高密度电法浅部不均匀体影响效应及校正方法研究

摘要

高密度电法作为电法勘探的重要分支，以地下介质的电阻率差异为物理基础。目标体相对背景地层的电阻率差异将反应在高密度测量得到的数据上。故以测量所得的不同电阻率值作为判断标准，即可以判别不同岩性，得到目标体的相关信息。然而地下介质中，存在电阻率差异的往往并不仅限于人们定义的目标体，所有的电阻率不均匀体都将使高密度测量的数据产生变化。这些变化使得测量曲线发生扰动、畸变、失真，最终影响地球物理工作者对目标体信息的正确识别。
　　 我们定义目标地层以上的电阻率相对不均匀的非目标体为不均匀体。所有的不均匀体都将在高密度数据中产生异常。其中，浅部不均匀体对高密度数据的影响相对较大。它严重影响原始曲线形态，造成相对较深位置的目标体的异常被削弱、掩盖。给地球物理工作者获取目标体信息造成困难。本文目的即研究浅部不均匀体在高密度电法数据中的影响效应，及削弱或消除该影响的校正方法。
　　 本文第一章介绍此研究工作的背景、意义，以及国内外的研究现状等。第二章叙述高密度电法的基本原理和方法。在第三章，作者主要研究浅部不均匀体对高密度视电阻率数据的影响效应。首先采用Loke(1999)开发的RES2DMOD正演模拟软件，以相对高、低阻为研究对象，建立单个和多个不均匀体分别处于不同深度时的正演模型。在不同装置情况下，对这些模型进行正演计算，获得高密度视电阻率数据等值线剖面。其次，通过对这些剖面的分析，得到浅部不均匀体对高密度视电阻率数据的影响规律并通过对几例实测数据的分析，验证了上述规律。最后，作者从地下电流场分布原理出发，分析不均匀体影响高密度数据的原理，为实现减小或消除浅部不均匀体影响的校正方法提供理论基础。
　　 在第四章，作者介绍了几种目前使用较多的校正方法：比值法、多点圆滑法、中值圆滑滤波法，并对理论数据和实测数据进行试验。结果表明，这几种方法在实际生产中存在种种弊端，需要研究新的高效、准确的校正方法。
　　 在第五章，经过作者的大量计算，总结出能有效减小过失误差的一元三点插值算法，能突出数据异常和压制斜向畸变与偶然误差的中值空间滤波法，以及能判断不均匀体影响范围并进行校正的半二阶差分法。最终，作者总结了一套校正流程。通过第六章里四个实例的验证，此校正方法被证明能有效削弱浅部不均匀体的影响，还原深部电阻率值的真实性。
　　 综上，本文通过对不同测量装置时各种浅部不均匀体模型的正演结果，以及对存在浅部不均匀体时实测数据的分析，总结出了不同测量装置情况下浅部不均匀体对高密度数据的影响规律及特征，并从地下电流场的分布规律出发，分析了该影响的产生原因。在此基础上，针对存在浅部不均匀体时高密度数据体的具体特征，对比以往的各种校正方法，探索出了一套连贯性的校正处理方法。通过使用该方法对正演模拟数据和工程实测数据的校正试处理，验证了该校正方法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题的背景及意义

1.1.1 选题的背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 国内外研究现状

1.2.2 发展趋势

1.3 主要研究内容和研究方法

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 研究方法

1.4 本论文所做的工作

第二章 高密度电阻率法基本原理和方法

2.1 高密度电阻率法概述

2.2 高密度电阻率法的基本原理

2.2.1 地电场所满足的偏微分方程

2.2.2 大地电阻率的测量

2.2.3 视电阻率的微分形式及其物理意义

2.3 高密度电阻率法的电极装置(排列)类型

2.4 野外工作方法

2.4.1 装置的选择

2.4.2 极距的确定

2.5 高密度电法相对常规电法的特点

2.6 本章小结

第三章 高密度电法浅部不均匀体影响特征及原因分析

3.1 正演模型中浅部不均匀体影响效应分析

3.1.1 RES2DMOD正演软件

3.1.2 浅部不均匀体导致测深曲线的畸变现象

3.1.3 正演模型中浅部不均匀体影响特征

3.1.4 正演模型中浅部不均匀体影响随深度变化规律

3.2 实测数据中浅部不均匀体影响特征

3.3 正演与实测数据中浅部不均匀体影响对比分析

3.4 高密度电法浅部不均匀体影响原因分析

3.4.1 半无限空间电流场

3.4.2 浅部不均匀体对电流场的影响分析

3.4.3 浅部不均匀体引起视电阻率畸变的分析

3.5 本章小结

第四章 浅部不均匀体影响各处理方法对比分析

4.1 各处理方法原理概述

4.1.1 比值法概述

4.1.2 多点圆滑法概述

4.1.3 中值圆滑滤波法概述

4.2 各处理方法的校正效果对比分析

4.3 本章小结

第五章 高密度电法浅部不均匀体影响校正方法研究

5.1 高密度电法数据分布

5.2 插值法压制数据误差

5.2.1 数据误差来源

5.2.2 一元三点插值算法

5.2.3 插值处理效果分析

5.3 中值空间滤波法突出数据异常

5.3.1 空间滤波法

5.3.2 中值空间滤波算法设计

5.3.3 滤波处理效果分析

5.4 校正阈值的计算与校正方法原理

5.4.1 半二阶差分法定校正阈值

5.4.2 校正方法原理

5.5 正演数值模拟验证校正方法

5.5.1 校正正演模拟低阻不均匀体影响

5.5.2 校正正演模拟高阻不均匀体影响

5.6 高密度电法数据处理方法流程

5.7 本章小结

第六章 工程实例应用分析

6.1 实例一：地表单个不均匀体影响校正

6.1.1 实验概况

6.1.2 资料处理效果分析

6.2 实例二：地表两个不均匀体影响校正

6.2.1 实验概况

6.2.2 资料处理效果分析

6.3 实例三：黄陵一矿某工作面顶板富水性高密度电法探测

6.3.1 测区概况及施工设计

6.3.2 资料处理效果分析

6.4 实例四：榆阳煤矿某工作面顶板含水层富水性高密度电法探测

6.4.1 测区概况及施工设计

6.4.2 资料处理效果分析

6.5 本章小结

第七章 结论及展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

附录