二阶差分法在电阻率测深中的应用

基于偏导数和统计学方法的电阻率测深二维反演程勃;底青云【摘要】为了获得详细直观的视电阻率测深数据的反演结果，本文研究了利用视电阻率测深数据的偏导数变化和统计学参数，设计初始模型的反演方法。

该方法先判断地层电性结构类型，再圈定目标体位置。

利用包含地下地层参数的偏导数信息和一维反演结果的统计学特征，设计出有层参数和地层结构的初始模型。

在此基础上使用遗传算法修改模型，配合二维有限元法正演达到拟合误差最小，从而完成电阻率测深数据的二维反演。

此法的优点在于初始模型与真实的地层结构有很大的相似性；不需要解大型线性方程组，降低计算量；反演过程中独立计算总体拟合误差和异常体影响区域拟合误差，指导优先变异方向。

反演后给出直观的解释结果。

对理论模型及实测数据试算证明该方法可以获得较实用的反演效果。

【期刊名称】《石油地球物理勘探》【年(卷),期】2012(047)006【总页数】8页(P1006-1013)【关键词】电阻率测深;二维反演;偏导数;统计学;遗传算法【作者】程勃;底青云【作者单位】中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院工程地质力学重点实验室,北京100029 中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院工程地质力学重点实验室,北京100029【正文语种】中文【中图分类】P6311 概述电阻率测深方法广泛应用于大地分层及探测地质构造等问题。

电阻率测深数据定量解释是人们非常感兴趣的研究课题。

多年来人们研究了多种正反演方法，也取得了很好的效果。

尤其是正演模拟的有限元计算方法已经获得了成功[1～6]，在普通的个人计算机上就可以完成二维、三维地质模型的计算。

在二维、三维电阻率测深数据反演问题中，初始模型设计往往成为困扰反演算法的问题，设计模型太简单，可能会无法接近拟合误差极小，而设计模型复杂人为干扰增多[7～11]。

如果可以了解地层结构的类型，进而设计出最接近实际地层结构的初始模型，反演计算的速度和效果会有较大改善，并且反演结果准确、可信。

二阶数值差分法
二阶数值差分法是一种常用的数值计算方法，用于求解微分方程或方程组的数值解。

该方法基于泰勒展开式，利用函数在某点的一阶和二阶导数来逼近函数在该点的值和一阶导数值。

具体地，对于微分方程y'=f(x,y)，差分步长为h，取近似点(x_n,y_n)，则有：
y_{n+1} = y_n + h f(x_n,y_n) + frac{h^2}{2}f'(x_n,y_n) + O(h^3)
其中f'表示f对y的偏导数，O(h^3)表示高阶无穷小量。

这个公式被称为二阶数值差分公式。

与一阶数值差分法相比，二阶数值差分法的精度更高，但计算量也更大。

在实际应用中，常常需要权衡计算精度和效率的因素，选择适当的数值差分方法。

- 1 -。

差分原理的理解与应用1. 什么是差分原理差分原理是一种常用的数字信号处理技术，用于对信号进行去噪、滤波、边缘检测等操作。

它基于对信号进行差分运算的原理，利用差分后的信号来提取原始信号的特征。

差分原理在图像处理、音频处理、通信系统等方面有着广泛的应用。

2. 差分原理的基本原理差分原理的基本原理是通过计算相邻时间点或空间点上的差异，来刻画信号的特征。

在一维情况下，可以使用一阶差分或二阶差分来表示信号的变化率或曲率。

一阶差分可以用于边缘检测，而二阶差分则可以用于边缘加强。

在二维图像处理中，可以使用水平差分和垂直差分来计算图像的梯度。

梯度表示了图像中每个像素的变化强度和方向。

通过梯度可以提取图像中的边缘信息，并进行图像增强、图像分割等操作。

3. 差分原理的应用3.1 图像边缘检测差分原理在图像边缘检测中有着广泛的应用。

通过计算图像的一阶差分或二阶差分，可以获取到图像的梯度信息。

根据梯度的变化可以确定图像的边缘位置。

常用的边缘检测算法包括Sobel、Prewitt、Canny等。

这些算法都是基于差分原理来计算图像的梯度，并对梯度进行门限处理来检测图像的边缘。

3.2 信号滤波差分原理还可以用于信号的滤波。

通过计算信号的差分，可以去除信号中的高频噪声，从而平滑信号。

差分滤波可以应用于音频处理中去除噪声、图像处理中去除椒盐噪声等。

3.3 运动检测差分原理在运动检测中有着重要的应用。

通过对连续帧图像进行差分运算，可以提取出图像中的移动部分。

基于差分原理的运动检测能够实时检测到视频中的运动物体，常用于视频监控、人脸跟踪等领域。

3.4 数据压缩差分编码是一种常见的数据压缩技术，它基于差分原理对数据进行编码。

差分编码利用相邻数据点之间的差值来表示原始数据，从而减少数据的存储和传输量。

差分编码常用于图像和音频压缩领域。

4. 总结差分原理是一种常用的数字信号处理技术，通过计算差分获取信号的变化特征。

差分原理在图像边缘检测、信号滤波、运动检测、数据压缩等方面有广泛的应用。

二线法接地电阻测量原理最近在研究二线法接地电阻测量原理，发现了一些有趣的东西，今天来和大家聊聊。

咱们先从生活中的一个现象说起吧。

就像我们想要知道从家到超市的路有多远，我们需要有个工具或者方法，比如看地图用比例尺算，或者开车用里程表测。

那在电路里呢，接地电阻就像是从电路到大地这个“目的地”之间的“距离”，我们也需要测量出来，这个时候二线法就上场了。

二线法接地电阻测量啊，简单说呢，它是用连着被测接地装置的两根导线（就像两个信使），一根导线用来把测量设备发出的信号送到接地装置那儿，另一根就负责把从接地装置返回的信号带回来给测量设备。

就像你对着山谷喊一声（发出信号），然后听山谷给你传回的回声（返回信号），咱们就可以根据这个来回过程算些东西出来。

但这里边其实有点小复杂哦。

测量设备送出一定的电流（这里电流就像一股水流），沿着接地装置流到大地里，然后又会回来一些电流，测量设备就检测这个出去又回来的电流参数。

在这当中，这两根线本身也是有电阻的，就像咱们走的路也不是完全平坦顺畅都没阻力一样。

这时候就需要一些计算来精准地确定接地电阻的大小了。

说到这里，你可能会问，那怎么把线本身的电阻影响去掉，好准确得到接地电阻呢？老实说，我一开始也不明白。

其实啊，这个测量设备它有自己的算法，利用一些已知的电路原理（欧姆定律之类的，就是电流、电压和电阻的关系那种基础理论，就像我们知道速度、时间能算路程一样）来计算真实的接地电阻。

打个比方吧，这接地装置就像一个有特殊功能的大水箱，大地是一个无限大的水库，那接地电阻就像是水箱和水库之间的输水管道粗细和长短等造成的对水流（电流）的阻碍程度。

这两根线呢，就像是从检测站到水箱，再从水箱返回检测站的两条小路，测量设备在检测站，要清楚这里面真实的输水阻碍，就要减掉小路自己的阻碍影响。

在实际应用案例中，比如说一些小的电器设备接地安装，我们要检测它接地好不好，就可以用二线法接地电阻测量，简单便捷。

不过这个方法也有注意事项呢，像被测接地装置不能太大或者太复杂，如果太复杂了，就像我们要去非常远又迷宫一样的山谷里头测回声，回来的信号就混杂太多，可能测不准了。

浅谈二线法和四线法测电阻采用不同的测量方法和不同的连接方式引入的测量误差不同,得到的测量精度也不同,如何根据需要减少测量误差是测试技术的关键之一;对这些特殊低电阻的测量,需要选择合适的电路,消除电路中电阻、漏电电阻、温度等的影响,才能把误差降到最小,保证测量精度;两线法和四线法是其中比较常见的测试方法,其中四线法具有灵敏度高、测量准确加上方法巧妙,使用方便、对电源稳定性要求不高等特点,因为四引线法较好地避免了接触电阻和导线电阻的影响,已被广泛地应用于安规电阻测试中;1 二线法与四线法简介两线法是用测试线将被测电阻导线也接到数字多用表上,连接线的电阻也算在被测电阻值里,无法将它们分开如图1所示;图1四线法也称kelvin法测电阻,用一对测试接电流源,另一对测试线感知线把被测电阻上电压降引入数字多用表进行测量;由于流过感知线的电流很小,所以测量的电阻值更接近真实值;四线没有电桥,完全只是用恒流源发送,电压计测量,最后给出测量电;图2应该说,电流回路和电压测量回路是否分开接线的问题;两线法—— 电流回路和电压测量回路合二为1,精度差;四线法—— 电路回路和电压测量回路独立分开,精度高,但费线; 2线制：传感器电阻变化值与连接电阻值共同构成传感器的输出值,由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高,用于测量精度要求不高的场合,并且导线的长度不宜过长;4线制：当测量电阻数值很小时,测试线的电阻可能引入明显误差,四线测量用两条附加测试线提供恒定电流,另两条测试线测量未知电阻的电压降,在输入阻抗足够高的条件下,电流几乎不流过电压表,这样就可以精确测量未知电阻上的压降,计算得出电阻值;2 二线法测试与四线法测试的原理2.1 普通二线测试原理通常的开短路测试方法即为普通二线测试,如图1所示,二线测试是目前普遍应用的一种方案;二线测试只有一个回路,所测得的阻抗为211r r R ++,即所测得的阻抗为电阻和待测线路阻值之和,而1r 和2r 与1R 相比不能忽略,甚至超过1R ,故无法精确测定被测电的阻值;二线测试的精度虽然不高,但是用来判断线路的开短路已经能满足绝大部分的需要;但仅适用于完全断线之测试,对于低阻值测试则无能为力;2.2 低阻四线测试原理四线连接方式如图2所示,连接有两个要求：对于每个测试点都有一条激励线和一条检测线,二者严格分开,各自构成独立回路；同时要求检测线必须接到一个有极高输入阻抗的测试回路上,使流过检测线的电流极小,近似为零;激励线即是电流供给回路,检测线即是电压测定回路,电流、电压两回路各自独立;电流供给回路两端子与电压测定回路两端子共计四端子,故称四线测试;四端子测试时电流供给回路与电压测定回路是个别独立的电流供给回路2端子与电压测定回路2端子,共计4端子,由于电压测定计内部非常高,故电压测定回路中排线阻抗、接触阻抗、内部阻抗皆可忽略,因此可精确测得被测电阻之微小阻值;四线法比通常的测量法多了两根,断开了电压测量端与恒流源两端连线;由于电压测量端与恒流源端断开,恒流源与被测电阻R、馈线R2、R3构成一个回路;送至电压测量端的电压只有R两端的电压,馈线R2、R3电压没有送至电压测量端;因此,馈线电阻R2和R3对测量结果没有影响;馈线电阻R1和R4对测量有影响,但影响很小,由于的输入MΩ级远大于馈线电阻Ω级,所以,四线测量法测量小电阻的准确度很高;3 结语四线法的优势,不仅消除了引线和接触电阻,还可以大大减少热电动势的影响;因为端子是发热的源泉,但分开后由于恒流的作用,到底串联多大电阻、甚至串联个电池,都没有关系了,都是恒流的,因此接线端子也可以用很普通的;另一方面,两个端子由于不流过电流,因此不发热,并且距离发热的电流端子保持一定的距离,也可以减少热传导过来,接线端子可以采用低热的;低阻四线测试技术是测试技术的新发展,弥补了二线测试技术不能测试低阻的缺陷,目前低阻四线测试技术还在发展完善中,随着时间的推移,低阻四线测试技术必将发挥越来越重要的作用;。

二维横向不均匀性对频率域电阻率测深的影响张勇军;贺文根【摘要】当地表或地下存在异常体时,电性的横向不均匀性会导致视电阻率测深曲线产生畸变.为了揭示横向不均匀性对频率域电阻率测深影响的规律,首先根据高频平面电磁波的趋肤效应,计算出异常体正上方测点测深曲线受电阻率横向不均匀性影响的起始工作频率,然后利用有限元法对含低阻体的二维模型进行正演计算,总结了横向不均匀性对视电阻率测深曲线的畸变特征.研究结果表明,地下介质的横向不均匀性影响与极化模式、异常体属性(厚度、宽度、电阻率)、频率相关.【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2015(012)005【总页数】7页(P637-643)【关键词】横向不均匀性;有限元法;频率域电阻率测深【作者】张勇军;贺文根【作者单位】中化地质矿山总局化工地质调查总院,北京10013;中化地质矿山总局化工地质调查总院,北京10013【正文语种】中文【中图分类】P631.2在频率域电磁测深中，地下介质电性结构的非均匀性对其观测有着很大的影响，如均匀半空间存在电性非均匀体、层状结构中存在横向电性不均匀体等地下结构，是研究视电阻率异常变化必须注意的问题。

在实际的工作中面对的基本上都是水平非均匀介质，因此在地表测的频率域电磁测深曲线不仅反映了测点下方垂直方向上电性的变化，也包含了测点附近一定深度内的电性结构信息[1]。

横向不均匀性对不同极化模式表现出不同的影响规律，用畸变的测深曲线对频率域测深曲线进行资料解释或者一维化的反演，往往得出错误的结论。

如果对横向不均匀性影响的校正不足，常常会导致在异常体上方测点附近出现陡立的视电阻率异常带，形成假的异常；如果对所有测点或所有频点都做校正处理即校正过分，常常反映不出真实的背景地质条件，甚至掩盖异常体[2]。

因此，为了保证数据处理的准确性和速度，本文对以下两个问题进行了探讨：①横向不均匀体影响了哪些临近测点或是测线的数据，即影响范围的问题；②横向不均匀体影响了哪些频段的数据，即在哪些频段测深数据不受横向不均匀性的影响或影响微弱，不需校正，可以看作是异常体本身的层状响应；在哪些频段测深数据受横向不均匀性的影响强烈，需要校正。