高密度電法軟件用于電測(cè)深剖面反演

各位代表，大家好！高密度電法軟件用于

電測(cè)深剖面反演

高建東

中國(guó)冶金地質(zhì)總局

山東正元地質(zhì)勘查院

2010.3主要內(nèi)容一、普通電測(cè)深剖面的高密度軟件反演二、高密度電法正反演軟件GDF介紹三、反演實(shí)例（一）開(kāi)展電測(cè)深剖面反演的主要優(yōu)點(diǎn)（二）普通電測(cè)深與高密度電法的主要異同點(diǎn)（三）高密度電法剖面自動(dòng)擬合反演定量解釋與普通電測(cè)深點(diǎn)曲線(xiàn)量板法定量解釋的主要異同點(diǎn)（四）野外工作中需注意的問(wèn)題（五）反演數(shù)據(jù)格式（六）編排反演數(shù)據(jù)的幾個(gè)注意點(diǎn)（七）反演參數(shù)設(shè)置的注意點(diǎn)一、普通電測(cè)深剖面的高密度軟件反演1、可將人為規(guī)定的測(cè)深點(diǎn)位視電阻率轉(zhuǎn)換為地電斷面模型的“真”電阻率和“真”極化率；把縱坐標(biāo)從AB/n轉(zhuǎn)換為深度，將成果圖件從擬斷面圖轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗝鎴D；2、可消除二維地形影響，減少地形假異常誤導(dǎo)；3、可有效使用單邊多道三極、雙邊多道三極或其它效率更高的電極排列，提高野外測(cè)深工作效率。（一）開(kāi)展電測(cè)深剖面反演的主要優(yōu)點(diǎn)單邊多道三極測(cè)深電極排列示意圖三極四極混合測(cè)深電極排列示意圖B（二）普通電測(cè)深與高密度電法的主要異同點(diǎn)

1、電極布設(shè)方式不同

2、數(shù)據(jù)點(diǎn)密度不同

3、數(shù)據(jù)采集方式不同

4、自動(dòng)化程度不同

5、基本原理相同

6、電極排列裝置相同

1、反演的維空間不同

2、對(duì)測(cè)深曲線(xiàn)左支的要求不同

3、對(duì)測(cè)深曲線(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度要求不同

4、所依據(jù)的基本理論相同（三）高密度電法剖面自動(dòng)擬合反演定量解釋與普通電測(cè)深點(diǎn)曲線(xiàn)量板法定量解釋的

主要異同點(diǎn)：1、不要求測(cè)深曲線(xiàn)左支達(dá)到ρ1漸近線(xiàn)，最小AB極距可適當(dāng)放大；2、為了提高深部反演效果，大極距的測(cè)深數(shù)據(jù)不宜太稀疏；3、與單點(diǎn)測(cè)深曲線(xiàn)反演不同，參加剖面反演的測(cè)深點(diǎn)距和極距設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮，盡量取整。一般情況下，測(cè)深點(diǎn)距、AB距和MN距最好都設(shè)計(jì)為10m的整數(shù)倍；（四）野外工作中需注意的問(wèn)題4、為了便于野外施工，設(shè)計(jì)的測(cè)深極距宜使所有AB電極均處在剖面的測(cè)深點(diǎn)位上；5、MN點(diǎn)位必須與單位電極距相匹配，否則讀數(shù)據(jù)時(shí)將出現(xiàn)錯(cuò)誤提示；6、為了便于反演程序圖像顯示，整條剖面各測(cè)深點(diǎn)的電極排列必須一致。7、宜使用測(cè)繪儀器測(cè)放剖面及延長(zhǎng)線(xiàn)上的測(cè)深點(diǎn)位，使用測(cè)繩或皮尺測(cè)放MN點(diǎn)位，例：對(duì)稱(chēng)四極測(cè)深裝置，測(cè)深點(diǎn)距50m，最小供電極距AB取100m，最大供電極距AB取4000m，設(shè)計(jì)a=10m，電測(cè)深供電極距與測(cè)量極距可選擇如下：等比排列，n=AM/MN=2：非等比排列,n=AM/MN≠常數(shù)：電測(cè)深極距參考排列AB/250100150200300400500600800100012001400160018002000MN/2101010202020505050100100100200200200n24.574.579.54.55.57.54.55.56.53.544.5400300250200150100705040302010MN/2200015001250100075050035025020015010050AB/2RES2DINV和GDF軟件的輸入輸出數(shù)據(jù)均采用ASCII碼文本格式，GDF軟件可以直接讀入重慶奔騰公司和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）的高密度電阻率儀器數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)文件可用任何文本編輯程序（建議使用UltraEdit）進(jìn)行編輯。數(shù)據(jù)項(xiàng)之間可用逗號(hào)、空格、或換行/回車(chē)符分隔。反演數(shù)據(jù)文本格式文件后綴為“.DAT”，程序要求DAT數(shù)據(jù)文件必須嚴(yán)格按規(guī)定的順序排列，不能隨意改變，否則數(shù)據(jù)讀入過(guò)程將會(huì)出錯(cuò)。（五）反演數(shù)據(jù)格式

(以RES2DINV和GDF軟件為例)XX礦區(qū)XX號(hào)激電測(cè)深剖面 20 7 275 1 1 充電率 ms 0.2 0.02 -200 40 1.5 319.2071667 18.9-200 120 1.5 1246.182882 37.52-200 200 1.5 1588.538077 41.52…………1800 880 1.5 455.8401864 42.118001000 1.5 437.1905941 60.161 28 -2200 146.5485121080 160.1278541160 162.775657………… 1720 159.029591800 147.8030643800 147.8030641 0 0 0 0 測(cè)線(xiàn)名稱(chēng)。限制255個(gè)字符以?xún)?nèi)

單位電極距

排列類(lèi)型標(biāo)識(shí)（溫納α=1，二極=2，偶極-偶極=3，溫納β=4，溫納γ=5，三極(單極-偶極)=6，對(duì)稱(chēng)四極=7，赤道偶極-偶極=8）數(shù)據(jù)點(diǎn)的總點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄位置類(lèi)型:0=記錄點(diǎn)位于排列的第一個(gè)電極處;1=記錄點(diǎn)位于排列的中點(diǎn)

激發(fā)極化資料標(biāo)志:（1=有電阻率和極化率；0＝僅有電阻率,后續(xù)的3行不必輸入）IP數(shù)據(jù)類(lèi)型,可以使用：充電率、相位角、金屬因子、百分頻率效應(yīng)IP單位，可以使用：ms、mrad

、ms/ohm.m、0.01FE

IP積分延時(shí)，IP充電率積分時(shí)長(zhǎng)

點(diǎn)位，MN電極距，(使用偶極-偶極、單極-偶極和溫納-對(duì)稱(chēng)四極排列時(shí)，增加電極間隔系數(shù)n)，實(shí)測(cè)視電阻率值，實(shí)測(cè)充電率值。地形數(shù)據(jù)標(biāo)志（0=無(wú)地形數(shù)據(jù),下面的地形點(diǎn)數(shù)據(jù)不必輸入；1=地形點(diǎn)和物探點(diǎn)都有水平和垂直坐標(biāo)；2=地形點(diǎn)有水平和垂直坐標(biāo)，但是物探點(diǎn)在測(cè)線(xiàn)方向的距離是沿地表的斜距）剖面地形點(diǎn)數(shù)地形點(diǎn)的x,z

剖面第一個(gè)電極位置的地形點(diǎn)序號(hào)最后以4個(gè)0作為結(jié)束標(biāo)志

1、數(shù)據(jù)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)要與實(shí)際的數(shù)據(jù)量匹配一致；2、舍棄誤差大、不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該將該數(shù)據(jù)點(diǎn)的點(diǎn)位、極距、場(chǎng)值同時(shí)刪除；3、排列(剖面)的首電極是指位于剖面最小點(diǎn)位的電極；4、數(shù)據(jù)點(diǎn)的第一個(gè)電極是指采集該數(shù)據(jù)所使用的電極中相對(duì)位于最小點(diǎn)位的電極；5、數(shù)據(jù)中的重復(fù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)要事先整理，每個(gè)觀(guān)測(cè)極距只能保留1組數(shù)據(jù)。（六）編排反演數(shù)據(jù)的幾個(gè)注意點(diǎn)點(diǎn)距或極距不匹配的典型錯(cuò)誤提示錯(cuò)誤原因：野外施工時(shí)沒(méi)有從整條剖面反演的角度安排極距，致使該數(shù)據(jù)點(diǎn)電極排列中的某個(gè)電極不在以“a=10”

為單位的位置上。改正措施：修改a值或舍棄該數(shù)據(jù)點(diǎn)或在數(shù)據(jù)中微調(diào)電極位置。預(yù)防措施：野外施工時(shí)從整條剖面反演的角度安排極距，務(wù)必使所有的電極均位于a的整數(shù)倍位置。1、首先使用刪除壞點(diǎn)功能檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，刪除突變點(diǎn)；2、一般應(yīng)限制模型電阻率的上下限（默認(rèn)不限制）；3、一般應(yīng)設(shè)置降低邊緣單元影響選項(xiàng)（默認(rèn)不降低）；4、一般應(yīng)選擇模型電阻率圓滑選項(xiàng)（默認(rèn)圓滑）（七）反演參數(shù)設(shè)置的注意點(diǎn)二、高密度電法正反演軟件GDF介紹（一）概述（二）GDF軟件特點(diǎn)（三）GDF正反演模型（四）模型計(jì)算結(jié)果（一）概述GDF高密度電法及電測(cè)深剖面正反演軟件是一種全中文的電法模型正演和異常自動(dòng)反演計(jì)算程序。程序采用了有限元法、有限差分法和準(zhǔn)牛頓最優(yōu)化非線(xiàn)性圓滑約束最小二乘算法，在大數(shù)據(jù)量下的計(jì)算速度較常規(guī)最小二乘法快10倍以上且占用內(nèi)存較少。程序采用VC++編制，運(yùn)行環(huán)境為Windows系列操作系統(tǒng)，它不但可以完成各種排列的高密度電法剖面電阻率和極化率模型正演及異常反演，還可以完成普通電測(cè)深剖面的自動(dòng)擬合反演。一次可以處理2000個(gè)電極、8000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的高密度電法剖面，允許電極排列的最大電極距可以達(dá)到最小電極距的47倍。（二）GDF軟件特點(diǎn)

1)可以直接讀取多種高密度電法儀器采集的數(shù)據(jù)、完成各種電極排列在起伏地形條件下二維模型視電阻率和激發(fā)極化數(shù)據(jù)的反演計(jì)算；2)可以選擇使用有限差分法或有限元法，以滿(mǎn)足對(duì)計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度的不同需求；3)具有多種地形模擬網(wǎng)格可供選擇：可以選用均勻變形有限元網(wǎng)格、阻尼變形有限元網(wǎng)絡(luò)或變形有限元變換網(wǎng)格；4)具有多種反演方法可供選擇：可以單獨(dú)選用快速的準(zhǔn)牛頓最優(yōu)化非線(xiàn)性最小二乘新算法或常規(guī)高斯－牛頓法，也可以混合使用高斯－牛頓法和準(zhǔn)牛頓法；5)可使用具有相同尺度的等截面模型單元或隨深度增大而逐漸擴(kuò)大截面積的變截面模型單元，程序允許設(shè)置的模型層數(shù)可多達(dá)27層。6)輸入輸出數(shù)據(jù)文件均采用txt文本字符格式，便于使用各種儀器輸出的數(shù)據(jù)；輸出的成果圖像還可以選擇普通圖像文件格式和SURFER等值線(xiàn)文件格式。7)具有較強(qiáng)的壞點(diǎn)刪除，測(cè)線(xiàn)數(shù)據(jù)拼接、拆分，測(cè)線(xiàn)反向、數(shù)據(jù)編輯等數(shù)據(jù)預(yù)處理功能；8)可控制調(diào)節(jié)的參數(shù)多，便于提高反演計(jì)算效果?？烧{(diào)的參數(shù)主要有：阻尼系數(shù)、阻尼深度系數(shù)、阻尼系數(shù)優(yōu)化方式、模型單元電阻率范圍、垂向平滑濾波(fz)與水平平滑濾波(fx)的阻尼系數(shù)比、模型單元尺度、反演收斂極限、截止均方誤差、迭代次數(shù)等。（二）GDF軟件特點(diǎn)

（三）GDF正反演模型遞增厚度變截面模型等截面模型（三）GDF正反演模型（四）模型計(jì)算結(jié)果模型參數(shù)：低阻體從第19測(cè)點(diǎn)開(kāi)始(x=95m)，延續(xù)到第24測(cè)點(diǎn)(x=120m)。高阻體從第30測(cè)點(diǎn)開(kāi)始(x=150m)，延續(xù)到第35測(cè)點(diǎn)(x=175m)。模型正反演結(jié)果簡(jiǎn)表（PIV1.8G/256MB筆記本計(jì)算機(jī)）0.231/4.40.375/2.510425溫納γ0.193/6.50.377/2.016630溫納β0.177/3.90.269/2.111459溫納α0.184/8.70.373/3.925731二極0.155/9.70.370/2.8211134偶極-偶極0.197/5.00.384/1.713589對(duì)稱(chēng)四極0.152/6.70.381/2.115779反向單極梯度0.146/6.70.357/2.615779正向單極梯度0.103/12.40.320/3.3281558雙向單極梯度反演擬合均方誤差(%)/反演時(shí)長(zhǎng)(分)正演時(shí)長(zhǎng)(秒)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)裝置類(lèi)型1A雙向單極梯度裝置正演成果正向反向擬合誤差0.103％，耗時(shí)12.4分正向單極梯度原始斷面反向單極梯度擬合斷面反向單極梯度原始斷面正向單極梯度擬合斷面模型及反演成果斷面

1B雙向單極梯度裝置(NMAMN

)反演成果2A正向單極梯度裝置(三極裝置AMN

)正演成果擬合誤差0.146％，耗時(shí)6.7分?jǐn)M合斷面原始斷面模型及反演成果斷面2B正向單極梯度裝置(三極裝置AMN

)反演成果3A反向單極梯度裝置(三極裝置MNA)

正演成果擬合斷面原始斷面模型及反演成果斷面3B反向單極梯度裝置(三極裝置MNA

)反演成果擬合誤差0.152％，耗時(shí)6.7分4A對(duì)稱(chēng)四極裝置(AMNB

)正演成果4B對(duì)稱(chēng)四極裝置(AMNB

)反演成果擬合斷面原始斷面模型及反演成果斷面擬合誤差0.197％，耗時(shí)5.0分5A偶極－偶極裝置(ABMN

)正演成果擬合斷面5B偶極－偶極裝置(ABMN

)反演成果原始斷面模型及反演成果斷面擬合誤差0.155％，耗時(shí)9.7分6A電位裝置︵二極AM

︶正演成果擬合斷面原始斷面模型及反演成果斷面6B電位裝置︵二極AM

︶反演成果擬合誤差0.184％，耗時(shí)8.7分7A溫納α裝置(AMNB

)正演成果擬合斷面原始斷面模型及反演成果斷面7B溫納α裝置(AMNB

)反演成果擬合誤差0.177％，耗時(shí)3.9分8A溫納β裝置(ABMN

)正演成果擬合斷面原始斷面擬合誤差0.193％，耗時(shí)6.5分8B溫納β裝置(ABMN

)反演成果9A溫納γ裝置(AMBN

)正演成果擬合斷面原始斷面模型及反演成果斷面擬合誤差0.231％，耗時(shí)4.4分9B溫納γ裝置(AMBN

)反演成果三、反演實(shí)例秦始皇陵2-2線(xiàn)雙向單極梯度(NMAMN

)反演成果(bmp格式)正向單極梯度擬合斷面正向單極梯度原始斷面反向單極梯度擬合斷面反向單極梯度原始斷面模型及反演成果斷面

秦始皇陵2