本文關(guān)鍵詞：電阻率法層析成像研究及其應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電阻率法層析成像已經(jīng)越來越成為資源勘探、水文地質(zhì)調(diào)查、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查及工程地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域的重要手段。相較于地面直流電阻率法而言,借助于鉆孔實施的井地、地井及井間模式的電阻率法層析成像更加能夠獲取了地下深部的信息。本文主要闡述了利用非線性共軛梯度法技術(shù)實現(xiàn)的電阻率二維和三維正反演軟件,針對野外實際情況或可能存在的情況做了大量的正演數(shù)值模型和理論模型反演,并對實測數(shù)據(jù)進行了解釋。本文利用有限差分法求解點源在不同深度時正演問題。利用高斯-賽德爾迭代法和ICCG法實現(xiàn)了正問題中具有大型、稀疏、帶狀特征的矩陣方程組的求解。通過正演數(shù)值模擬驗證了擴邊、邊界條件等因素對正演結(jié)果的影響,同時驗證了兩種迭代算法的正演計算效率。通過大量模型試驗分析,選擇了對正演結(jié)果計算精度最高且計算效率最優(yōu)的算法模塊組合完成了正演模塊的集成,這一工作為下一步的反演模塊的完成奠定了基礎(chǔ)。對于三維電阻率法的反演方面,采用了最小構(gòu)造模型共軛梯度法的實現(xiàn)了井地、地井、井間等模式的兩極、四極裝置條件下的三維電阻率法反演,并結(jié)合前人在電阻率法反演工作中的成果,實現(xiàn)了最佳固定的阻尼因子和隨迭代次數(shù)變化阻尼因子的反演計算。并且實現(xiàn)了對多源條件下電阻率法正、反演的并行化,給計算機中所有線程分配不同源的正演計算和反演模塊中不同源所形成的雅克比矩陣的計算。并行化使得反演計算速率得到了很大提高,為處理大量數(shù)據(jù)和大計算量的實時反演成像提供了基礎(chǔ)。最后,利用完成的正演模塊對地質(zhì)條件較復(fù)雜的測區(qū)進行了剩余場的擬合解釋;利用完成的二維反演模塊對臺灣介壽國中山體滑坡區(qū)進行了雨水入滲過程的監(jiān)測,通過對雨水入滲過程的實時監(jiān)測,獲取了電阻率圖和RWS圖進而圈定了雨水入滲的優(yōu)勢通道和剪切滑移面的位置,根據(jù)實時監(jiān)測結(jié)果評估山體滑坡災(zāi)害發(fā)生的可能性較低;利用二、三維反演模塊對內(nèi)蒙多金屬礦區(qū)的井地電阻率法數(shù)據(jù)并結(jié)合鉆孔資料進行約束反演和綜合解釋,取得了較好成果。
【關(guān)鍵詞】：電阻率法層析成像 數(shù)值模擬 高斯-賽德爾迭代法 ICCG法 并行 反演 金屬礦勘探 雨水入滲監(jiān)測
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P631.322
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究的目的和意義11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 電阻率法層析成像的研究、應(yīng)用現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 電阻率法層析成像三維正、反演算法研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 研究內(nèi)容14-15
• 1.4 論文創(chuàng)新點15-17
• 第2章 原始觀測數(shù)據(jù)的處理17-24
• 2.1 原始觀測數(shù)據(jù)的處理流程17-20
• 2.1.1 平均法分離人工電位和自然電位18-19
• 2.1.2 排序法分離人工電位和自然電位19-20
• 2.2 實測數(shù)據(jù)處理與分析20-22
• 2.3 理論數(shù)據(jù)模擬處理與分析22-23
• 2.4 小結(jié)23-24
• 第3章 電阻率法正演理論及數(shù)值模擬24-62
• 3.1 穩(wěn)定電流場的基本關(guān)系式24-26
• 3.2 裝置系數(shù)26-29
• 3.2.1 供電在地表26-27
• 3.2.1.1 四極裝置26-27
• 3.2.1.2 三極裝置27
• 3.2.1.3 二極裝置27
• 3.2.2 供電在地下27-29
• 3.2.2.1 四極裝置28
• 3.2.2.2 三極裝置28
• 3.2.2.3 二極裝置28-29
• 3.3 連續(xù)性條件29
• 3.3.1 電位分布的連續(xù)性條件29
• 3.3.2 電流密度法向分量的連續(xù)性條件29
• 3.3.3 電場強度切向分量的連續(xù)性條件29
• 3.4 邊界條件29-31
• 3.4.1 第一邊界條件30
• 3.4.2 第二邊界條件30
• 3.4.3 混合邊界條件30-31
• 3.5 電阻率法有限差分法理論31-40
• 3.5.1 差分方程推導(dǎo)31-32
• 3.5.2 差分方程的建立32-40
• 3.6 邊界條件的處理40-41
• 3.6.1 上界面邊界條件的處理40
• 3.6.2 其它界面邊界條件的處理40-41
• 3.7 線性方程組的解法41-43
• 3.7.1 松弛迭代41-42
• 3.7.2 ICCG法42-43
• 3.8 數(shù)值模擬試驗43-60
• 3.8.1 正演數(shù)值模擬最優(yōu)方法選擇43-48
• 3.8.1.1 低阻球體模型試驗43-45
• 3.8.1.2 單個低阻塊體模型試驗45-47
• 3.8.1.3 低高阻塊體共存模型試驗47-48
• 3.8.2 模型計算與地表視電阻率響應(yīng)分析48-60
• 3.8.2.1 井中供電電源深度對異常影響試驗49-51
• 3.8.2.2 礦體水平尺度的大小對異常影響試驗51-52
• 3.8.2.3 供電位置偏離礦體對異常影響試驗52-56
• 3.8.2.4 礦體傾角變化對異常影響試驗56-58
• 3.8.2.5 礦體厚度變化對異常影響試驗58-60
• 3.9 小結(jié)60-62
• 第4章 三維電阻率層析成像反演研究62-106
• 4.1 電阻率反演方程62-64
• 4.2 電阻率法反演方法回顧64-68
• 4.2.1 Born近似反演方法64-65
• 4.2.2 最大似然反演方法65-66
• 4.2.3 非線性反演方法66-68
• 4.3 最小構(gòu)造反演68-87
• 4.3.1 最小構(gòu)造反演方程70
• 4.3.2 共軛梯度法計算模型修改量70-72
• 4.3.3 兩極裝置條件偏導(dǎo)數(shù)矩陣的計算72-77
• 4.3.3.1 單個點源供電情況72-75
• 4.3.3.2 多個點源供電情況75-76
• 4.3.3.3 偏導(dǎo)數(shù)的對數(shù)化76-77
• 4.3.4 四極裝置條件偏導(dǎo)數(shù)矩陣的計算77-78
• 4.3.5 耦合系數(shù)關(guān)于電導(dǎo)率偏導(dǎo)數(shù)的計算78-82
• 4.3.6 光滑系數(shù)矩陣的計算82-85
• 4.3.6.1 二維模型情況82-84
• 4.3.6.2 三維模型情況84-85
• 4.3.7 Lagrange乘子85-86
• 4.3.8 反演擬合精度86
• 4.3.9 正反演模塊的并行化86-87
• 4.4 理論模型反演及分析87-104
• 4.4.1 阻尼因子對二維反演結(jié)果的影響87-88
• 4.4.2 光滑矩陣權(quán)系數(shù)對二維反演結(jié)果的影響88-89
• 4.4.3 兩極裝置條件下不同方法三維反演結(jié)果比較89-91
• 4.4.4 四極裝置反演分辨率的影響因素討論91-97
• 4.4.4.1 電極布設(shè)對反演分辨率的影響91-94
• 4.4.4.2 網(wǎng)格剖分密度對反演分辨率的影響94-95
• 4.4.4.3 研究區(qū)擴邊處理對反演分辨率的影響95-97
• 4.4.5 旁側(cè)異常體對反演解釋的影響97-103
• 4.4.5.1 單個異常體情況99-100
• 4.4.5.2 兩個異常體情況100-102
• 4.4.5.3 三個異常體情況102-103
• 4.4.6 并行化模塊計算效果比較103-104
• 4.5 小結(jié)104-106
• 第5章 實例106-124
• 5.1 電阻率法層析成像在山體滑坡區(qū)進行雨水入滲的監(jiān)測106-113
• 5.2 電阻率法層析成像在金屬礦勘探中的應(yīng)用113-123
• 5.2.1 正演擬合法在金屬礦勘探中的應(yīng)用113-114
• 5.2.2 電阻率法反演在金屬礦勘探中的應(yīng)用114-123
• 5.2.2.1 井地模式二維反演與解釋114-116
• 5.2.2.2 井地模式二、三維反演與解釋116-120
• 5.2.2.3 井地模式鉆孔資料約束電阻率反演與解釋120-123
• 5.3 小結(jié)123-124
• 第6章 結(jié)論與建議124-126
• 6.1 結(jié)論124-125
• 6.2 建議125-126
• 致謝126-127
• 參考文獻127-137
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文13

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