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1、中国地质调查局发展研究中心 电法数据处理与正反演 中国地质调查局发展研究中心2007年12月北京 电法数据处理与正反演 电法勘探 电法勘探是根据地壳中不同岩层或矿石之间存在的电磁性质差异 利用一系列技术装置观测与研究天然存在的或人工建立的地下电场或电磁场的分布规律 达到研究地质构造 找矿和解决其他地质问题的一组地球物理方法技术 由于电法勘探的方法繁多 每一种方法的工作效率 成本等都将不同 而且不同的方法对不同的勘探目标的分辨能力也可能不同 要实施电法勘探 研究的对象必须在电阻率等物性参数上与周围的背景介质具有明显的差异 在物性差异存在的基础上 才可能进行可行性分析 一旦选择了某种可行的电法勘探
2、方法 还要采用合适的观测方法 以及最佳的观测参数 经过野外精心的施工 才可保证得到最好的测量结果 为后续的数据处理和反演解释打下良好的基础 中国地质调查局发展研究中心 电法数据处理与正反演 电法数据处理 电法勘探最终的处理与解释都应落实在电阻率的空间分布上 但电法勘探实际测量到的是发射装置激发的一次电磁场及其在大地中产生的异常电磁场 显然 在观测数据和电阻率空间分布之间需要一个联系环节 这就是电法勘探的数据的处理和反演 虽然场的变化与地下介质的电阻率有关 但这种场通常不能直观地反映地下介质的电阻率变化 因此 需要将观测的场数据转换为视电阻率的形式 此外 由于实际问题的复杂性 在电法勘探的理论问
3、题讨论中 对模型作了简单化的处理 因此在研究实际问题时 还必须设法克服各种干扰因素 得到合理的观测数据 这将涉及异常数据的剔除 地形影响改正 局部构造异常校正等等 中国地质调查局发展研究中心 电法数据处理与正反演 电法数据反演 虽然视电阻率给出了比场值更为直观的地下电阻率影像 并基于它们可以构制多种类型的图件 如曲线类型图 断面等值线图等以辅助对地下电阻率的分布作定性的分析和认识 以获得较为粗糙和不精确的电阻率空间分布规律 但许多情况下 我们需要给出有关电阻率空间分布更为详细与真实的描述 也就是定量解释 通常这项工作是通过所谓的电法勘探数据的反演工作完成的 简单地说 反演就是由观测数据反求对应
4、的场源体 在电法勘探中 就是由观测的数据或其变换形式通过反演获得地下空间电阻率的可能分布规律 需要强调的是反演获得的只是可能的电阻率空间分布 也就是说还有其它与观测数据相对应的电阻率分布 这就是所谓的反演非惟一性问题 中国地质调查局发展研究中心 电法数据处理与正反演 电法勘探方法 电阻率剖面法是以地下岩矿石电阻率差异为基础 人工建立地下稳定直流或脉动电场 按照某种电极装置形式保持电极距不变 沿侧线逐点观测 研究某一深度范围内岩矿石沿水平方向的电阻率变化 以查明矿产和研究有关地质问题的一组直流电勘探方法 电阻率测深法是以地下岩矿石电阻率差异为基础 建立人工电流场 并以不同电极距观测同一测点在不同
5、深度的岩矿石电阻率 通过研究地电断面查明地质构造或者解决与深度有关的地质问题的一组直流电勘探方法 电阻率测深法的电阻率公式与电阻率剖面法的电阻率公式相同 高密度电阻率法的基本原理与电阻率剖面法完全相同 高密度电阻率法工作时 将数十根电极一次性铺设完毕 每根电极既是供电电极也是测量电极 通过程控式的电极转换器选择不同的组合方式和不同的极距间隔 从而完成野外数据的快速采集 对于某一极距而言 高密度电阻率法的测量结果相当于电阻率剖面法 而对于同一记录点处不同极距的观测又相当于一个测深点 所以高密度电阻率法实际上就是电阻率剖面法和电阻率测深法的组合 中国地质调查局发展研究中心 电法数据处理与正反演 电
6、法勘探的装置类型 为了取得比较好的地质效果 在电法勘探中 常需根据不同的地质任务和不同的地电条件 采用不同的装置类型 所谓装置类型是指一定的电极排列方式 右图所示的几种基本装置在实际工作中采用较多 其中 供电电极一般用A B来表示 测量电极一般用M N来表示 中国地质调查局发展研究中心 一维直流电阻率和极化率测深正反演程序 程序简介 该程序能对二极电位 对称四极和轴向偶极测深装置进行一维层状介质的视电阻率和视极化率正演理论计算或对实测视电阻率和视极化率自动反演层参数 该程序涉及的二极电位 对称四极 MN 0 对称四极 MN 0 轴向偶极测深 MN 0 和轴向偶极测深 MN 0 等五种正反演装置
7、实际上仅为三种装置 但是它们的用途不同 测量电极距MN 0与MN 0在算法上有差别 理论上对MN 0的装置梯度型装置一般计算电场强度E 依据计算视电阻率 而在野外的实际工作中无法测量电场强度 只能通过观测M N点电位值 V 用 V MN来逼近电场强度 中国地质调查局发展研究中心 一维直流电阻率和极化率测深正反演程序 开始正演计算 在 数据处理分析 模块中点击 电法数据处理 菜单 选择 一维直流电阻率和极化率测深正反演 子菜单 进入模块主界面 用鼠标点击 正演数据输入 弹出左下对话框 在 计算参数选择 选项里选 视电阻率和视极化率 在 装置类型选择 选项里选 偶极装置 MN 0 下面以 偶极装置
8、 MN 0 为例介绍正演流程 其他装置的操作步骤类似 中国地质调查局发展研究中心 一维直流电阻率和极化率测深正反演程序 正演计算 选择完 装置类型 和 计算参数 点击确定 弹出文件输入对话框 选择相应的正演数据文件名 弹出 正演参数输入 对话框 输入要正演计算的电性层层数 弹出 层参数输入 对话框 输入第一层的层参数 输入第二层的层参数 输入第三层的层参数 点击 确定 完成正演计算参数的输入 程序对层参数的输入有一些规定 电阻率参数必须大于零 小于10000 极化率参数必须大于零 小于100 如输入的电性层层数为n层 则n层的厚度之和不能大于AB 6 AB 3 中国地质调查局发展研究中心 一维
9、直流电阻率和极化率测深正反演程序 正演计算 点击 正演计算 按钮 弹出 正演结果文件保存 对话框 选择 是 输入正演结果数据文件名 点击 确定 退出文件保存对话框 正演计算完成并保存了计算结果 点击 正演曲线图示 按钮 可以查看正演曲线 点击 图形保存 按钮 以位图格式保存正演曲线 点击 退出正演计算 按钮 系统将清除屏幕图形 以方便用户进行下一步操作 至此整个正演过程结束 中国地质调查局发展研究中心 一维直流电阻率和极化率测深正反演程序 反演计算 用鼠标点击 反演数据输入 弹出左下对话框 在 计算参数选择 选项里选 视电阻率和视极化率 在 装置类型选择 选项里选 对称四极装置 MN 0 下面
10、以对称四极装置 MN 0 为例 介绍反演流程 依次输入 反演数据文件名 和 工区位置数据文件名 接着输入 反演点号 反演 迭代次数 和 迭代误差 一般情况下 迭代次数 和 迭代误差 取对话框的参数取默认值 完成反演数据输入过程 中国地质调查局发展研究中心 一维直流电阻率和极化率测深正反演程序 畸点校正和曲线变换 用鼠标点击 实测曲线图示 程序将显示实测曲线 如果实测曲线上有畸变点 可以点击 曲线畸点校正 按钮 纠正或园滑实测视电阻率 使用方法是 用鼠标左键单击需要校正的实测点 然后在认为图上的正确位置双击鼠标左键 曲线将自动移到正确位置 程序允许进行同一个多次重复点或进行多个畸点校正操作 若用
11、户认为曲线已足够园滑无需校正则可以跳过 对于二极和对称四极装置的视电阻率反演 程序提供了简易方便的图上选择初值方法 极大地方便了用户使用 用鼠标点击 实测曲线变换 可以执行这一功能 中国地质调查局发展研究中心 一维直流电阻率和极化率测深正反演程序 输入层参数 如经过 曲线变换 这一步 用鼠标点击 输入反演初值 按钮 对于二极和对称四极装置 均可使用曲线变换的方法直接从图上选取初始参数 曲线变换方法的原理是经过曲线变换后 在变换曲线上 各层分层处的电阻率均有较大变化 即梯度较大 选择这些梯度较大的地方即为层的厚度分界处 曲线变换的使用方法为 首先在变换曲线上依据曲线的特征判定层数 在变换曲线的各
12、层特征点位置附近点击鼠标右键 点击点位置的横坐标即为该层的初始深度 点击点位置的纵坐标即为该层的初始电阻率或极化率 目前尚无办法获得偶极装置的初值选择曲线 只能由用户根据物性资料或者用户凭经验选择输入初始层参数值 此时可以跳过 曲线变换 这一步 用户可以通过对话框输入层数和初始层参数值 对于偶数装置依次出现的电性层的层数 各层初始层参数输入对话框 请用户逐一输入即可 中国地质调查局发展研究中心 一维直流电阻率和极化率测深正反演程序 曲线变换输入层参数 用鼠标点击 输入反演初值 按钮 程序将弹出 层数输入 对话框 输入电性层层数 点击 确定 按钮 按前述方法直接从图上选取初始参数 中国地质调查局
13、发展研究中心 一维直流电阻率和极化率测深正反演程序 对话框输入层参数 用鼠标点击 输入反演初值 按钮 程序将弹出 层数输入 对话框 输入电性层层数 点击 确定 按钮 按前述方法依次输入各层的层参数 中国地质调查局发展研究中心 一维直流电阻率和极化率测深正反演程序 结束反演 用鼠标点击 反演计算 按钮 程序将显示反演结果图形和拟合均方差 若不满意反演结果 可点击 否 按钮 再取初值重新进行反演 如点击 是 按钮 程序继续提示 是否保存反演结果 点击 是 按钮 可以保存反演结果数据 点击 保存图形 按钮并输入文件名 将反演结果图形以位图文件形式保存 点击 退出反演计算 按钮 系统将清除屏幕图形 以
14、方便用户进行下一步操作 中国地质调查局发展研究中心 二维电阻率极化率人机交互式正反演程序 程序简介 二维电阻率极化率人机交互式正反演程序能对定源形式的充电 中间梯度 动源形式的二极电位剖面 联合剖面 对称四极剖面和偶极剖面 以及测深形式的二极电位测深 三极测深 对称四极测深和偶极测深总共10装置进行二维地电构造下的视电阻率和视极化率正演计算和人机交互式反演计算 二维电阻率极化率人机交互式正反演程序中 有限单元法是计算的纯异常电位 因而精度高 对计算区域采用矩形网格对角连线的三角形剖分 有利于模拟复杂地电构造 由于采用简化矩阵的优化措施 计算速度较快 采用计算机图形技术人工构造地电断面 计算机自
15、动获取剖分三角形单元电性值的方法 可避免人工输入单元电性的麻烦与困难 亦使地电断面修改简易易行 适用于试凑法人机交互反演 中国地质调查局发展研究中心 二维电阻率极化率人机交互式正反演程序 程序功能 可对二维地形起伏下前述各种装置进行电阻率和极化率的正反演计算 充电装置的供电电源可以位于地表亦可处于地下 但观察位于地表 充电电源个数可以多个 本软件既可以依电位亦可以依电位梯度计算充电装置下地表的视电阻率和视极化率 还可以考虑地形高程的影响 充电法有两种观测方法 电位观测法和梯度观测法 电位观测法是将一个测量电极N置于远离测区可视为无穷远处 另一个测量电极M沿侧线逐点移动 观测相对于N极的电位值
16、U 同时观测供电电流强度I 观测结果用归一化值 U I表示 电位梯度观测法是使测量电极M N保存一定距离 通常等于1 2个测点距离 沿侧线同时移动 逐点进行电位差 U和供电电流强度I的观测 结果用观测结果 U I MN表示 记录点为MN之中点 偶极剖面可进行多个不同间隔系数的偶极断面的电阻率和极化率计算 但一般不宜多于6 8个间隔系数 凡测深装置 其布线方向均沿二维剖面方向 中国地质调查局发展研究中心 二维电阻率极化率人机交互式正反演程序 输入正演数据 点击 二维电阻率极化率人机交互式正反演 菜单 出现系统主界面 点击主菜单下的 文件 栏下的 新建 菜单 在出现的对话框里分别选择 正演 起伏地形 视电阻率和视极化率 中间梯度装置 点击 装载数据文件 选择相应的数据文件名 下面以中间梯度装置数据为例说明程序的正演流程 中国地质调查局发展研究中心 二维电阻率极化率人机交互式正反演程序 点号标定 点击主菜单的 编辑 栏下的 点号标定 菜单 出现 点号标定 对话框 在 点号标定 对话框将 比例尺 值稍微改大 点击 确定 按钮出现如下图所示的操作界面 点击主菜单的 图形显示 栏下的 极化率图 菜
