高密度电法软件用于电测深剖面反演

1、高密度电法软件用于高密度电法软件用于电测深剖面反演电测深剖面反演高建东高建东中国冶金地质总局中国冶金地质总局山东正元地质勘查院山东正元地质勘查院2010.3主要内容主要内容 一、一、普通电测深剖面的高密度软件反演普通电测深剖面的高密度软件反演 二、二、高密度电法正反演软件高密度电法正反演软件GDFGDF介绍介绍 三、反演实例三、反演实例（一）开展电测深剖面反演的主要优点（一）开展电测深剖面反演的主要优点（二）普通电测深与高密度电法的主要异同点（二）普通电测深与高密度电法的主要异同点（三）高密度电法剖面自动拟合反演定量解释与普（三）高密度电法剖面自动拟合反演定量解释与普通电测深点曲线量板法定量解

2、释的主要异同点通电测深点曲线量板法定量解释的主要异同点（四）野外工作中需注意的问题（四）野外工作中需注意的问题（五）反演数据格式（五）反演数据格式（六）编排反演数据的几个注意点（六）编排反演数据的几个注意点（七）反演参数设置的注意点（七）反演参数设置的注意点一、普通电测深剖面的高密度软件反演一、普通电测深剖面的高密度软件反演 1 1、可将人为规定的测深点位视电阻率转换为、可将人为规定的测深点位视电阻率转换为地电断面模型的地电断面模型的“真真”电阻率和电阻率和“真真”极化率；极化率；把纵坐标从把纵坐标从AB/nAB/n转换为深度，将成果图件从转换为深度，将成果图件从拟断面图转变为断面图；拟断面图

3、转变为断面图； 2 2、可消除二维地形影响，减少地形假异常误、可消除二维地形影响，减少地形假异常误导；导； 3 3、可有效使用单边多道三极、双边多道三极、可有效使用单边多道三极、双边多道三极或其它效率更高的电极排列，提高野外测深工或其它效率更高的电极排列，提高野外测深工作效率。作效率。（一）开展电测深剖面反演的主要优点（一）开展电测深剖面反演的主要优点单边多道三极测深电极排列示意图单边多道三极测深电极排列示意图三极四极混合测深电极排列示意图三极四极混合测深电极排列示意图B（二）普通电测深与高密度电法的主要异同点（二）普通电测深与高密度电法的主要异同点 1 1、电极布设方式不同、电极布设方式不同

4、 2 2、数据点密度不同、数据点密度不同 3 3、数据采集方式不同、数据采集方式不同 4 4、自动化程度不同、自动化程度不同 5 5、基本原理相同、基本原理相同 6 6、电极排列装置相同、电极排列装置相同 1、反演的维空间不同、反演的维空间不同 2、对测深曲线左支的要求不同、对测深曲线左支的要求不同 3、对测深曲线数据点的密度要求不同、对测深曲线数据点的密度要求不同 4、所依据的基本理论相同、所依据的基本理论相同（三）高密度电法剖面自动拟合反演定量解释（三）高密度电法剖面自动拟合反演定量解释与普通电测深点曲线量板法定量解释的与普通电测深点曲线量板法定量解释的主要异同点：主要异同点： 1、不要求

5、测深曲线左支达到、不要求测深曲线左支达到1渐近线，最小渐近线，最小AB极距可适当放大；极距可适当放大； 2、为了提高深部反演效果，大极距的测深数、为了提高深部反演效果，大极距的测深数据不宜太稀疏；据不宜太稀疏； 3、与单点测深曲线反演不同，参加剖面反演、与单点测深曲线反演不同，参加剖面反演的测深点距和极距设计应综合考虑，尽量取整。的测深点距和极距设计应综合考虑，尽量取整。一般情况下，测深点距、一般情况下，测深点距、AB距和距和MN距最好都距最好都设计为设计为10m的整数倍；的整数倍；（四）野外工作中需注意的问题（四）野外工作中需注意的问题 4 4、为了便于野外施工，设计的测深极距宜使、为了便于

6、野外施工，设计的测深极距宜使所有所有ABAB电极均处在剖面的测深点位上；电极均处在剖面的测深点位上； 5 5、MNMN点位必须与单位电极距相匹配，否则读点位必须与单位电极距相匹配，否则读数据时将出现错误提示；数据时将出现错误提示； 6 6、为了便于反演程序图像显示，整条剖面各、为了便于反演程序图像显示，整条剖面各测深点的电极排列必须一致。测深点的电极排列必须一致。 7 7、宜使用测绘仪器测放剖面及延长线上的测、宜使用测绘仪器测放剖面及延长线上的测深点位，使用测绳或皮尺测放深点位，使用测绳或皮尺测放MNMN点位，点位， 例：对称四极测深装置，测深点距例：对称四极测深装置，测深点距50m50m，最

7、小供电，最小供电极距极距ABAB取取100m100m，最大供电极距，最大供电极距ABAB取取4000m4000m，设，设计计a=10ma=10m，电测深供电极距与测量极距可选择如下：，电测深供电极距与测量极距可选择如下： 等比排列，等比排列，n=AM/MN=2n=AM/MN=2： 非等比排列非等比排列, n=AM/MN, n=AM/MN常数：常数：电测深极距参考排列电测深极距参考排列AB/2AB/2505010010015015020020030030040040050050060060080080010001000120012001400140016001600180018002000200

8、0MN/2MN/2101010101010202020202020505050505050100100100100100100200200200200200200n n2 24.54.57 74.54.57 79.59.54.54.55.55.57.57.54.54.55.55.56.56.53.53.54 44.54.5400400300300250250200200150150100100707050504040303020201010MN/2MN/22000200015001500125012501000100075075050050035035025025020020015015010

9、01005050AB/2AB/2 RES2DINVRES2DINV和和GDFGDF软件的输入输出数据均采用软件的输入输出数据均采用ASCIIASCII码文本格式，码文本格式，GDFGDF软件可以直接读入重软件可以直接读入重庆奔腾公司和中国地质大学（武汉）的高密度庆奔腾公司和中国地质大学（武汉）的高密度电阻率仪器数据。数据文件可用任何文本编辑电阻率仪器数据。数据文件可用任何文本编辑程序（建议使用程序（建议使用UltraEditUltraEdit）进行编辑。数据项）进行编辑。数据项之间可用逗号、空格、或换行之间可用逗号、空格、或换行/ /回车符分隔。回车符分隔。 反演数据文本格式文件后缀为反演数据

10、文本格式文件后缀为“.DAT”“.DAT”，程序，程序要求要求DATDAT数据文件必须严格按规定的顺序排列，数据文件必须严格按规定的顺序排列，不能随意改变，否则数据读入过程将会出错。不能随意改变，否则数据读入过程将会出错。（五）反演数据格式（五）反演数据格式( (以以RES2DINVRES2DINV和和GDFGDF软件为例软件为例) )XX矿区XX号激电测深剖面20727511充电率ms0.2 0.02-200 401.5319.207166718.9-2001201.51246.18288237.52-2002001.51588.53807741.52 18008801.5455.84018

11、6442.11800 10001.5437.190594160.16128-2200146.5485121080160.1278541160162.775657 1720159.029591800147.8030643800147.80306410000测线名称。限制255个字符以内 单位电极距 排列类型标识 （ 温纳=1，二极=2，偶极-偶极=3，温纳=4，温纳=5，三极(单极-偶极)=6，对称四极=7，赤道偶极-偶极=8） 数据点的总点数 数据点的记录位置类型: 0=记录点位于排列的第一个电极处; 1=记录点位于排列的中点 激发极化资料标志:（1=有电阻率和极化率；0仅有电阻率, 后续的3

12、行不必输入） IP数据类型,可以使用：充电率、相位角、金属因子、百分频率效应 IP单位，可以使用：ms、mrad 、ms/ohm.m、0.01 FE IP积分延时，IP充电率积分时长 点位，MN电极距，(使用偶极-偶极、单极-偶极和温纳-对称四极排列时，增加电极间隔系数n)，实测视电阻率值，实测充电率值。 地形数据标志（0=无地形数据,下面的地形点数据不必输入；1=地形点和物探点都有水平和垂直坐标；2=地形点有水平和垂直坐标，但是物探点在测线方向的距离是沿地表的斜距） 剖面地形点数地形点的x , z 剖面第一个电极位置的地形点序号 最后以4个0作为结束标志 1、数据点点数要与实际的数据量匹配一

13、致；、数据点点数要与实际的数据量匹配一致； 2、舍弃误差大、不准确的数据时，应该将该、舍弃误差大、不准确的数据时，应该将该数据点的点位、极距、场值同时删除；数据点的点位、极距、场值同时删除； 3、排列、排列(剖面剖面)的首电极是指位于剖面最小点的首电极是指位于剖面最小点位的电极；位的电极； 4、数据点的第一个电极是指采集该数据所使、数据点的第一个电极是指采集该数据所使用的电极中相对位于最小点位的电极；用的电极中相对位于最小点位的电极； 5、数据中的重复观测数据要事先整理，每个、数据中的重复观测数据要事先整理，每个观测极距只能保留观测极距只能保留1组数据。组数据。（六）编排反演数据的几个注意点（

14、六）编排反演数据的几个注意点点距或极距不匹配的典型错误提示错误原因：错误原因：野外施工时没有从整条剖面反演的角度安排极距，致使该数据点电极排列中野外施工时没有从整条剖面反演的角度安排极距，致使该数据点电极排列中的某个电极不在以的某个电极不在以“a=10” a=10” 为单位的位置上。为单位的位置上。改正措施：改正措施：修改修改a a值或舍弃该数据点或在数据中微调电极位置。值或舍弃该数据点或在数据中微调电极位置。预防措施：预防措施：野外施工时从整条剖面反演的角度安排极距，务必使所有的电极均位于野外施工时从整条剖面反演的角度安排极距，务必使所有的电极均位于a a的的整数倍位置。整数倍位置。 1、首

15、先使用删除坏点功能检查数据质量，、首先使用删除坏点功能检查数据质量，删除突变点；删除突变点； 2、一般应限制模型电阻率的上下限（默认、一般应限制模型电阻率的上下限（默认不限制）；不限制）； 3、一般应设置降低边缘单元影响选项（默、一般应设置降低边缘单元影响选项（默认不降低）认不降低） ； 4、一般应选择模型电阻率圆滑选项（默认、一般应选择模型电阻率圆滑选项（默认圆滑）圆滑）（七）反演参数设置的注意点（七）反演参数设置的注意点二、二、高密度电法正反演软件高密度电法正反演软件GDFGDF介绍介绍 （一）概述（一）概述 （二）（二）GDFGDF软件特点软件特点 （三）（三）GDFGDF正反演模型正反

16、演模型 （四）模型计算结果（四）模型计算结果（一）概述（一）概述 GDFGDF高密度电法及电测深剖面正反演软件是一种全高密度电法及电测深剖面正反演软件是一种全中文的电法模型正演和异常自动反演计算程序。程序中文的电法模型正演和异常自动反演计算程序。程序采用了有限元法、有限差分法和准牛顿最优化非线性采用了有限元法、有限差分法和准牛顿最优化非线性圆滑约束最小二乘算法，在大数据量下的计算速度较圆滑约束最小二乘算法，在大数据量下的计算速度较常规最小二乘法快常规最小二乘法快1010倍以上且占用内存较少。倍以上且占用内存较少。 程序采用程序采用VC+VC+编制，运行环境为编制，运行环境为Windows Wi

17、ndows 系列操系列操作系统，它不但可以完成各种排列的高密度电法剖面作系统，它不但可以完成各种排列的高密度电法剖面电阻率和极化率模型正演及异常反演，还可以完成普电阻率和极化率模型正演及异常反演，还可以完成普通电测深剖面的自动拟合反演。通电测深剖面的自动拟合反演。 一次可以处理一次可以处理20002000个电极、个电极、80008000个数据点的高密度个数据点的高密度电法剖面，允许电极排列的最大电极距可以达到最小电法剖面，允许电极排列的最大电极距可以达到最小电极距的电极距的4747倍。倍。（二）（二）GDFGDF软件特点软件特点 1) 1) 可以直接读取多种高密度电法仪器采集的数据、可以直接读

18、取多种高密度电法仪器采集的数据、完成各种电极排列在起伏地形条件下二维模型视电完成各种电极排列在起伏地形条件下二维模型视电阻率和激发极化数据的反演计算；阻率和激发极化数据的反演计算； 2) 2) 可以选择使用有限差分法或有限元法，以满足可以选择使用有限差分法或有限元法，以满足对计算时间和计算精度的不同需求；对计算时间和计算精度的不同需求； 3) 3) 具有多种地形模拟网格可供选择：可以选用均具有多种地形模拟网格可供选择：可以选用均匀变形有限元网格、阻尼变形有限元网络或变形有匀变形有限元网格、阻尼变形有限元网络或变形有限元变换网格；限元变换网格； 4) 4) 具有多种反演方法可供选择：可以单独选用

19、快具有多种反演方法可供选择：可以单独选用快速的准牛顿最优化非线性最小二乘新算法或常规高速的准牛顿最优化非线性最小二乘新算法或常规高斯牛顿法，也可以混合使用高斯牛顿法和准牛斯牛顿法，也可以混合使用高斯牛顿法和准牛顿法；顿法； 5) 5) 可使用具有相同尺度的等截面模型单元或随深度可使用具有相同尺度的等截面模型单元或随深度增大而逐渐扩大截面积的变截面模型单元，程序允许增大而逐渐扩大截面积的变截面模型单元，程序允许设置的模型层数可多达设置的模型层数可多达2727层。层。 6) 6) 输入输出数据文件均采用输入输出数据文件均采用txttxt文本字符格式，便于文本字符格式，便于使用各种仪器输出的数据；输

20、出的成果图像还可以选使用各种仪器输出的数据；输出的成果图像还可以选择普通图像文件格式和择普通图像文件格式和SURFERSURFER等值线文件格式。等值线文件格式。 7) 7) 具有较强的坏点删除，测线数据拼接、拆分，测具有较强的坏点删除，测线数据拼接、拆分，测线反向、数据编辑等数据预处理功能；线反向、数据编辑等数据预处理功能； 8) 8) 可控制调节的参数多，便于提高反演计算效果。可控制调节的参数多，便于提高反演计算效果。可调的参数主要有：阻尼系数、阻尼深度系数、阻尼可调的参数主要有：阻尼系数、阻尼深度系数、阻尼系数优化方式、模型单元电阻率范围、垂向平滑滤波系数优化方式、模型单元电阻率范围、垂

21、向平滑滤波(fz)(fz)与水平平滑滤波与水平平滑滤波(fx)(fx)的阻尼系数比、模型单元尺度、的阻尼系数比、模型单元尺度、反演收敛极限、截止均方误差、迭代次数等。反演收敛极限、截止均方误差、迭代次数等。（二）（二）GDFGDF软件特点软件特点 （三）（三）GDFGDF正反演模型正反演模型等截面模型等截面模型（三）（三）GDFGDF正反演模型正反演模型（四）模型计算结果（四）模型计算结果模型参数：低阻体从第模型参数：低阻体从第1919测点开始测点开始(x=95m)(x=95m)，延续到第，延续到第2424测点测点(x=120m)(x=120m)。高阻体从第。高阻体从第3030测点开始测点开始

22、(x=150m)(x=150m)，延续到第延续到第3535测点测点(x=175m)(x=175m)。模型正反演结果简表模型正反演结果简表（P IV1.8G/256MBP IV1.8G/256MB笔记本计算机）笔记本计算机）0.231 / 4.4 0.375 / 2.50.231 / 4.4 0.375 / 2.51010425425温纳温纳 0.193 / 6.5 0.377 / 2.00.193 / 6.5 0.377 / 2.01616630630温纳温纳 0.177 / 3.9 0.269 / 2.10.177 / 3.9 0.269 / 2.11111459459温纳温纳 0.184

23、/ 8.7 0.373 / 3.90.184 / 8.7 0.373 / 3.92525731731二极二极 0.155 / 9.7 0.370 / 2.80.155 / 9.7 0.370 / 2.8212111341134偶极偶极- -偶极偶极 0.197 / 5.0 0.384 / 1.70.197 / 5.0 0.384 / 1.71313589589对称四极对称四极 0.152 / 6.7 0.381 / 2.10.152 / 6.7 0.381 / 2.11515779779反向单极梯度反向单极梯度 0.146 / 6.7 0.357 / 2.60.146 / 6.7 0.357

24、/ 2.61515779779正向单极梯度正向单极梯度 0.103 / 12.4 0.320 / 3.30.103 / 12.4 0.320 / 3.3282815581558双向单极梯度双向单极梯度反演拟合均方误差反演拟合均方误差(%) (%) / / 反演时长反演时长( (分分) )正演时长正演时长( (秒秒) )数据点数数据点数装置类型装置类型1A双双向向单单极极梯梯度度装装置置正正演演成成果果正向正向反向反向拟合误差拟合误差0.103，耗时耗时12.4分分正向单极梯度原始断面正向单极梯度原始断面反向单极梯度拟合断面反向单极梯度拟合断面反向单极梯度原始断面反向单极梯度原始断面正向单极梯度

25、拟合断面正向单极梯度拟合断面模型及反演成果断面模型及反演成果断面 1B 双向单极梯度装置双向单极梯度装置(NMAMN )反演成果反演成果2A 正向单极梯度装置正向单极梯度装置(三极装置三极装置AMN )正演成果正演成果拟合误差拟合误差0.146，耗时耗时6.7分分拟合断面拟合断面原始断面原始断面模型及反演模型及反演成果断面成果断面2B 正向单极梯度装置正向单极梯度装置(三极装置三极装置AMN )反演成果反演成果3A 反向单极梯度装置反向单极梯度装置(三极装置三极装置MNA) 正演成果正演成果拟合断面拟合断面原始断面原始断面模型及反演模型及反演成果断面成果断面3B反向单极梯度装置反向单极梯度装置

26、(三极装置三极装置MNA )反演成果反演成果拟合误差拟合误差0.152，耗时耗时6.7分分4A 对称四极装置对称四极装置(AMNB )正演成果正演成果4B 对称四极装置对称四极装置(AMNB )反演成果反演成果拟合断面拟合断面原始断面原始断面模型及反演模型及反演成果断面成果断面拟合误差拟合误差0.197，耗时耗时5.0分分5A 偶极偶极装置偶极偶极装置(ABMN )正演成果正演成果拟合断面拟合断面5B 偶极偶极装置偶极偶极装置(ABMN )反演成果反演成果原始断面原始断面模型及反演模型及反演成果断面成果断面拟合误差拟合误差0.155，耗时耗时9.7分分6A电电位位装装置置二二极极AM 正正演演

27、成成果果拟合断面拟合断面原始断面原始断面模型及反演模型及反演成果断面成果断面6B 电电位位装装置置二二极极AM 反反演演成成果果拟合误差拟合误差0.184，耗时耗时8.7分分7A 温纳温纳装置装置(AMNB )正演成果正演成果拟合断面拟合断面原始断面原始断面模型及反演模型及反演成果断面成果断面7B 温纳温纳装置装置(AMNB )反演成果反演成果拟合误差拟合误差0.177，耗时耗时3.9分分8A 温纳温纳装置装置(ABMN )正演成果正演成果拟合断面拟合断面原始断面原始断面拟合误差拟合误差0.193，耗时耗时6.5分分8B 温纳温纳装置装置(ABMN )反演成果反演成果9A 温纳温纳装置装置(A

28、MBN )正演成果正演成果拟合断面拟合断面原始断面原始断面模型及反演成果模型及反演成果断面断面拟合误差拟合误差0.231，耗时耗时4.4分分9B 温纳温纳装置装置(AMBN )反演成果反演成果三、反演实例三、反演实例秦 始 皇 陵秦 始 皇 陵2-2线双向线双向单 极 梯 度单 极 梯 度(NMAMN )反 演 成 果反 演 成 果(bmp格式格式)正向单极梯度拟合断面正向单极梯度拟合断面正向单极梯度原始断面正向单极梯度原始断面反向单极梯度拟合断面反向单极梯度拟合断面反向单极梯度原始断面反向单极梯度原始断面模型及反演成果断面模型及反演成果断面 秦始皇陵秦始皇陵2-2线双向单极梯度反演成果线双向单极梯度反演成果(1)及解释及解释低阻区：推测为墓低阻区：推测为墓室的保护材料室的保护材料次高阻区：次高阻区：推测为墓道位置推测为墓道位置高阻区：推测为未高阻区：推测为未塌落、未充水、比塌落、未充水、比较干燥的墓室位置较干燥的墓室位置 迭代迭代21次次拟合误差拟合误差4.78耗时耗时9.9分分高阻区：高阻区：推测为墓道位置推测为墓道位置秦始皇陵秦始皇陵2-2线双向单极梯度反演成果线双向单极梯度反演成果(2)及解释及解释高阻区：推测为未高阻区：推测为未塌落、未充水、比塌落、