井地阵列电阻率法2.5D正反演技术与应用研究

摘要

相对于地面电阻率法而言，井中电阻率法由于将探测电极（包括供电电极和测量电极）靠近研究目标体，这样就可以获得比地面电法更大的异常，从而提高探测深度；同时，井中电法可以对研究目标进行不同方向探测，获得多个方向的探测数据，从而也可以提高探测精度和纵、横向分辨率。该方法已经广泛应用于环境地质、工程地质、水文地质和矿产勘查中，能得到地下介质更精细的电性结构特征，是目前城市工程物探、研究危机矿山深边部隐伏矿和高含水期油田剩余油分布的一种有效手段。　　传统的井中电阻率法包括井—地、地—井和井—井等工作方式，大多都是采用地面单通道（或两通道）仪器进行测量，绘制沿井轴或地面测线的视电阻率曲线，用以研究井周围介质的空间分布，以扩大钻孔的有效作用半径，如发现井周及井底深部盲矿，确定矿体相对于钻孔的位置、产状、形状、大小，追索和圈定矿体范围，在井间确定矿体的连续性等。本文所论述的井地阵列电阻率法主要研究点电流源在井中或地面等间距布设阵列电极，包括井—地（或地—井）、井—井和井—地—井等多种工作方式，采用E-SCAN观测方式测量，可以采集井中和地面密集的电测数据，通过井地2.5D电阻率正、反演，从而得到地下介质精细的电性结构。　　论文从点源二维电性介质出发，详述了点源二维有限单元法的基本原理。着重对井地方式网格单元剖分和反傅氏变换的波数的选取等进行了改进。通过比对均匀半空间和垂直接触面两个理想地电模型的理论值和数值计算结果，验证了正演算法的精确性和有效性。在反演方面，通过引入A．N．Tikhonow的正则化原理建立反演目标函数，以重加权正则化共轭梯度法作为反演方法，通过采用互换原理来求取雅可比矩阵，使算法更加简便。在正则化因子选取方面，给出几种选取方法，通过比较，本文利用灵敏度矩阵信息的快速算法来设置正则化因子。在不同地电模型的反演结果表明，本算法能较好地反映地电断面上地质体的空间位置，各地质体与围岩边界亦较为清晰。最后将井地阵列电阻率法应用到地铁工程对溶洞、破碎带和富水带等地质隐患的勘查中，通过合理选择工作参数，精细的处理及解释，并经过钻孔验证，取得了较好的应用效果。

目录

声明

1 绪论

1.1研究目的与意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容与成果

2 井地阵列电阻率法的基本理论

2.1稳定电流场的基本关系式

2.2 稳定电流场的连续性条件

2.3 稳定电流场的边界条件

2.4 井地阵列电阻率法电极布置

2.5 装置类型

2.6 本章小结

3 井地阵列电阻率法2.5D有限单元法正演理论

3.1 稳定电流场的边值问题

3.2稳定电流场的变分问题

3.3网格剖分

3.4 线性插值

3.5 单元分析

3.6 总体合成

3.7 线性方程组的求解

3.8波数K的选择

3.9正演算法验证

3.10本章小结

4 井地阵列电阻率法2.5D重加权正则化共轭梯度反演

4.1 目标函数的建立

4.2 重加权正则化共轭梯度反演理论

4.3偏导数矩阵的计算

4.4 正则化因子的选取

4.5 反演算例分析

4.6本章小节

5 井地阵列电阻率法的应用

5.1应用实例一

5.2应用实例二

6 结论与建议

6.1结论

6.2存在的问题与建议

致谢

参考文献