RGIS2010系统电法软件介绍.ppt

RGIS2010系统电法软件介绍,2011年11月,RGIS2010电法数据处理与正反演模块,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。电法勘探方法众多，测量的参数多，每一种方法的工作方式和效率也不同。不同的方法对不同的勘探目标的分辨能力也不同。RGIS2010系统包含电法模块为：一维直流电阻率和极化率测深正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率自动反演程序二维大地电磁反演程序一维磁源瞬变电磁正反演二维磁源瞬变电磁正反演二维直流电阻率法地形改正,电法勘探装置类型,为了取得比较好的地质效果，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。,一维直流电阻率和极化率测深正反演程序,程序能对二极电位、对称四极和偶极偶极测深装置进行一维层状介质的电阻率和极化率正演理论计算。程序能对以上装置的实测视电阻率和视极化率自动反演层参数。程序涉及的二极电位、对称四极(MN0)、对称四极(MN=0)、偶极偶极测深(MN0)和偶极偶极测深(MN=0)等五种正反演装置实际上仅为三种装置，但是它们的用途不同。测量电极距MN0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，依据电场强度计算视电阻率。而在野外的实际工作中无法测量电场强度，只能通过观测点电位值V，用V/MN来逼近电场强度。,一维直流电阻率和极化率测深程序,正演数据文件格式,该模块的输入数据文件较多，所有输入输出文件均为文本格式，文件后缀如中表所示。文件格式如下表所示。数据示例为轴向偶极(MN0)装置正演输入数据文件。,1141823.5005.0007.50010.0015.0022.5035.0050.0075.00100.0150.0225.0350.0500.0750.01000.1500.2250.2.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.0002.000,一维直流电阻率和极化率测深正反演程序,反演数据文件格式,示例数据为轴向偶极(MN0)装置反演数据,22418143.500e+0005.000e+0007.500e+0001.000e+0011.500e+0012.250e+0013.500e+0015.000e+0017.500e+0011.000e+0021.500e+0022.250e+0023.500e+0025.000e+0027.500e+0021.000e+0031.500e+0032.250e+0032.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0002.000e+0001.027e+0029.828e+0017.579e+0015.039e+0012.237e+0011.466e+0011.892e+0012.641e+0013.878e+0015.067e+0017.334e+0011.049e+0021.515e+0021.985e+0022.598e+0023.053e+0023.664e+0024.171e+0029.639e-0011.092e+0001.892e+0003.480e+0008.447e+0001.312e+0011.372e+0011.373e+0011.370e+0011.364e+0011.342e+0011.293e+0011.204e+0011.104e+0019.624e+0008.488e+0006.820e+0005.258e+000,一维直流电阻率和极化率测深正反演程序,对于二极和对称四极装置数据反演时，可以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。反演初值的选择方法为：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。,一维直流电阻率和极化率测深正反演程序,二维电阻率极化率人机交互式正反演程序,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等六种剖面装置进行二维电阻率和极化率正演计算和人机交互式反演计算。程序能对二极电位测深、三极测深、对称四极测深和偶极测深等四种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。程序采用有限单元法计算纯异常电位，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。采用了简化矩阵的措施，计算速度较快。程序采用计算机图形技术人工构造地电断面、计算机自动获取剖分三角形单元电性值的方法，使地电断面修改简易易行。程序使用试凑法进行人机交互反演。,二维电阻率极化率人机交互式正反演程序,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；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12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68个间隔系数。凡测深装置，其布线方向均沿二维剖面方向。,二维电阻率极化率人机交互式正反演程序,正反演文件后缀名,二维电阻率极化率人机交互式正反演程序的输入数据文件众多，所有的输入文件均为文本格式，文件后缀见右表所示。,二维电阻率极化率人机交互式正反演程序,正反演文件格式,二维电阻率极化率人机交互式正反演程序的正反演数据文件依据观测装置分为与观测装置无关的通用数据部分和与观测装置有关的相关数据部分。下表是通用数据部分的数据格式。,二维电阻率极化率人机交互式正反演程序,二极剖面装置数据格式,2213358510.013.514.516.720.822.424.528.730.436.840.541.340.541.740.439.838.537.436.735.835.434.333.129.425.324.120.219.818.716.315.214.213.211.08.78.37.65.74.03.02.61.00.2-1.0-2.4-3.5-5.3-5.0-3.0-2.0-1.01.02120.040.580.520.025.026.535.560.590.5123.4150.7190.5250350450280.5180.595.560.545.330.531.427.530.528.01.431.481.952.102.433.55.047.849.2510.1211.29.58.76.54.83.82.92.62.321.921.64,二维电阻率极化率自动反演程序,程序适用于二极、三极、对称四极和偶极偶极等测量方式的高密度电法视电阻率和视极化率数据的反演。三极装置排列的方式有双边、单边AMN和单边NMA三种方式。程序将前人对网格单元中的电阻率和极化率是均匀的假设修改为电阻率和极化率是连续变化的，使之更符合实际情况。在二维有限元正演计算中，采用三角单元，使方法能适于各种地形，实测数据反演以前不需要进行地形改正。在目标函数中加入最简单模型以及背景场等先验信息，既减少了反演问题的多解性又使反演结果更接近实际情况。在最小二乘反演中，通过电位函数与模型参数间的简单关系来计算偏导数，大大减少了雅可比矩阵的计算工作量，因此反演速度较快。,二维电阻率极化率自动反演程序,三极装置数据格式,右图为单边三极数据，左边为电阻率数据，右边为电阻率和极化率数据。,下图为双边三极数据，左边为电阻率数据、，右边为电阻率和极化率数据，。,二维电阻率极化率自动反演程序,对称四极导入文件数据头有三行：第一行填写一行任意的说明文字(例如对称四极实测数据等)，文字之间不可以有空格；第二行给出实测个数(总极距个数即行数)和列数(3电阻率；4电阻率/极化率)；第三行给出数据的各列的说明，用空格分割，例如：No.AB/2MN/2Ps或No.AB/2MN/2PsIp；对称四极数据文件的后缀名为“*.hd4”。同一测点的极距(AB/2)在文件中应从小到大输入，但可以隔行输入，只要标明测点代号(第一列)即可。左图为对称四极电阻率和数据极化率数据。,对称四极装置数据格式,二维电阻率极化率自动反演地形数据文件,地形数据输入与地形点在实际网格中的密切相关，在实测数据输入对话框中，都要输入左电极号和右电极号信息，左电极号就是测区最左边的电极点在网格中的位置，右电极号即是测区最右边电极点在网格中的位置。地形数据必须落在左电极号到右电极号之间的电极点上。系统设定测区的左右边界区的高程与测区最左和最右两点的高程一致。地形数据文件的格式如下左图所示，它包括三部分：第一行：一行任意说明文字，如“地形数据”；第二行：地形点的个数；实际地形数据：左图数据框的蓝色数据，有两列数据，第一列为高程点对应的网格节点号，第二列为高程数据(单位为m)。点号和高程数据之间用空格隔开。地形数据文件的后缀名为“*.ter”。,地形高程数据格式,二维电阻率极化率自动反演程序,视电阻率拟断面图,视极化率拟断面图,用户可根据拟断面图来对反演结果进行评价，必要时可以去掉数据突变点，再进行反演，让实测数据和结果模型数据尽量重合，误差也尽可能的小。,二维大地电磁反演程序,大地电磁测深的基本原理,大地电磁测深是以大气天然放电激发的电磁场作为一次激发场源，在地表测量其在大地中激发的磁场和电场，推断地下电性分布的一种频率域电磁测深方法。它测量的大地电磁信号的频率变化范围大致从0.000110000Hz，因此主要用于研究较大的构造特征和较深处的电性结构特点。大地电磁测深是以电磁波的趋肤深度作为其测深的基本原理，也就是说对于均匀大地高频电磁波在大地中衰减较快，因此受浅部地电断面的影响大，从而能反映地表附近的电阻率变化。而在低频时电磁波衰减较慢，从而能反映更深处地电断面的信息。这样如果在地表获得不同频率的电磁场值，便能了解不同深度电阻率的变化，从而达到测深的目的。,二维大地电磁反演程序,反演的基本原理,通常电磁场的水平导数比垂直导数小。因此利用前一次迭代的值来逼近水平二阶导数的方法是可行的。通过对每个测点反演，而不是对所有测点进行二维反演，这样可以加快模型改变量的计算，也就是说二维反演可以由一系列单个测点的反演来实现。首先测点下的结构可以逐个测点反演得到，然后将这些结构插值到二维模型中，计算下一步迭代的二维电磁场，迭代到收敛为止。程序的迭代稳定保证与迭代速度提高措施如下：用每次反演迭代获得的模型修改量的0.50.7倍去继续修改模型；用前一次反演迭代成功收敛时的电磁场值作为下一次模型正演迭代的初始场值；用实际数据误差对数据拟合差进行归一化，这样保证拟合到数据误差水平内即可以了，避免了过度拟合引起的多余构造。,二维大地电磁反演程序,程序特点,初始模型：均匀半空间或层状介质即可。反演时间：主要取决于测点数、频点数和迭代次数。多余构造的避免：通过目标函数中的最小构造部分控制，反演中也可以通过圆滑系数调节。反演模式：可进行单模式反演，也可以进行联合模式反演，反演中尽可能利用各种模式的视电阻率、相位及相应的误差等信息。静位移系数：在反演中自动迭代产生的，在反演中也可以固定某些测点的静位移值。地形因素：对于地形起伏资料可带地形直接反演。应用范围：适合大点距的稀疏测点和密集测点如电磁阵列剖面法的大地电磁数据的反演。对于处理实际测点的极化方向与测线方向不一致或不垂直的情况，通过阻抗张量分解确定最佳走向方向，然后再进行反演或者是直接做TM模式反演来解决。,二维大地电磁反演程序,网格剖分准则,网格中部网格剖分较密，不均匀体附近网格加密，向上向下网格变稀。电法勘探存在体积效应，剖分过分精细没有意义。,网格剖分范围取决于观测频率的范围和视电阻率的变化范围。大地电磁的趋肤深度，取最高频率和最小视电阻率对应的趋肤深度作为参考。取作为第一层网格的厚度。即,二维大地电磁反演程序,网格剖分准则,在存在多个异常体的情况下；在地下有：；在空中有：；网格剖分的最大深度：。实际情况下，对于某一个工区可能采用了不同的仪器系统进行数据采集，而在这些仪器系统的数据文件中采用的观测频率很可能会不相同。如果这些不同仪器采集的数据要在一起进行反演，则要求所有的测点应该具有相同的频率。可以通过测点频率插值将频率不同的测点的值通过插值变成频率完全相同的数据集。,二维大地电磁反演程序,在原理上二维或者三维反演与一维反演是一样的。通过模型参数化，计算相应的模型响应，拟合观测结果，并基于拟合情况校正模型参数，直到满足一定迭代中止条件。但由于电法勘探二维反演的对象是二维的平面上电阻率参数变化，需要拟合的数据是在剖面上的全部测点上观测的数据。大地电磁二维反演涉及到的观测资料是包括垂直构造走向的整条侧线上的各个测点在不同频率时的函数响应值，无论是要反演的模型参数，还是参与反演的测量数据，数据量都急剧增加。因此相对于一维反演，二维反演有其一定的特殊性，相应的数据文件格式也很复杂。在反演前了解大地电磁二维反演的相关参数和文件格式有助于用户正确使用该程序。大地电磁二维反演程序的输入文件有五类，它们分别是：基本信息数据文件、网格剖分数据文件、初始模型数据文件、测点数据文件和测点数据文件路径文件。,二维大地电磁反演程序,基本信息数据文件用于存放大地电磁二维反演程序的一些基本参数，默认的文件后缀为“*.mt1”，ASCII明码格式。第一行字符为文件头，文件头必须是字符串“2DMTInverseBasedInformationFile”，否则程序出错。第二行字符为六个数字，它们必须横着排列，数字之间用空格分开，顺序不能搞错，否则反演不能进行。六个数字对应六个基本信息参数：第一个为反演模式参数，取1时为单模式反演，取2时为联合反演；第二个为观测点数；第三个为观测时采用的频率点数；第四个为垂直方向地上部分网格剖分节点数；第五个为水平方向剖分网格节点数；第六个为垂直方向地下部分网格剖分节点数。,基本信息数据文件格式,二维大地电磁反演程序,网格剖分数据文件用于存放观测点的坐标值、观测时采用的频率值、垂直方向地上部分网格剖分节点的坐标值、水平方向剖分网格节点数目的坐标值、垂直方向地下部分网格剖分节点的坐标值、地形网格剖分节点的编号。网格剖分数据文件的文件后缀为“*.mt2”，文本文件。,网格剖分数据文件的文件头必须是字符串“2DMTInverseGridsInformationFile”，否则程序出错。上图中红色字符如“coordinateofsites”等六行字符为相应的数据标识字符，它们在数据文件中必不可少，而且顺序不能搞错，数据之间用空格分开，否则反演不能进行，上图中带斜杠的蓝色字符为注释，在数据文件里是没有的(下同)。,网格剖分数据文件,二维大地电磁反演程序,在模型剖分后，需要对每个剖分子区域赋以合适的初始电阻率即模型初值。通常初始模型由一维反演获得。但更简单的方法是采用均匀导电半空间模型。初始模型文件存放反演初始模型的参数信息，文件后缀为“*.mt3”，文本格式。,初始模型数据文件的文件头必须是字符串“2DMTInverseModelInformationFile”，否则程序出错。上图中红色字符如“startingmodel”等五行字符为相应的数据标识字符，它们在数据文件中必不可少，而且顺序不能搞错，数据之间用空格分开，否则反演不能进行，上图中带斜杠的蓝色字符为注释，在数据文件里是没有的(下同)。,初始模型数据文件,二维大地电磁反演程序,测点路径数据文件用来存放TE、TM模式的实测资料的文件存储的路径信息，默认的文件后缀为“*.mt4”，文本格式。测点路径数据文件的文件头必须是字符串“2DMTInversePointInformationFile”，否则程序出错。“TE”和“TM”等两行字符为相应的数据标识字符，它们在数据文件中必不可少，而且在联合反演时顺序不能搞错，否则反演不能进行。测点路径字符串中不能包含空格。,TM模式,联合模式,TE模式,测点路径数据文件,二维大地电磁反演程序,测点数据文件,测点数据文件存放各测点的频率、视电阻率、相位、视电阻率的相对误差(%)和相位的绝对误差(%)等信息。测点数据文件的文件后缀为*.mtd”，为文本文件格式。系统规定文件名类似为“*x.mtd”的文件为TM模式数据，文件名类似为“*y.mtd”的文件为TE模式数据。,250.000091.6596442.610039.1001442.389547203.252088.5449641.7173412.941733.282694163.9344102.516145.721762.4488070.7191421136.798989.6188342.0333611.579332.972983109.4092100.753945.236520.7903600.228225589.8472696.5020344.024473.5219680.974643070.32349108.563647.461528.0301432.50132754.67469107.312947.005556.8894182.11970841.0172384.4793240.2654818.775114.52845134.17635107.465146.650956.1651801.88223727.34482107.224846.384005.1860411.56695422.46181103.121045.133810.5964510.171896117.5777897.3713643.601436.3301411.70549212.5000097.7114344.273486.8907761.84680310.15641120.109351.1190613.114974.3242918.20344594.9738045.228298.9680432.3577146.835737106.022749.413353.7860541.127305,频率视电阻率相位,视电阻率相位绝相对误差对误差,二维大地电磁反演图件,相位频率拟断面图,大地电磁勘探的相位参数是实测天然电磁场中电场信号与磁场信号之间的相位差。相位正比于视电阻率对频率的导数，即相位断面相当于视电阻率一频率断面沿纵轴求一次导数，所以利用相位断面可以教直观地追踪电性异常地横向变化情况相位与视电阻率随频率对数的变化有关。相位等于45度时说明视电阻率随频率没有变化，或出现极值。当相位小于45度时，视电阻率随着频率的降低而增大。相反，在相位大于45度时，视电阻率随着频率的降低而减小。相位的极值频率为视电阻率的拐点频率（梯度极值点频率）。不论视电阻率是否有静态干扰，其相位值是不变的，换言之相位不受静态影响。所以相位频率拟断面图的另一个作用是判断视电阻率静态改正的合理性，这一点很有价值。,二维大地电磁反演图件,视电阻率频率拟断面图,视电阻率频率拟断面图是大地电磁资料分析解释中最基本的一种图件，横坐标为测线方向，标出了测点位置及点号，纵坐标为频率，按对数坐标表示，由上而下频率变低。以各测点相应频率上的视电阻率值勾绘等值线，则得到视电阻率频率拟断面。分析视电阻率频率断面图，可以定性地了解测线上的电性分布、基底的起伏、断层的分布、电性层的划分等断面特征。一般而言视电阻率等值线的横向起伏形态与地层起伏相对应，而视电阻率等值线密集、扭曲和畸变的地方又往往与断层有关，断层越浅，这种特征越明显。在剖面中，电阻率差别越大，视电阻率拟断面图的效果也越明显。,二维大地电磁反演程序,数据成图,程序的断面绘图程序可以进行相关数据的绘图。图1是反演的视电阻率剖面图；图2是实测的视电阻率拟断面图；图3是反演的视电阻率拟断面图；图4是实测的相位拟断面图；图5是反演的相位拟断面图。,1,5,4,3,2,一维磁源瞬变电磁法正反演,程序为垂直磁偶源激励下磁感电动势和垂直磁场的一维层状介质正反演软件，正反演计算适用于中心回线、重叠回线装置。也能用于大回线装置。程序功能如下：可以进行不同收、发射回线面积，延迟时间在1.0e-61秒以内的磁感电动势和垂直磁场的一维正演计算，并能换算全区视电阻率。可以利用延迟时间在1.0e-61秒之间、不同接收、发射回线面积、实测的磁感电动势或垂直磁场，进行一维层状介质的反演计算。并具有全区视电阻率、视纵向电导等参数的换算功能。可以按对数比例、算术间隔和任意取数三种方式延迟时间间隔计算。适应国内外各种不同仪器的延迟时间的计算。其中任意取数延迟时间间隔需要用户输入所有的采样时间值。,一维磁源瞬变电磁法正反演,无论实测或正演计算的垂直磁感电动势和垂直磁场均可换算为全区视电阻率和视深度(有效深度)。即便用户所使用参数已进入电磁场早期，仍可算得连续、光滑的全区视电阻率曲线(前枝一般收敛于地表电阻率值)。软件还提供真实的早晚期电磁场的分界点和时间。在反演过程通过图选法确定初值时，提供了视电阻率、视纵向电导和烟圈法定义的“似电阻率”资料。可以方便用户半定量分层和确定层的厚度，。考虑到瞬变电磁测深中存在较强的等