本文關鍵詞：復雜地形條件下基于電阻率法的對地可視化監(jiān)測技術研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：對地可視化技術是90年代以來逐漸興起的以可視化的手段進行地球物理探測的一門新興技術。近年來,隨著計算機硬件與軟件技術的不斷發(fā)展,大尺度的測量、海量數(shù)據(jù)的處理、圖像的直觀表達等要求使得該技術已經(jīng)成為地球物理學、水文地質(zhì)學、環(huán)境科學等眾多學科領域研究熱點。對地可視化主要涉及地球物理探測的可視化,主要包括電阻率成像、地震成像、探地雷達成像等多種物探成像技術,這些技術均通過被探測介質(zhì)的特性差異來建立成像模型。其中,電阻率成像技術因其近乎無損的探測方式、強大的成像能力以及多維、動態(tài)監(jiān)測等諸多優(yōu)勢而頗受關注,并在各領域取得廣泛的應用。然而,隨著科學技術的發(fā)展,各領域對電阻率成像質(zhì)量要求不斷提高,使該技術的發(fā)展遇到了一定的挑戰(zhàn)。其中較具代表性的且亟待解決的問題主要包括復雜地形成像理論、地形影響的消除、成像精度問題以及動態(tài)監(jiān)測問題。本研究即是在此背景下對電阻率成像方法目前遇到的緊迫性問題進行探討和研究,建立了復雜地形條件下的電阻率成像理論、融合地震數(shù)據(jù)的電阻率成像理論以及水文動態(tài)監(jiān)測應用,不僅豐富了電阻率成像領域的理論基礎,而且為電阻率法在各領域的廣泛應用奠定了現(xiàn)實基礎。研究主要包含以下幾個方面：1. 復雜地形地區(qū)電阻率的成像理論的建立：復雜地形地區(qū)電阻率的成像理論即對具有復雜幾何形態(tài)的測定目標體建立的有限元法成像技術。而此項技術的關鍵在于針對復雜地形的三維四面體剖分技術,現(xiàn)有的剖分軟件很難達到要求,存在剖分不完備的問題,在此背景下,本研究提出了基于CCVDT(constrained centroidal Voronoi-Delaunay triangulation)技術的三維四面體剖分方法,并使用C++程序語言編寫了相應的程序,該程序實現(xiàn)了剖分的全局優(yōu)化,去除了剖分中存在較大或較小體積微元的可能性,從而實現(xiàn)了涉及具有復雜幾何形態(tài)的測定目標體的快速準確剖分。此外,本研究使用Python語言編寫的DEM數(shù)據(jù)轉換程序,能夠為真實地形的剖分提供準確的點集陣列,也是真實地形剖分成功的重要條件。在此基礎上,本研究根據(jù)電場的基本理論,實現(xiàn)了復雜地形地區(qū)的有限單元法正演方法,從精度評判結果來看,該方法完全能夠高精度實現(xiàn)復雜地形地區(qū)的電阻率正演計算,為復雜地形地區(qū)的電阻率成像技術的完善奠定了基礎。2. 復雜地形地區(qū)電阻率成像的地形消除方法的建立：在復雜地區(qū)電阻率成像法正演的基礎上,本研究首先系統(tǒng)性地研究和探討了各種一維復雜地形的視電阻率響應特征、二維復雜地形的視電阻率響應特征以及相同地形不同電極布置位置的視電阻率響應。從特征曲線上可以看出,坡度大于15度的地形能夠對電阻率成像造成顯著影響,而低于15度的地形影響較弱。因此,對于坡度大于15度的地形,電阻率的畸變會隨著角度的增大而不斷增大,非測線方向的地形變化亦會造成視電阻率的顯著畸變。而對于不同的電極組合方式,由于感度的分布差異,電阻率的響應特征也具有明顯的差異,但對于地形角度的變化均呈正相關變化。沿山脊方向或者山谷走向的布線方向能夠使得地形影響最小化。并根據(jù)得到的視電阻率與地形的關系本研究針對不同的測定方式分別提出了二維、三維的地形影響消除方法,經(jīng)過系統(tǒng)性的驗證與對比,確立了這些方法的合理性及有效性,并成功運用于北山實測數(shù)據(jù)的處理,體現(xiàn)了該方法實際應用價值。3. 融合反射地震成像數(shù)據(jù)提高電阻率成像精度：為了進一步提高傳統(tǒng)的電阻率的成像精度,本研究提出了融合反射地震數(shù)據(jù)的電阻率法成像技術。該技術將處理后的反射地震數(shù)據(jù)作為電阻率反演的初始模型,為了電阻率反演提供了先驗條件。經(jīng)系統(tǒng)性測試與驗證可以看出,融合反射地震數(shù)據(jù)的電阻率成像理論不僅大幅度提高電阻率成像的精度,特別是提供了更精確的邊界信息,且使得反演成像計算中方程的收斂速度明顯加快。同時,該理論在北山實際探測中取得了較好的結果,基本能夠滿足各領域對于電阻率成像精度的要求。4. 電阻率對地可視化技術在水文領域的應用：由于傳統(tǒng)的水文領域的監(jiān)測與參數(shù)獲取存在一定的限制,利用電阻率對地可視化技術實現(xiàn)抽水過程的監(jiān)測及參數(shù)獲取一直成為本領域研究熱點,本研究首先開展了抽水試驗條件下的電阻率響應模擬,模擬結果表明了電阻率可視化技術能夠實現(xiàn)抽水過程中各方向的水位的變化即降落漏斗動態(tài)監(jiān)測。同時根據(jù)相關經(jīng)驗公式提出了利用電阻率數(shù)據(jù)獲取水文地質(zhì)參數(shù)空間分布的方法。并將此監(jiān)測方法成功運用于北山抽水試驗過程的監(jiān)測,嘗試性的獲取了該地區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)。電阻率成像技術在水文監(jiān)測領域的成功應用說明了其能夠為抽水試驗的動態(tài)監(jiān)測提供更為直觀的方法,并在相關參數(shù)完備的情況下可以得到相關水文參數(shù)的空間分布特征,具有極大的應用價值。
【關鍵詞】：對地可視化 電阻率成像法 地形影響 融合成像 可視化監(jiān)測
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P631.322
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-18
• 第一章 緒論18-33
• 1.1 選題意義18-20
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-28
• 1.2.1 復雜地形的ERT正演模擬的研究現(xiàn)狀20-23
• 1.2.2 復雜地形的ERT反演研究現(xiàn)狀23-25
• 1.2.3 數(shù)據(jù)融合成像研究現(xiàn)狀25-27
• 1.2.4 ERT在水文監(jiān)測領域的應用現(xiàn)狀27-28
• 1.3 研究目標、研究內(nèi)容及技術路線28-32
• 1.3.1 研究目標28-30
• 1.3.2 研究內(nèi)容30
• 1.3.3 技術路線30-32
• 1.4 創(chuàng)新點32-33
• 第二章 復雜地形電阻率成像的正演與反演33-51
• 2.1 電阻率成像的正演模擬33-45
• 2.1.1 點電源的基本方程33-34
• 2.1.2 三維邊值問題34-35
• 2.1.3 有限單元法35-37
• 2.1.4 地形單元剖分37-44
• 2.1.5 介質(zhì)視電阻率的確定44-45
• 2.2 電阻率反演成像方法45-48
• 2.2.1 感度的計算46-47
• 2.2.2 反演算法47-48
• 2.3 算法的精度48-50
• 2.4 本章小結50-51
• 第三章 復雜地形的視電阻率響應特征51-65
• 3.1 上坡、下坡地形視電阻率響應特征51-54
• 3.2 山脊、山谷地形視電阻率響應特征54-57
• 3.3 變Y地形視電阻率響應特征57-61
• 3.4 復雜地形條件下不同電極位置的電阻率響應特征61-64
• 3.5 本章小結64-65
• 第四章 復雜地形電阻率成像法的地形影響消除65-76
• 4.1 二維電阻率成像法中的地形影響消除66-69
• 4.2 三維電阻率成像法中的地形影響消除69-72
• 4.3 二維地形影響消除方法在北山地區(qū)的應用72-75
• 4.4 本章小結75-76
• 第五章 融合反射地震數(shù)據(jù)的電阻率成像法的理論與應用76-95
• 5.1 反射地震成像算法76-82
• 5.1.1 反射地震走時正演76-79
• 5.1.2 反射地震走時反演79-81
• 5.1.3 初至時間拾取81-82
• 5.2 ERT與反射地震融合成像方法82-84
• 5.3 融合成像理論的驗證84-91
• 5.4 融合成像理論在北山復雜地形中的應用91-94
• 5.5 本章小結94-95
• 第六章 電阻率成像法在抽水試驗動態(tài)監(jiān)測中的應用95-119
• 6.1 抽水試驗過程的電阻率響應模擬及參數(shù)獲取方法95-102
• 6.2 北山抽水試驗的監(jiān)測與滲透系數(shù)獲取102-118
• 6.3 本章小結118-119
• 第七章 結論及展望119-122
• 7.1 結論119-120
• 7.2 展望120-122
• 參考文獻122-134
• 攻讀博士期間的論文發(fā)表134-135
• 攻讀博士學位期間參與的科研課題135-136
• 致謝136-137

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