔资料吻合。     

基于异常复电位2.5维CR有限元数值模拟

论述了基于异常复电位2.5维复电阻率法的正演计算技术。首先给出了二维地电断面、三维交流双点电源复电阻法的变分问题;然后利用有限单元法求解变分问题,在矩形网格中增加2条对角线形成三角网格对研究区域进行剖分,在单元中对复电位和岩、矿石复电导率进行线性插值,将变分方程化为线性代数方程组;最后,求解线性方程组,得到各节点的异常复电位值,并根据选定的测量装置计算出地表的视复电阻率,进而计算出复电阻率的振幅、相位或复电阻率的实、虚分量。通过理论模型的计算检验算法的有效性后构建模型算例,给出了其不同测量装置下的计算结果。     

岩溶山区和太行山区抗旱打井电阻率法运用浅析

电阻率法是水文地质物探在地下水找水方面较为有效的方法,但由于各地区地质条件的不同,在具体运用上具有差异。2010年贵州、2011年河南均遭大旱,贵州省地矿局均承担了抗旱打井工作,运用了电阻率法确定孔位效果较好。本文拟通过成功实例分析,并结合岩溶山区和太行山区不同的水文地质特征,对比电阻率法在不同地区的运用差异,总结电阻率法的使用、解译经验,为今后找水打井中电阻率法确定孔位的应用提供科学依据。