基于边界积分方程的"准三极"法电阻率层析成像

基于边界积分方程,提出了依据二极采样数据、但利用电位差的某种线性组合的"准三极"电阻率层析成像方法.研究表明,该方法不仅较好地解决了对高阻异常体的成像问题,而且使低阻异常体的成像质量获得了明显改善和提高,因此增强了电阻率层析成像技术的实用性.     

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。     

乌鲁木齐碗窑沟断层电阻率成像探测与探槽剖面的对比研究

利用电阻率二维层析成像方法对碗窑沟断层进行了试验探测,获得了该断层典型的电阻率成像异常特征:地层电性结构存在强间断面,呈现明显的"二分"现象,高、低阻间的梯度界线倾向低阻区。在对乌鲁木齐地区其它具有类似构造特征的断层进行探测时,电阻率成像剖面呈现出相似的异常特征,说明这一异常特征可以作为乌鲁木齐地区判定断层的重要标志和依据。乌鲁木齐地区多为高角度的逆冲断层,此类构造电阻率成像剖面中高、低阻之间的界线与断层并不重合,断层处于高阻区域,倾向与视电阻率衰减梯度线倾向相反,断层的真实位置与图像最上部高、低电阻转折的拐点部位最接近     

沿河开发建筑场地之隐伏沙洞的电阻率层析成像

采用电阻率层析成像二维测量的方法,对河南省三门峡市沿河开发的建筑场地进行了勘探,获取了地下隐伏沙洞的准确位置、埋藏深度、含水情况、尺寸大小等。说明电阻率层析成像二维测量的方法在地下隐伏沙洞的探测中是行之有效的;地下隐伏沙洞在没有水体存在时,电阻率层析成像二维测量成果图中反映的一般都是高阻异常封闭圈。如果有水体存在,其异常则表现为低阻异常封闭圈。     

不同观测方式下基于伴随矩阵的2.5D全通道电阻率反演研究

全通道电阻率层析成像是采用除去2个供电电极其余接地电极全部采集数据并参与反演计算的一种电阻率成像方法.相比较传统的对称四极测深、斯伦贝谢、偶极-偶极、单极-偶极、单极-单极等勘探方式来说,全通道采集得到的数据可以更好地覆盖目标地质体因此可以更准确地确定介质的电阻率.本文基于有限差分方法求解二维静电场方程和基于伴随方法计算非线性灵敏度矩阵,并利用牛顿共轭梯度反演方法实现全通道电阻率层析成像.理论模型的正演和反演表明了算法的可靠性.与常规四极电阻率法采集方式相比,全通道电阻率法具有更好的分辨率及更灵活的布极方式.在此基础上,着重分析了各种观测装置的有效勘探范围和成像分辨率.本文的研究可以有效指导电阻率法勘探观测装置形式的设计与选取,更好的解决实际工程地质问题.     

海水-地下水交换过程电阻率层析成像法监测效果模拟分析

近岸地下河口是海水-地下水交换的重要场所,对海岸带地下水环境产生重要影响.电阻率层析成像法作为一种实时、快速、高效的原位监测方法,能够刻画、描述潮汐过程不同阶段海水-地下水相互作用过程.为了探讨电阻率层析成像法对海水-地下水交换过程的探测效果,根据典型近岸地下河口水文地质模型和研究团队前期研究成果,构建潮汐过程不同阶段地层电阻率模型,模拟潮汐过程不同极距、不同探测装置条件下的理论探测效果.研究结果表明,使用ERT进行海水-地下水交换过程研究时,采用偶极装置取得的探测效果优于施伦贝格装置;目标异常体的尺寸与电极极距的比值越大,ERT探测效果越好.在本研究中,当目标异常体厚度-极距比大于等于0.55时,能够划分目标异常体的分布范围;当厚度-极距比大于等于1.1时,取得较好探测效果;当该比值继续增大时,探测效果变化并不明显.     

基于贝叶斯二维反演的地下连续墙隐患电阻率成像

针对城建深基坑围护和水利防渗的地下连续墙病害隐患探测难题及特点,考虑到地连墙渗漏会造成墙体内外电阻率显著的变化,可引入地球物理探测方法中的直流电法技术,但传统地面电法的隐患探测效果不理想.考虑到地下连续墙施工时在墙体中设置测斜管,因此可开展地连墙内部缺陷的跨孔电阻率层析成像.而鉴于非线性反演具有对初始模型依赖性不强的特点,提出了基于贝叶斯反演理论的电阻率层析成像.在MATLAB开发环境下,编程完成的多组不同地电异常体的数值模拟反演计算表明,反演结果的信息丰富,对异常体的成像准确高效,且反演结果的稳定性好.     

矿井高密度电阻率法顶、底板异常响应正演研究

为获得直流电阻率法下矿井顶、底板异常体的响应特征,基于有限单元理论,文章采用ANSYS通用有限元软件给出了三极装置AMN或MNB的APDL,并建立了5个相关地电模型进行正演计算,分析得到:底板异常体始终显现为开口向下且未封闭的低阻体,顶板异常体响应则由未封闭形态逐渐过渡到含一个封闭异常中心的低阻体;顶板异常体的纵向深度不能从视电阻率断面图中直接估算;顶、底板异常体关于巷道呈镜像对称时,不能将顶、底板异常体区分开来.这些异常特征,有利于实测资料的精确解释.     

电阻率层析成像非线性反演

本文通过概率成像法、α中心法、遗传算法的有机结合, 实现了2-D电阻率层析成像非线性反演.首先,根据概率成像结果指示出的2-D地质异常体的相对电性和大致分布范围,合理地确定出α中心的位置与强度系数的变化范围.其次,以α中心法作为2-D地电结构的正演手段,采用遗传算法反演出各α中心的强度系数.在此基础上, 应用α中心法重新构建出地下介质电阻率的分布.通过对均匀半空间中赋存2-D地质异常体模型的反演试验, 获得了令人满意的结果.     

矿井电阻率成像技术的现状与展望

主要介绍国内外关于矿井电阻率层析成像技术在矿井生产中应用的相关资料,综合论述了矿井电阻率成像技术发展现状,介绍了矿井电阻率层析成像技术的特殊问题、井下勘探主要方法和数值模拟技术,并提出了作者对矿井电阻率成像技术发展趋势的展望．     

应用电阻率层析成像探测采空区、斜风井巷道稳定性计算

采用电阻率层析成像二维测量的方法,对河南省义马市义马煤业(集团)2×50MW跃进电厂采空区和斜风井巷道进行了勘探,获取了采空区、影响区以及斜风井巷道的准确位置.说明,电阻率层析成像二维测量的方法在采空区和斜风井巷道的探测中是行之有效的;煤矿采空区和斜风井巷道内在没有水体存在时,电阻率层析成像二维测量成果图中反映的一般都是高阻异常封闭圈.如果有水体存在,其异常则表现为低阻异常封闭圈.同时,根据该区的地质构造、地层结构、地面建筑的有关参数等资料,分析和计算了斜风井巷道的稳定性和安全性.结果表明,①主控楼受斜风井巷道的影响较大,是不稳定的,也是不安全的,必须采取妥善的加固措施;②主厂房不受斜风井巷道的影响,是稳定的,可以不采取加固措施.     

不同激励源井地电位成像技术三维正反演方法研究（英文）

井地电位成像是通过套管向井中供电或将电源放在井中,在地表观测电位异常的一项技术,其供电源有线源和点源两种类型。为了研究这两种电源对地下异常体产生的电位异常特征,本文针对不同激励源,采用有限差分方法进行数值模拟研究,在线性方程组求解电位时引入不完全Cholesky共轭梯度(ICCG)迭代方法,分别实现了点源和线源井地电位成像技术的三维正演。最后,基于阻尼最小二乘法实现了井地电位成像技术的电阻率三维反演。设计不同地电模型分别进行正演和反演试算,正演结果表明,供电电源的类型不同,异常体在地表的电位异常特征也不同;反演结果表明,低阻体的反演结果要好于高阻体,点源置于异常体下方时反演的电阻率对异常体边界的识别比线源更加准确。     

基于交叉梯度约束的电阻率法和背景噪声法三维联合反演研究

电阻率法和背景噪声法是通过获得地下介质的电阻率和速度参数的分布来探究地球内部物质分布的非均匀性特征,联合反演可以有效地发挥两种方法的优势,减小反演多解性.本文采用有限内存拟牛顿（L-BFGS）算法实现了电阻率法和背景噪声法的单方法三维反演,然后基于电阻率和速度模型结构耦合约束,采用交替迭代方式实现了电阻率法和背景噪声法的三维联合反演.通过设计规则体组合模型和不规则体组合模型进行理论模型合成数据三维反演试算,结果表明：联合反演可以获得同时满足数据拟合差和结构更为相似的速度-电阻率模型;联合反演可以压制背景噪声单方法反演出现的假异常,获得更精细的速度结构;联合反演获得的电阻率模型对倾斜异常体、高阻覆层下方异常体、圈闭的高/低阻体等边界信息有明显的提升,有效克服电阻率法单方法反演的局限,提高深部电阻率的分辨率.     

煤矿巷道直流三极法超前探测的可行性

全空间巷道超前探测由于受到掌子面前方及上下左右岩土介质的影响异常要复杂许多,应用直流电阻率法进行超前探测也会遇到同样的问题.本文从理论计算和三维数值模拟两个方面分析了直流电阻率三极测深法超前探测的能力,结果表明:在理想情况下,当掌子面前方存在一定规模的低阻体时只能引起巷道底板上三极测深视电阻率曲线单调下降,且影响很小,...     

海洋直流电阻率法电测深装置响应分析

海洋直流电阻率法是海洋电磁勘探的重要方法之一,已经在许多海底资源探测中得到实践.本文推导了供电电极位于海底时四层水平层状介质电位表达式和视电阻率计算公式.根据快速汉克尔滤波法,计算含有贝塞尔函数的积分,编写MATLAB程序计算水平层海洋地电模型电位和视电阻率,探究海水深度和沉积层厚度对于视电阻率曲线的影响.研究表明海水越深,海平面对视电阻率曲线影响越小;沉积层厚度越薄,视电阻率异常响应越明显.建立了各种地电模型,并用二极装置、三极装置、偶极装置进行探测,对不同装置获得的视电阻率曲线进行分析,得出偶极装置对于滨海低阻层和高阻层异常反应能力较强.分析了低阻环境下不同装置在不同供电电流下接收端的电位信号强度,研究发现供电电流强度仅在收发距较小时对接收端电位信号强度影响较大,且供电电流越大电位信号强度越高.本文的结果为深入研究海洋直流电阻率法装置类型应用于海底资源探测奠定了基础.     

多同性源阵列电阻率法隧道超前探测方法与物理模拟试验研究

直流电阻率法以其对含水构造响应敏感且适应性强的特点,是隧道施工期超前地质预报的常用方法.针对目前定点源三极观测方式易受到测线附近旁侧异常干扰与聚焦观测方式探测距离过短无法三维成像的问题,提出了一种基于多同性源阵列电阻率的隧道超前探测新方法,利用环形布置的多同性源供电压制隧道掌子面后方的异常体的干扰,同时增强掌子面前方远处异常体的敏感度,阵列电极测量可为含水构造的三维反演成像提供三维数据.首先,开展了含水构造超前探测的数值正演模拟,发现多同性源方法的视电阻率纵向微分曲线极小值以及与横轴的交点位置可对异常体位置进行定性判断,探讨了多同性源方法对后方及侧向异常干扰的响应特征及识别方法.其次,将电阻率光滑约束与轨迹光滑策略引入蚁群反演算法,提出了一种最小二乘方法与改进蚁群算法相结合的混合反演算法,反演数值算例表明混合反演算法能够实现含水构造的三维成像,较好地反演出不同距离的含水构造位置,并使其边界较为清晰.为了验证多同性源探测方法的探测效果开展了物理模型试验,多同性源阵列电阻率法能较好的反映含水构造的存在,与实际含水构造的位置较为相符.     

地震监测中的电阻率层析技术

将电阻率层析技术应用于地震监测,由视电阻率值重建出介质的真电阻率图像,取得了较好效果.在宝坻台和昌黎台设立的两个试验点上于1998年4月14日ML5.0和ML4.4唐山两次地震前的6天左右层析图像出现了明显的异常变化:宝坻台的电阻率图像一改通常的在平稳背景上叠加小量随机变化的特点,出现了一种有序性特征的新图样;昌黎台也出现了反差加大、高低阻区集中分布的有序性特征.上述异常图样均在震后消失.层析图像在震前出现的熵值降低可能是这次地震活动的前兆.地层导电结构和孔隙度的变化,是引起电阻率异常的直接原因.研究表明,常规的单一极距的视电阻率测量之所以对真电阻率的变化不敏感且丧失空间分辨能力,是由于该物理量同时具有积分值和位函数这两个固有特征所决定的.在地震监测中,改造现行观测系统,引入层析成像,是发展技术的方向.     

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.     

青藏高原岩石圈三维电性结构

本文报道通过综合大地电磁调查数据研究青藏高原岩石圈三维电阻率模型的初步成果.大地电磁法调查区域已经覆盖了高原大部分面积,为全区三维电阻率成像研究打下了可靠的基础.对多个测区大地电磁数据进行精细的同化处理和反演成像,取得了青藏高原可靠的岩石圈三维电阻率结构图像.成像的区域为28°N—35°N,80°E—104°E.三维反演计算时采用的网格尺寸为20km×20km,垂直方向不等间距剖分为26层.结果表明,青藏高原现今岩石圈电阻率扰动主要反映印度克拉通对亚欧大陆板块俯冲引起的热流体运动和大陆碰撞和拆离产生的构造.在岩石圈地幔,察隅地块、喜马拉雅地块和拉萨地块东部联成统一的高电阻率地块,它们反映了向北东俯冲的印度克拉通.雅鲁藏布江、班公—怒江和金沙江缝合带都有明显的低电阻率异常,表明岩石圈深处有热流体活动.雅鲁藏布江、班公—怒江和金沙江缝合带都有明显的低电阻率异常,也表明它们的岩石圈还有流体活动.青藏高原东部的低阻区沿100°E向地幔下方扩大,反映了金沙江断裂带有切穿岩石圈的趋势.地幔电阻率平面扰动的模式显示,青藏高原东西部的地体碰撞拼合形式和方向是不同的.在青藏高原西部,羌塘、拉萨和喜马拉雅等地体从北到南碰撞拼合.在青藏高原东部,羌塘—拉萨、察隅、印支、雅安和扬子等地体多方向拆离拼合,在地壳造成不正交的拆离带和压扭构造系.从高阻-低阻区的分布看,东部的地体拼合有地幔的根源,今后还会进一步发展.察隅地块岩石圈对青藏高原东部的楔入,使其北部和东部地块的岩石圈发生拆离撕裂,也造成热流体上涌的低电阻率异常.     

多震相菲涅耳体射线走时同时反演成像

高频假设下的地震射线理论以及相应的地震成像理论表明,在射线稀疏条件下,不可能得到较高分辨率的构造成像;而有限频射线理论更符合实际地震的传播规律,即地震波的走时不仅与中心射线(传统的几何射线)上的速度分布有关,而且与中心射线附近一定范围(称其为第一菲涅耳体)内的速度异常分布有关.鉴于此,本文提出了计算多震相地震波菲涅耳体有限频射线的方法,并定义了走时敏感核函数,同时给出了利用多震相菲涅耳体有限频射线进行速度模型和反射界面同时反演成像的公式.利用多震相走时资料,使用传统射线层析成像方法与有限频射线层析成像方法进行了速度和界面的同时反演成像.结果表明,当射线密度较小时,无论是对速度模型的重建还是对反射界面几何形状的更新,有限频射线层析成像方法均优于传统射线层析成像方法, 而变频有限频射线层析成像则是实际地震层析成像的首选反演算法.