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高密度电阻率法成像的应用研究 罗延钟 1 万乐2 1 中国地质大学 数学系 武汉 430074 2 中国科学院高能物理研究所 北京 100049 摘要 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 关键词 高密度 电阻率法 成像 0 0 前言 目前 国内外高密度电阻率法地下电阻率成像主要应用 Luke M 研制的软件系统 1 2 实际应用表明 该系统在对短剖面和大极距数据成像时 产生图像畸变 对倾斜 薄板状导电体的成像效果也较差 生成的图像甚至和导电体的倾斜产状相反 3 本电法科 研组研制的高密度电阻率法 2 5 维电阻率成像系统克服了前人系统的缺陷 在应用中取得 了较好的成像效果 2005 年 4 月优选出中国地质大学电法科研组的 高密度电阻率法正 反演软件 等四个具有自主知识产权的电 磁 法软件 作为优秀软件向全国推广 设在高密度电阻率法观测剖面上 反演基础的正演计算假设地面起伏和地电构造都是 二维和具有相同走向的 且观测剖面垂直于构造走向 成像任务是由观测剖面上高密度电 阻率法的视电阻率观测数据 反演该剖面下地电断面 1 算法概述 高密度电阻率法在预先选定的地面观测剖面和测点上 同时布置几十乃至上百个电 极 然后用多芯电缆将它们连接到特制的电极转换装置 可根据操作员的指令 将这些电 极组合成指定的电极装置和电极距 地下电场成三维分布 故称所论地下电阻率成像是 2 5 维 因为假定地电结构是二维的 而电极装置使用电极故称所论地下电阻率成像是 2 5 维 1 1 反演线性方程组的建立 收稿日期 2008 11 19 作者简介 罗延钟 1935 男 教授 现主要从事电法勘探教学和科学研究 基金项目 国家自然科学基金资助项目 59637050 十五 国家科技攻关项目 2004BA523B 题名 题名 二号黑体 居中 间距 段前 1 行 题名一 般不超过 20 个字 必要 时可加副题名 作者 作者 小四号仿宋体 居 中 段前段后皆 1 行 单位 单位 小五号仿宋体 居 中 间距 段后 0 5 行 摘要和关键词 摘要和关键词 小五号仿 宋体 左右缩进两个字 摘要和关键词 摘要和关键词 小五号黑体 一号标题 一号标题 小四号黑体 间距 段前 0 5 行 段后 0 5 行 投稿稿件要求及样式投稿稿件要求及样式 论文撰写体例按 大学生创新项目研究论文编写规则 做 全文五号宋体 单倍行距 标准字间距 表格采用三线表 参考文献采用 GB T7714 中规定的顺序编码制格式 如果为基金项目或国家科技项目资助 请在首页脚注标明 并注明项目编号 二号标题 二号标题 五号黑体 脚注内容 脚注内容 小五号宋体 脚注标题 脚注标题 小五号黑 体 附件附件 2 设在高密度电阻率法观测剖面上 反演基础的正演计算假设地面起伏和地电构造都是 二维和具有相同走向的 且观测剖面垂直于构造走向 成像任务是由观测剖面上高密度电 阻率法的视电阻率观测数据 反演该剖面下地电断面 3 6 地下电场成三维分布 故称所 论地下电阻率成像是 2 5 维 因为假定地电结构是二维的 而电极装置使用电极故称所论 地下电阻率成像 1 1 1 原理和方法 为检验成像系统的实用性 用该系统对浙江某地探测岩溶和秦始皇陵考古探测的高密 度电阻率法实测数据作了成像 用 Surfer 软件绘制的成像结果示于图 3 和图 4 略 图 3 显著地指示出地下低电阻率岩溶的位置 而秦皇陵的成像结果与洛阳铲钻探结果吻合得 很好 成像皆采用 1 3G 的笔记本电脑完成 每次成像计算机耗时不超过三分钟 表 3 人工神经网络训练与预测值 吸收率s 渗层厚度 m元素总质量分数w 试验编 号 极间距 d mm 气压 p Pa 试验值 预测 值 试验值 预测值 试验值 预测 值 11170 90070 58734 534 57987 49687 437 22261 20060 87136 536 38089 79689 237 33333 33032 84719 019 24584 89584 508 44444 65044 40121 020 87177 57977 321 注 为检测样本值 试验编号 17 为正交优化工艺 高密度电阻率法在预先选定的地面观测剖面和测点上 将这些电极组合成指定的电极 装置和电极距 4 5 假设地面起伏和地电构造都是二维和具有相同走向的 且观测剖面垂 直于构造走向 成像任务是由观测剖面上高密度电阻率法的视电阻率观测数据 反演该剖 面下地电断面 绘制地下岩石的真电阻率分布图像 j jpijipip twftxfy 1 twtw tw tE ijij pij p 2 同时布置几十乃至上百个电极 然后用多芯电缆将它们连接到特制的电极转换装置 成像任务是由观测剖面上高密度电阻率法的视电阻率观测数据 反演该剖面下地电断面 绘制地下岩石的真电阻率分布图像 6 8 10 14 假设地面起伏和地电构造都是二维和具有 相同走向的 且观测剖面垂直于构造走向 成像任务是由观测剖面上高密度电阻率法的视 电阻率观测数据 反演该剖面下地电断面 绘制地下岩石的真电阻率分布图像 成像任务是由观测剖面上高密度电阻率法的视电阻率观测数据 反演该剖面下地电断 面 绘制地下岩石的真电阻率分布图像 假设地面起伏和地电构造都是二维和具有相同走 三号标题 三号标题 小五号黑体 同二号标题 表注 表注 小五号黑 体 表名 表名 小五 号黑体 表内文字 表内文字 小五号宋体 向的 且观测剖面垂直于构造走向 成像任务是由观测剖面上高密度电阻率法的视电阻率 观测数据 反演该剖面下地电断面 绘制地下岩石的真电阻率分布图像 成像任务是由观 测剖面上高密度电阻率法的视电阻率观测数据 反演该剖面下地电断面 绘制地下岩石的 真电阻率分布图像 假设地面起伏和地电构造都是二维和具有相同走向的 且观测剖面垂 直于构造走向 成像任务是由观测剖面上高密度电阻率法的视电阻率观测数据 反演该剖 面下地电断面 绘制地下岩石的真电阻率分布图像 图 1 典型 BP 网络示意图 高密度电阻率法在预先选定的地面观 测剖面和测点上 同时布置几十乃至上百 个电极 然后用多芯电缆将它们连接到特 制的电极转换装置 可根据操作员的指令 将这些电极组合成指定的电极装置和电 极距 假设地面起伏和地电构造都是二维 和具有相同走向的 且观测剖面垂直于构 造走向 成像任务是由观测剖面上高密度 电阻率法的视电阻率观测数据 绘制地下 岩石的真电阻率分布图像 高密度电阻率法在预先选定的地面观测剖面和测点上 同时布置几十乃至上百个电 极 然后用多芯电缆将它们连接到特制的电极转换装置 可根据操作员的指令 将这些电 极组合成指定的电极装置和电极距 假设地面起伏和地电构造都是二维和具有相同走向 的 且观测剖面垂直于构造走向 成像任务是由观测剖面上高密度电阻率法的视电阻率观 测数据 反演该剖面下地电断面 绘制地下岩石的真电阻率分布图像 4 结束语 本文介绍了中国地质大学电法科研组研制的不平地形条件下高密度电阻率法 2 5 维成像系统 该系统可用于九种电极装置观测数据的成像 系统的输入文件简单 系 统采用的 Quick Win 界面美观 用户友好性强 运行操作简便 成像结果输出形式多 样 参考文献 1 成谷 马在田 耿建华 等 地震层析成像发展回顾 J 勘探地球物理进展 2002 25 3 4 7 3 Aki K Lee W H K Determination of three dimensional velocity anomalies under a seismic array using first P arrival times from local earthquakes J Geophys Res 1976 81 23 4381 4399 4 Aki K Christoffersson A Husebye E S Determination of the three dimensional seismic structure of the lithosphere Geophys J Journal of Geophysical Research 1977 82 277 96 图名 图名 小 五黑体 图内文字 图内文字 小五号宋体 参考文献 参考文献 小四号黑体 间距 段前 0 5 行 段后 0 5 行 小五号宋体 5 Dziewonski A M Gilbert F The effect of small asphericial perturbations on travel times and a reexamination of the correction of ellipticity Geophys J J R Astron Soc 1976 44 7 17 6 李娟 首都圈地区 Pn 和 PmP 波层析成像研究 D 中国地震局地球物理研究所博士学位论文 2003 7 杨晓春 李小凡 张美根 地震波反演方法研究的某些进展及其数学基础 J 地球物理学进展 2001 16 4 96 109 8 吴振利 李家虝 阮爱国 地震层析成像及其国内研究进展 J 东海海洋 2003 21 3 54 64 9 Zhao Dapen New advance of seismic tomography and its application to subduction zones and earthquake fault zones J A review The Island Arc 2001 10 68 84 10 郭飚 流动宽频带地震台阵 地震定位与地层层析成像 D 中国地震局地质研究所硕士论文 2003 11 Thurber C Aki K Three dimensional seismic imaging J Annual Review of Earth and Planetary Sciences 1987 15 115 139 12 Tarantola A Valette B Inverse problems quest for information J Geophys 1982 50 159 170 13 Tarantola A Nercessian A 1984 Three dimensional inversion without blocks J Geophys J R astr Soc 1982 76 299 306 16 王夫运 张先康 陈棋福 等 北京地区上地壳三维细结构层析成像 J 地球物理学报 2005 48 2 359 366 15 Burmakov J A Treussov A V Vinnik L P Determination of three dimensional velocity structure from observations of refracted body waves J Geophys J R astr Soc 1984 79 285 292 16 朱露培 曾融生 刘福田 一种新的三维速度结构反演模型参数化方法 J 地球物理学报 1990 33 1 34 43 17 罗延钟 万乐 董浩斌 等 高密度电阻率法的 2 5 维反演 J 地质与勘探 2003 39 1 107 113 18 熊彬 张桂青 电子计算机在电法勘探中的应用 M 武汉 武汉地质学院出版社 1987 19 Tripp A C Hohmann G W Swift C G Two dimensional resistivity inversion Geophysics J 1984 49 1708 1717 20 Jupp D Jonnie L B Vozoff K Two dimensional magnetotelluric inversion Geophys J J Roy Astr 1976 50 333 352 21 Qin F Olsen K B Cai W et al Finite difference solution of the eikonal equation along expanding wavefronts J Geophysics 1992 57 3 478 487 22 Benxi Ke Bo Zhao Jiaming Cai et al 2 D finite element acoustic wave modeling including rugged tomography A Socv Expl Geophys 71th Ann Internat Mtg C Tulsa USA 2001 23 Kirkpatrck S Gelatt C Jr D et al Optimazation by simulated annealing J Science 1983 220 671 680 24 成谷 马在田 耿建华 等 地震层析成像发展回顾 J 勘探地球物理进展 2002 25 3 High Density Resistivity Image 参考文献类型 文献类型标志 普通图书M 会议论文C 报纸文章N 期刊论文J 学位论文D 报告R 标准S 专利P 汇编G 参考工具K Times New Roman 粗体 四号字 其 他与中文题 名相同 参考文献规范 参考文献规范 A 内容包括 1 主要责任者 2 文献题名 3 文献类型 4 出版项 5 文献出版等 B 只列前 3 位作者 作者数多于 3 人时 用等或 et al 省略 C 外文 作者名一律