二维电阻率正演

第28卷 第3期物探化探计算技术2006年8月收稿日期:2005-03-13文章编号:1001)1749(2006)03)0187)07高密度电阻率法的2.5维反演软件罗延钟(中国地质大学,武汉 430047)摘 要:介绍了不平地形条件下高密度电阻率法2.5维反演的算法和程序,该程序可用于九种常用电极装置观测结果的反演。

对理论和实测数据的反演结果表明,该算法正确,程序运行稳定,反演效果很好。

关键词:高密度电阻率法;反演;不平地面中图分类号:P 63113+22 文献标识码:A 高密度电阻率法在我国水工环地质调查中应用已相当广泛,国内已有多家厂商生产高密度电阻率法的专用商业仪器。

但迄今国产的数据处理和解释软件,都仅限于数据处理和成图的定性解释[1]。

此前,还没有具有自主知识产权的国产定量解释软件。

国内使用的高密度电阻率法定量解释软件,都来自国外。

主要有三种获得方式:①重金购买。

最近的买价太贵,只有个别单位会买。

②从网上下载。

但是,下载只能得到/演示程序0,功能很有限。

例如,反演只能作2~3次迭代,不能做地形不平条件下的反演,以及反演结果只能以草图形式给出,不能获得相应的数据资料......等等。

③破解国外软件的加密措施,甚至在此基础上汉化国外软件的界面,变成/自己的0软件。

这是十足的盗版行为。

若仪器厂商为搭配销售自己的仪器,附带赠送或出售这种盗版软件,则是一种违法行为。

为避免出现上述尴尬情况,促进我国自己电法勘探软件的发展,受中国地质学会和中国地球物理学会的委托,由中科院院士徐世浙主持,于2005年4月中旬,在杭州召开了/全国电法及电磁法勘探正反演软件推优会0。

会议从参赛和报告演示的十五个软件中,优选出中国地质大学电法科研组的/高密度电阻率法正、反演软件0等四个具有自主知识产权的国产电(磁)法软件,作为/优秀软件0向全国推广。

这里将介绍该软件及其试算情况。

1 算法概述假设地面起伏和地电构造都是二维和具有相同走向的,观测剖面垂直于构造走向。

高密度电阻率法二维和三维有限差分正演计算高密度电阻率法（High-Resistivity Method，简称HRM）是一种用于精确描述电流在较大空间内散射和复杂反射情况下的分布和阻抗、电磁场和电动势场强度的方法。

它可以精确地计算出沿一个给定路径上电流和电场强度的分布，从而获得某一个时刻电阻地层的特点。

有别于PT和MT方法，HRM有明显优势，可以处理电磁参数和地质参数的复杂变化，适应复杂的反射现象，以及更好地解析各种地表以下界面及其结构形成的脉动反射特征。

HRM二维和三维正演计算都基于相同的数学模型，有一个主要的区别，即边界条件的处理不同。

二维正演计算是基于一维电磁方程组和单边带边界条件，而三维正演计算基于3维电磁方程组，具有等张场及大气层的沿着深度的变化。

HRM的数值正演模拟具有以下特点：（1）快速收敛：基于电磁方程组，通过精确描述电极间耦合时，就可以获得快速收敛。

（2）反射损失小：以解耦形式处理反射，它们的损失更小，从而可以更好地获得精确的结果。

（3）地质参数可调：由于地表以下空间有不同的地质参数，如电导率、磁导率等，只需简单地修改这些参数，就可以很好地模拟不同的深部地质结构。

HRM正演模拟分为2步完成：第一步建立模型，根据真实的地质情况设置正演路径，并确定正演模型的地表，地表以下的地质学参数及边界条件；第二步进行数值正演模拟，根据建立的模型，使用有限差分法的方法解决电磁方程，获得强度场及电场、磁场，并与水文地质诸要素参数建立联系以便反演出水文地质参数。

HRM正演模拟应用非常广泛，能够获得较精确的电流分布和阻抗、电磁场和电动势数据集，对地质勘查提供了有效的技术手段，例如辅助高精度的地质资料的获取和评价，预测浅层以及深部复杂地质结构非常有用，可帮助开发者识别和定位储层分布，有助于钻井现场安全和高效地进行。

电阻率层析成像的二维改进粒子群优化算法反演张倩;王玲;江沸菠【摘要】Particle swarm optimization ( PSO) is a global random search algorithm put forward by simulating the flock foraging in the process of social behavior based on swarm intelligence. Researchers have proved that PSO algorithm is an effective geophysical inversion method, and it does not rely on the initial model. Because the conventional PSO is easy to be stuck in relative extremum, slow conver⁃gence speed in the late and the inversion accuracy is not high, this paper presented an improved fully chaotic oscillations particle swarm optimization algorithm based on same conventional PSO theory. It improved the formula of updating speed, made the particles getting the difference between the current global best position quickly, enhanced the learning ability of particles. The paper did a two⁃dimen⁃sional numerical test on ERT data in matlab2012b programming environment,the results show that this algorithm inversion is not de⁃pendent on the initial model, increases the search space,and have higher inversion in accuracy than the standard PSO, and the image quality is better than that of Levenberg⁃Marquardt method.%粒子群优化算法（ PSO）是通过模拟鸟群觅食过程中的社会行为而提出的一种基于群体智能的全局随机搜索算法，已有研究学者证明PSO算法是一种有效的地球物理反演方法，不依赖初始模型。

1、程序简介RES2DINV是一种能自动确定电子成象测量资料的地下二维电阻率模型的最小二乘法计算机反演计算程序，适用于二维电阻率&激发极化资料快速反演，可用于约25～650个电极采集的大型数据（约100～5000个数据点）资料反演。

本反演计算程序除适用于电极布设于地面的正常勘查外，还可用于水下及跨孔高密度电阻率法勘查。

由于它是基于WINDOWS的程序，能支持任何与WINDOWS兼容的图形卡或打印机。

程序在1600X1200象素、256色的显示器上测试通过。

2、计算机系统需求由于反演计算需要运行二维逼近模拟和最小二乘子程序，本程序设计运行于80386及其以上的IBM PC兼容微机、操作系统为Windows 3.1、Windows 95或Windows NT。

在奔腾机上，进行50个电极的数据资料反演，仅需几分钟。

最低配置：48MB硬盘自由空间、16MB RAM、640×480 SVGA彩色图形系统、Windows3.1 或95操作系统、80386/387 80486DX Pentium, Pentium Pro or Pentium II CPU（或兼容CPU）。

建议使用800×600分辨率（对于14英寸或15英寸监视器）或1024×768分辨率（对于17英寸或21英寸监视器）、256色彩色SVGA图形模式。

如果需要处理多于300根电极、2000个数据点的资料，建议使用32MB以上内存的系统。

3、程序的安装使用在Windows环境下先运行安装盘上的SETUP.EXE安装程序，然后再运行硬盘res2dinv子目录下的JACOBWIN.EXE程序，完成系统安装。

此时，主程序RES2DINV.EXE以及支持文件（GRADWEN, GRADTWO and GRADDIP）、示例文件将被安装在硬盘的res2dinv子目录下。

双击RES2DINV图标，便可运行电阻率反演程序。

《电法勘探》实验报告二维高密度正、反演学院：地测学院专业：地球物理学姓名：学号：完成时间：2016.11.28二〇一六年十一月一、实验目的1.掌握高密度电法的噪声（飞点、白噪声）的滤波方法；；2.掌握高密度电法宏观地电断面的求取方；3.掌握高密度电法局部异常的求取方法；4.掌握高密度电法异常的划分方法（统计）；5.掌握高密度电法比值参数的求取方法；6.了解高密度电法二维反演的多解性问题；7.熟悉Res2Dinv软件的使用；8.学会用有限差分进行反演；9.学会用不同参数进行反演。

二、实验要求1.完成实验内容的资料处理；2.绘制处理前后的结果对比并分析；3.关于比值计算，先正演，再计算；4.分析二维反演结果多解性的原因；5.完成报告编写。

三、实验设备计算机，Res2Dinv软件，Res2Dmod软件、Sufer软件。

四、实验内容1.在Res2Dmod软件中建立一个二维模型并用高密度中的一种装置进行正演；2.用1中的结果在Res2Dinv软件中进行反演；3.用Res2Dinv软件反演的数据在Sufer中画图；4. 用Res2Dinv软件反演的数据求T值；5.将实测数据去噪、滤波、求取局部异常、划分局部异常。

五、实验步骤及结果1. 在Res2Dmod软件中建立一个二维模型，如下图所示：图1.模型图2.将正演模型(winner装置)以反演的格式输出(.dat) ，结果如下图：3.将正演数据用有限差分和有限元分别进行反演，结果如下图：图2 有限元反演视电阻率断面图图3 有限差分反演视电阻率断面图3、实测数据经过移动平均滤波后反演结果：图4 原始数据与移动平均滤波后有限元反演视电阻率断面对比图4.求取实测数据的宏观地电断面---------可用低通滤波或利用滤波窗口的大小及周转次数求取宏观地电断面，结果如下图：图5 高斯低通滤波后反演视电阻率断面图5.求取实测数据的局部异常--------将去噪的数据（背景值+局部异常）减去低通滤波的数据（背景值可认为是低频，故低通后剩下的事背景值）就可得到局部异常，结果如下图：图6局部异常视电阻率断面图六、实验结论通过有限差分和有限元方法对比可知，这两种方法反演出的结果差别不大，对反演结果的影响的不大；从不同的模型的反演的结果来看，用不同的初始模型，反演出来的结果出入很大，也进一步说明了反演的不唯一性，启示我们在实际工作中因注重反演的多解性，不能一概而论，应该给它一些其他的约束条件，结合一些其他资料进行综合解释，提高解释的准确性。

电阻率测深的正演和反演作者：刘小凤来源：《科技与创新》2016年第08期摘要：电阻率测深（以下简称“电测深”）是以岩矿石的导电性差异为基础，分析电性不同的岩层沿垂向分布情况的一种电阻率方法。

采用在同一测点上逐次扩大供电极距的方式可以使探测深度逐渐加大，从而得到观测点处视电阻率沿垂直方向的变化情况。

论述了电测深的基本原理和电测深一维正演的两种方法，即直接由电阻率公式正演和空间域数字滤波正演，设计了线性滤波的正演程序，并根据傅良魁“关于电测深正演计算的改进”对源程序进行了两次改进，使得计算任意极距上的视电阻率成为可能。

探讨了应用最优化方法进行数值反演，设计了拟合视电阻率的反演程序，并对原有的阻尼最小二乘法进行了改进。

另外，结合实际论述了野外数据处理。

关键词：电阻率测深；线性滤波；电测深正演；电测深反演中图分类号：P631.4+4 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.08.106直流电测深是最常用、最成熟的地球物理勘探方法之一，因其装置简单、操作简便、曲线易于解释等优点被广泛应用于地质构造，铁路、公路路基勘查，地下水、矿场资源勘察中。

自1912年首次进行直流电测深以来，相关理论和技术得到了不断的发展。

当前，关于电测深的计算和解释的研究很多，本文以通俗易懂的方式介绍电测深的原理、方法及简单的数据解释处理。

1 电测深简介电测深数据处理的流程为：首先将数据从电法仪传到电脑中，然后进行预处理、查找坏值、填补空缺值，使野外采集的数据更接近实验理想情况。

预处理后，对电测深数据的处理其实就是根据视电阻率随极距的变化划分出不同电性层的垂向分布，并计算各电性层埋深。

20世纪90年代以前，电测深资料的处理和解释通常采用量板方式。

所谓“量板解释”，就是将电测深理论曲线图册称作“量板”，将野外实测曲线与量板对比，求出地电断面中各层的厚度和电阻率。

此后，随着计算技术的发展，研究出了电测深一维反演技术，并在实际应用中取得了一定的成果。