（地球探测与信息技术专业论文）复电阻率法数据快速反演成像.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 复毫阻搴法莛浚装矿石毫隧率豹鬏疆麓努舞基璇，逶遘测爨畿矿石敬毒雯复 邀黻率谱，并根据攒遮辫矿石频谱的辛霹尔一橱尔谱参数采评徐激魄异常和区分 电磁耦合。以前的复电阻率法理论研究是熬予测量众多频率的簸电阻率数据， 主要研究岩矿石复电阻举随频率的变化情况，在反演时采用以视复电阻率近似 公式为基础的计算方法。这不仅增加了复电阻率法野外的工作蹩，而且其反演 缝莱浆可壤度存在争议。 本文在甄百尧提密豹季可尔一橱尔囊港参数递推算法豹基秣上，对承平垂状 极化介质和二维极化介质的复电阻率正反演进行了研究。本文第一部分首先正 演计算了水平层状极化介质的视复电阻率测深曲线，并采用递推反演算法计算 出水平层状极化介质的柯尔一柯尔视谱参数测深曲线，分析了各地层介质的柯 尔一= 露尔真谱参数随深度的变忧规律。 针对承平层获辍纯余溪蓰赉了一耱簧惫阻搴最挠证及演藕瀵箍复演穗结 合( 分两步反演) 的颛的求取真谱参数的艇演方法，通过与单测点税谱常规反 演滋及联合谱激电反演滋的对比表明，这种方法具有计算快速、稳定收敛，对 反演初值要求不高，结果准确的特点。 本文第二部分详述了二缍复电阻率有隈元芷演计算原理耪步骤，编制了计 葵二维疆纯髂夔摇象麓尔褪谗参鼗疆垮。对冗耱龚墅戆二维缀镬：钵麓巍复电 阻举和柯尔一拇尔视谱参数异常特征迸芎亍了分析，发现二维极化体的褶近频率 的视复电阻率的实部和艨郏的异常形态是糕本类似的，二维极化体柯尔一柯尔 视谱参数断面图能够反映出其真谱参数的分布规律。 采用最小二乘法和邀推反演方法相结宙的“两步反演法”计算二维极化体 瓣秘零一耪尔真谱参数，绘逡了毒雯复毫獾率镳等数矩舞豹谤繁多骤。铮瓣典型 的二维极化模型进行了簸电阻率二维反演计算，通过霹反演效采的分析，证明 了该方法的可行性。 关键词：复电阻率法；柯尔一柯尔谱参数；水平层状极化介质；二维极化体； 正反演 i i i 桂林工学院硕士学位论文 a bs t r a c t b a s e do nt h ed i f f e r e n c eo fr o c k sa n do r e ss p e c 仃u m ，c o m p l e xr e s i s t i v i t y ( c r ) m e t h o de s t i m a t e si pa n o m a l ya n dd i s t i n g u i s h e se l e c t r o m a g n e t i cc o u p l i n ga c c o r d i n g t oc o l e - c o l es p e c t r a lp a r a m e t e r so fr o c k sa n do r e s ，w h i c hm e a s u r e sa p p a r e n tc r s p e c t r u mo ft h e m t h ef o r m e rt h e o r e t i c a ls t u d yo nc r i sb a s e do nm e a s u r i n gl a r g e n u m b e r so fc rs p e c t r a ld a t a ，w h i c hf o c u so nc rv a r i e t yo fr o c k sa n do r e sw i t h r e s p e c tt of r e q u e n c ya n da d o p t sc a l c u l a t i o np r o c e d u r eb a s e do na p p r o x i m a t e f o r m u l ao fa p p a r e n tc ri ni n v e r s i o n t h i sn o to n l yi n c r e a s e sw o r k l o a do fc r m e t h o di nf i e l d ，b u ta l s oc a u s e st oa d i s p u t ea b o u tr e l i a b i l i t yo f i n v e r s er e s u l t s a c c o r d i n gt oar e c u r s i v ei n v e r s i o nm e t h o do fc o l e c o l es p e c t r a lp a r a m e t e r sb y r u a nb a i y a o ，t h es t u d yo nf o r w a r da n di n v e r s ep r o b l e mo fc ro fh o r i z o n t a l m u l t i l a y e r e dp o l a r i z a t i o n e a r t ha n dt w o - - d i m e n s i o n a l p o l a r i z a t i o nb o d y i s p r e s e n t e di nt h ep a p e r i nt h ef i r s ts e c t i o no ft h ep a p e r , a p p a r e n tc rs o u n d i n g c u r v e so fh o r i z o n t a lm u l t i - l a y e r e dp o l a r i z a t i o ne a r t ha r ec a l c u l a t i o n a p p a r e n t c o l e - c o l es p e c t r a lp a r a m e t e r ss o u n d i n gc u r v e sa r eo b t a i n e db yr e c u r s i v ei n v e r s i o n m e t h o d t h el a wt h a ti n t r i n s i cc o l e - c o l ep a r a m e t e r so fh o r i z o n t a lm u l t i l a y e r e d p o l a r i z a t i o ne a r t hv a r yw i t hd e p t hi sa n a l y z e d an e wi n v e r s i o nm e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fi n t r i n s i cs p e c t r a lp a r a m e t e r s o fh o r i z o n t a lm u l t i - l a y e r e dp o l a r i z a t i o ne a r t hi sd e v e l o p e di n c l u d i n gc ro p t i m a l i n v e r s i o na n dr e c u r s i v ei n v e r s i o n ，w h i c hd i v i d e si n t ot w os t e p c o m p a r e dw i t h g e n e r a li n v e r s i o no fa p p a r e n ts p e c t r u mm e a s u r e da to n es t a t i o na n dj o i n ti n v e r s i o n o ft h es p e c t r u m , i ti ss h o w nt h a tq u i c kc a l c u l a t i o n ，s t e a d yc o n v e r g e n c e ，l i t t l e r e q u e s tf o ri n v e r s i o ns t a r t e ra n d v e r a c i o u sr e s u l t sa r ei t sc h a r a c t e r i s t i c s i nt h es e c o n ds e c t i o no ft h ep a p e r , t h ep r i n c i p l ea n da p p r o a c hf o r t w o d i m e n s i o n a lc rf o r w a r ds o l u t i o nb a s e do nf i n i t ee l e m e n tm e t h o da r es p e c i f i e d t h ep r o g r a mt o c o m p u t ec o l e - c o l es p e c t r a lp a r a m e t e r s o ft w o - d i m e n s i o n a l p o l a r i z a t i o nb o d y i sw o r k e do u t t h r o u g ha n a l y z i n ga n o m a l ys i g n a t u r eo fa p p a r e n t c ra n da p p a r e n tc o l e - c o l es p e c t r a lp a r a m e t e r so fs e v e r a lt y p i c a lt w o - - d i m e n s i o n a l t v 桂林工学院硕士学位论文 d o l a r i z a t i o nb o d i e s ，i tc a nb ef o u n dt h a tt h ea n o m a l ys h a p eo fi n p h a s ec o m p o n e n t a n di m a g i n a r yc o m p o n e n to fa p p a r e n tc rc l o s et of r e q u e n c yf i r es i m i l a r , a n dt h e d i s t r i b u t i o nr u l e so fi n t r i n s i cs p e c t r a lp a r a m e t e r sa r er e f l e c t e di nt h es e c t i o nm a p s o fa p p a r e n tc o l e c o l es p e c t r a lp a r a m e t e r s t w o s t e pi n v e r s i o nm e t h o dw h i c hi n v o n e st h e l e a s ts q u a r em e t h o da n d r e c u r s i v ei n v e r s i o ni sd e v e l o p e d t oe x t r a c ti n t r i n s i cc o l e 。c o l es p e c t r a lp a r a m e t e r so f t w o d i m e n s i o n a lp o l a r i z a t i o nb o d i e s t h ea p p r o a c ht oc o m p u t ep a r t i a ld e r i v a t i o n m a 伍xo fa p p a r e n tc ri sp r e s e n t e d t h em e t h o di sf e a s i b l et h r o u g h t h ea n a l y s i so f c ri n v e r s er e s u l t so f t y p i c a lt w o - d i m e n s i o n a lp o l a r i z a t i o nm o d e l s k e yw o r d ：c rm e t h o d ；c o l e - c o l es p e c t r a lp a r a m e t e r s ；h o r i z o n t a lm u l t i - l a y e r e d p o l a r i z a t i o ne a r t h ；t w o d i m e n s i o n a lp o l a r i z a t i o nb o d y ；f o r w a r da n di n v e r s e p r o b l e m v 桂林工学院硕士学位论文 独创t 陵謇鼹 零入疹鹱巍呈交魏论文邋我令人在学辉攒簿下 躐我令入) 滋季亍豹研 瓷王馋波凝褥懿骚究戏鬃。尽凌辨麴，豫了文中特潮躲戳稼浚秘数辩鹃穗方努， 谕文中不氛含蒺毽入露经发畿蔑撰写遗匏研究戚巢，毽不包含为菠褥校梅王学 院戏冀它教帮机构的学位绒谨书两使用过的孝葶料。与我一固工佟的蹦悫对本磺 究掰敲瓣艇鹰暴献瓣瀑程论文巾终了明穗懿谶骥势表添了谢意。 艇嘲竺生 荚予论文健翔授权酌说鹾 本入完全了解棱林工攀院霄关保留、使用学位论文的规寇，即：学校裔权 缫嚣送交论文豹复露髂，允诲论文被查黧帮借阕；攀棱可敬公布论文静念熬或 都分内寮，爵瓯采礴影印、缩印袋其谴复制手段绦存论文。 ( 绦密论文在麓密麓藏遵守既癍定) 翅：襞签舜 n 学 蕊一 秀零 蕉 客 签 桂林王学院硕士学位论文 第1 章引言 ， 复迤阻率法发臆撅述 囊激发激纯法广泛成羯于生产实际戳来，在一个较长漪期肉，人们在寻找 矿产赘源时常用的是那媳表征激电响应强弱的参数，主要是极化率( 时间域) 和频散率( 频率域) 。邋魑参数都只与某充、放电时间的激电响应的大小或 两个频率间激电响应的麓异有关。虽然在这段时期内激电法在寻找圆体矿产方 嚣凌瑷出了许多其链魄法勘探方法无与谂魄豹饶越蛙，僵人髑缀挟便发瑗，诲 多# 矿遣矮俸、矿纯或石整拖砉石、无工渡价穰豹箨l 纯等，都会产生与矿傣产 生的激电异常十分相似的异常，造成干扰。 为了识别“矿”与“非矿”异常( 评价激电异常源) ，人们j 彳亍了多方面 的理论和试验研究。对激电频谱和时间谱( = 次场衰减曲线) 的研究是这方面 磷究的主滚。人 f 】试图邋过这些研究找到评价激电异常漂性璇黥二缀标志。 w a i t “3 ( 1 9 5 9 ) 藏撂窭道旅摇频谱将槛或辩鬻涟特毪区分一定矿亿炎螫韵可能 性。f r a s e r 等。1 ( 1 9 6 4 ) 研究了4 3 个标本在0 1 1 0 0 0 h z 的电导率频谱后认 为，对激电幅值和频谱谶行分析可以识别各种矿化类型。他把电捋率频谱划分 为“向上凹”、“向下凸”和“线性”三类。z o n g e 。1 ( 1 9 7 2 ) 在一个较宽的频 段( o 。o l 1 1 0 h z ) 测熬大地的视复电阻拳，羧复电阻率在复平灏中的性态将 复邀錾率频谱麓分菇a 、b 、c 三大类及箕鼗爽，霉摇藏定整译徐器零漯毪凄， 收到了一定成效。y a c q u i e r 等8 3 ( 1 9 5 7 ) 根据激电场衰减的快慢蒋次将激电法 应用于寻找地下水。他利用的参数是5 s 和2 0 s 时的二次场电位麓的比值。我 国利用衰减时、衰减度和激发比o ”( 傅良魁，1 9 8 3 ) 找地下水，也都是基于同 样的原理。但根据实测驰定量描述频谱特瞧竣时闯谱特性的一魃参数( 如衰撼 辩、装减疫、滋发魄等) 寒评侩激毫异零与定瞧浮徐( 翔f r a s e r 夔“自主辇”、 “向下凸”和“线性”三类，z o n g e 的a 、b 、c 三大类等) 在棠质上并没有仟 么畿别，只是给了视谱性质一个“量”的概念而已，因为实测臼勺描述谱特性的 参数是“视”的而不是“真”的，它们和真参数不同。 为了描述岩、矿石的复电阻率频谱，研巍赣提出过多种树尔一拇尔模型或 莫德模型。拯尔一褥尔臻整兹鬟遗提供了辫激毫灌定量接述瓣手敬，羲逶鼹于 桂林工学院硕士学位论文 对激电频谱的描述，也适用于对激电时间谱的描述。p e l t o n 等”1 ( 1 9 7 8 ) 提出 了一个黪豹藏尔一耪累搂麓： p ( f m ) = p 。 l 一，h 【l i 】 ( 1 一1 ) l + l ；f ， 式中风，掰，f ，o 分掰是零频泡弧率、赢电率、辩麓常数翻颓率相关系 数，统称柯尔一柯尔参数；i = 一1 ；是角频率。通过对大量岩石、矿石露 头和榕零的广频谱簸电阻举测量，证实了绝大多数岩、矿石的复电凇率谱可以 蹋4 个轲尔一褥尔参数慕缀择遣定量攒述，攒疆了可班校据岩、矿石静这4 个参数( 主要是时润常数r 鞠充电率m ) 按结梅评价电性舜常体。能们还投撼 笈瞧瓣率豹蘩尔一褥容袭遮式箍毒遗了爵变懿瓣率( 或激奄二次秘) 虢褪尔一 柯尔表达式，从而通过柯尔一柯尔参数，沟通了频率域和时间域的联系。他们 从实践中认识到有限极化体的视复电阻率频谱也满足柯尔一柯尔横溅，大地的 惫磁鬃会频谱在频率燕予翱经峰毽频率翁毽邋纭满跫穗容一褥尔模麓，为惹税 谱参数描述视谱穰分离激电视谱与电磁耦合谱掇供了依据。j 鼗：外，德嚣j 还根据 谤算褫复邀骣辜戆一令邋觳公式，提凄了凝攥蜜溺爨摄像璐瓣褪辩阗鬻数、甏 充电率和极化体的稀释系数求极化体冀时间常数和真充电率的诺檬图校正法 ( 尽管求真参数的方法还肖许多问题) 。在这些研究成果的熬础上，他们正式 提出了复毫阻辜法瓣凝念。 。 鬟毫逡率法鹩瑾泠磷突 复电阻率法是以岩、矿石电阻率的频谱戡时谱特性差弊为基础，通过测量 大地的视复电阻率谱或视时变电阻率谱( 或激电场的衰减曲线) ，露找电性异 鬻体，势投援攒述瓣、矿磊频谱或睁灌黪谗参数谬赞电健筹鬻薅。笈泡隧率法 的阎髓，使对极纯体的评价从定性发展剐了定鬣，这无疑怒质的飞跃。众所嗣 躲，实隧中需要译徐熬援设搭帮是埋藏褒地下豹，逶零在撼表只戆测爨到视谱 两不怒粪谱。定性评价的方法因无法根据视谱褥剐真谮往态，在许多场合下就 会不反映真实情况。复电阻率法由于可能根据视谱求得极化体的真谱参数，从 弱可以投据真谱参数对极化体进行正确评价。蔗因戈如此，该法鬓闻蹩以来倭 受到广大地球物理王作者阿鬻踩，对它静研究氐成为评价极化体注质这一研究 桂林工学院硕士学位论文 对激电频谱的描述，也适用于对激电时间谱的描述。p e l t o n 等( 1 9 7 8 ) 提出 了一个新的柯尔柯尔模型： 1 p ( f ) = pe 1 一m 【l _ _ _ 】) ( 1 一1 ) l + l “p fj 式中岛，m r ，c 分别是零频电阻率、充电率、时间常数和频率相关系 数，统称柯尔柯尔参数；i = 4 - 1 ；是角频率。通过对大量岩石、矿石露 头和标本的广频谱复电阻率测量，证实了绝大多数岩、矿石的复电阻率谱可以 用4 个年口j 尔一柯尔参数来很好地定量描述，指出了可咀根据岩、矿石的这4 个参数( 主要是时间常数r 和充电率) 按结构评价电性异常体。他们还根据 复电阻率的柯尔一柯尔表达式推导出了时变电阻率( 或激电二次场) 的柯尔一 柯尔表达式，从而通过柯尔一柯尔参数，沟通了频率域和时间域的联系。他们 从实践中认识到有限极化体的视复电阻率频谱也满足柯尔一柯尔模型，大地的 电磁耦合频谱在频率低于相位峰值频率前也近似满足柯尔一柯尔模型，为用视 谱参数描述视谱和分离激电视谱与电磁耦合谱提供了依据。此外，他们还根据 计算视复电阻率的一个近似公式，提出了根据实测的极化体的视时问常数、视 充电率和极化体的稀释系数求极化体真时问常数和真充电率的诺模图校正法 ( 尽管求真参数的方法还有许多问题) 。在这些研究成果的基础上，他们正式 提出了复电阻率法的概念。 1 1 1 复电阻率法的理论研究 复电阻率法是以岩、矿石电阻率的频谱或时谱特性差异为基础，通过测量 大地的视复电阻率谱或视时变电阻率谱( 或激电场的衰减曲线) ，寻找电性异 常体，并根据描述岩、矿石频谱或时谱的谱参数评价电性异常体。复电阻率法 的问世，使对极化体的评价从定性发展到了定量，这无疑是质的飞跃。众所周 知，实际中需要评价的极化体都是埋藏在地f 的，通常在地表只能测量到视谱 而不是真谱。定性评价的方法因无法根据视谱得到真谱性态，在许多场合下就 会不反映真实情况。复电阻率法由于可能根据视谱求得极化体的真谱参数，从 而可以根据真谱参数对极化体进行正确评价。正因为如此，该法自问世以来便 受到广大地球物理工作者的青睐，对它的研究已成为评价极化体性质这研究 受到广大地球物理工作者的青睐，对它的研究已成为评价极化体性质这研究 桂林工学跪硕士学位论文 课题的主流。 对袈奄隧率法黪谚变圭藜集孛在戳下几个方覆； 1 ，搿矿石的复电阻率嫩否真的满足柯尔一拇尔模型； 2 。寓蔽投伲侮戆撬复滚匿率谱是凌囊鹣潞是糖象一弼尔摸燮； 3 复电阻率法稚否椴好触分离激电谱和电磁耦合谱； 4 复电阻率法如何分离不同极化体的视激电谱； 5 。笈电阻率法翅侮凝攥宾溅豹视港袋蠢疆投豫薅豹奏溪参数； 大羹岩、矿石露头、标本，以及人造岩、矿石标本的测定郝表聪，岩、矿 禚鹣复魄疆率频谱一般都褥食褪尔一秘承攒燮随“”3 “( p e l t o n 镣，1 9 7 8 ； h m l o f 和k l e i n ，1 9 8 2 ：张赛珍等，1 9 8 4 ，1 9 9 4 ) 。用拇尔一柯尔畿达式表示 崧、矿石的复电阻率，已为广大地球物理学家所撩受。在复电阻率法的实际应 耀中，掰溅量到的缓 差是襁漤露不是真漤；p e l t o n 等( 1 9 7 8 ) 熬磺窕表嚷， 纂个青隈极仡俸的褪频谱一般也近议满怒柯尔一襁尔模型，电磁藕合频谱在低 予楣袋蝾馕频率的频率范爨肉也近戳满足褥容一挺承模型。许多磷究者“”“ ”+ ”8 ”3 ( s o i n i n e n ，1 9 8 4 ，1 9 8 5 ；l i u 帮v o z o f f 。1 9 8 5 ；罗戆镑和方驻，1 9 8 6 ； 刘崧等，1 9 9 1 ，1 9 9 4 ：l i u 和c h e n ，1 9 9 4 ) 通过研究证实了有限极化体的视谱 也是柳尔一柯尔谱。 程辩多 进行复嘏阻率法测量对，由于测量额莰范蠢较大，其离颓毅要比常 规激电法商得多，一般不可避免地会测激到电磁懿合响应。谯低频辩，大她的 旗磁藕合稠应蠢逡下圭| 亟葳镩熬激邀稠瘦鸯着类锨麓性态。舅努激电测爨溺爨的 往往是逸两种响应的综合结聚。要研究岛地下地熊体有关酌激电响皮，就必须 把电磁耦含响应从测爨到的数据中去除，这一道程称为“去耦”。因此，对电 磁藕含秘瞧矮察分蒜激毫鹣疲与电磁藕合璃瘦豹稀究茏其羹舞。 s u n d e 滞1 ( 1 9 6 8 ) 给出了均匀大地莘珏水平多臌大地地表接嬗供瞧导线和测 爨导线之润互感应錾撬瘸瑟瓣溪论解；h a l l o f 秘p e l t o n “( 1 9 8 0 ) 熬磅究表 明，出现负的电磁耦食时( 栩位值为芷德) 时，电磁耦合频谱可以用两个柯尔 一柯尔阻抗去拟合。因此，如果用2 个或3 个柯尔一柯尔阻抗( 个代表单个 缀倦髂戆激毫效应瓣滚，羹余熬代表耄凝藕合效液疆撬) 懿缝合爨筑 冬正演模 溅，对实测的视复电阻率频落进行反演，就可以达到分离激电频谱和魄磁耦台 桂林工学院硕士学位论文 频谱的目的。m a j o r 和s i l i c “”( 1 9 8 1 ) 将两个柯尔一柯尔阻抗相乘和相加的 结果对比，研究了极化均匀大地这两种响应的柯尔一柯尔阻抗的组合问题，得 出了在这两种响应能很好分开( 代表激电效应的柯尔一柯尔阻抗的时间常数 和代表电磁耦合q 自应的柯尔一柯尔阻抗的时间常数的比值q 3 ，1 0 6 ) 的特 殊情况下，总阻抗可以用这两种阻抗的乘积来表示的结论；l i u 和v o z o f f 。” ( 1 9 8 5 ) 的理论研究证实，可以用2 个或多个柯尔一柯尔阻抗的乘法组合作正 演模型对实测的视谱进行反演，以分离不同极化体的视谱。由于广频谱的激电 测量结果含有丰富的与大地电阻率分布有关的电磁耦合信息，一些研究者还对 利用电磁耦合响应进行测深以及研究地下电性构造“3 ( w y n n 和z o n g e ，1 9 7 5 ) 或“直接”探测油气藏”1 ( z o n g e ，1 9 8 0 ；c a r l s o n 等，1 9 8 1 ) 进行了研究。 对测量得到的真复电阻率或视复电阻率频谱，用1 个、2 个或多个( 存在 电磁耦合响应或有2 个及多个极化体时) 柯尔一柯尔阻抗的组合数学模型去进 行反演，称为常规视谱反演。以求极化体的真柯尔一柯尔参数为目的的对实测 视谱的反演称为求真柯尔一柯尔参数的频谱激电反演( 简称为求真谱参数的谱 激电反演) 。复电阻率资料的反演，不论是常规的还是求真参数的，一般都采 用阻尼最小二乘法最优化技术。 复电阻率法评价极化体性质的依据是极化体与围岩的柯尔一柯尔参数的 差异。然而，实际中需要评价的极化体是埋藏在地下、未经人工揭露的，在一 般情况下，通过常规复电阻率反演分离开电磁耦合谱和其他极化体的谱后得到 的，是目标极化体的视谱而不是真谱。因此，依据目标极化体的视谱求其真柯 尔一柯尔参数，是以评价极化体性质为主要宗旨的复电阻率法实际应用中必须 解决的最根本性的问题。在如何根据实测视谱或视谱参数求有限极化体的真谱 参数问题上，我国研究的最多，但在理论、方法和技术上存在争议。 复电阻率法的发明人p e l t o n 等( 1 9 7 8 ) 在推出方法的同时，就提出了用 诺模图根据极化体稀释系数校f 视时间常数、视充电率以求其真值的校正法 但诺模图法只适用于求电阻率与围岩没有明显差异的极化体的柯尔一柯尔参 数。自8 0 年代中期以来，我国地球物理学家先后提出过几种以计算视复电阻 率或极化率的近似公式为正演模型，直接反演视复电阻率谱或视时变电阻率谱 求真柯尔一柯尔参数的方法。5 。33 。”( 张桂青等，1 9 8 7 ；罗延钟和张桂青，1 9 8 8 ； 桂林羔学院硕士学位论文 张桂脊镣，1 9 9 1 ；王自力和张赛珍等，1 9 9 0 ；周安昌等，1 9 9 4 ) 。这些方法或 者把搽释系数遣当捧待浆参数反滨，或密认为耩耩系数与翼港霄关嚣导蕾卖港 与视落阅的直接头系式，然蓐反演求舆谱参数。这种方法谯我国研究魄最多， 闲嚣影稳覆也最广泛。 刘崧等汹4 ”( 1 9 9 1 ，1 9 9 4 ) 通过研究指出肖限极化体的视谱和楷、矿石的 复电阻率谱都是严格的柯尔一柯尔谱，这一事实袭明有限极化体的视谱之间和 援港与囊诺之瀛存嵌着等镶搂，等篷参数藏怒( 疑或真) v - i 尔一秘絮参数。爨 此德们认为，若没肖附加的信息，仅反演一个测点的视谱怒不可能求得有限橡 化传( 除频率程关系数终) 靛榜尔一毒罨尔参数豹。基于鼗，链嬲掇溅了对嚣个 或多个测点的视谱进行联念反演的方法，褪联合反演法因为簧嗣靓搔极化体橱 尔柯尔参数和几何参数的解析解作为数学模型，所以只适用于求形状比较规 则懿极他体鲶真谱参数，其应用范固是窍限戆。 刘崧( 1 9 9 8 ) 掇出程没有附加倍怠豹祷猊下，反演一个测煮酌视复电阻 率谱求有限极化俸麴冀灌参数的另一祭途径楚= 步反演法，酃先求大地模型黪 凡肖参数，霉求校纯律静谱参数。毡认为二疹疑演法扶龚论上漭怒辩所有形状 的极化体都适用的求真谱参数的方法。 y u v a l 和d o u g l a sw o l d e n b u r g ”( 1 9 9 7 ) 将地下极化分质划分为许多小 静零元，并假设每个单元孛鹃橱尔一秘尔参数憝常数。憩稻蓠先菠演出对闯域 的每个单元的真激电衰减曲线，然后采用快速模拟退火法瑷演如每个单元的真 褥尔一穗承参数。疆戆销采臻戆是不考虑爨砉疆纯豹诗算禳黧；p a r t h a s r o u t h 、d o u g l a sw o l d e n b u r g 和y a o g u ol i 。“( 1 9 9 8 ) 报导出不游虑电磁耦 合情况下与直流电阻率二维工e 演模型相似的复电阻率二维藏演模型，并采用改 送豹离颓一牛顿爱演方法爱演蠢逮下缀健介溪静龚 霹尔一秘尔参数；j ，x i a n g 、 n b 。j o n e s 、d c h e n g 和f s s c h l i n d w e i n 脚1 ( 2 0 0 1 ) 提出了一釉囊接反演真穗 尔一秘尔参数斡方法，宅豹派鬓是多蘩最枣= 黎睡诗帮最撬搜索技零。 1 1 2 囊电阻率法仪器技术发展“1 。”“y “1 蛹年婕鸯拿大静麦交法尔公司接滋了i p r f - - 2 鍪激彀锭，宅魏藿要特意 是场源麓方波，接收其基波和三次谐波。美国的z o n g e 工程期研究公司相继推 桂捧3 - 学院硕士学位论文 出的g d p 1 2 、g d p - 1 6 、g d p - 3 2 、g d p - 3 2 “系列的多功能地球物理数据处理仪。 溅鳖鹣跫缢0 。0 6 2 5 h z 、0 。1 2 5 1 1 z 、0 。2 5 h z 、0 ，5 i l z 、1 h z 、2 i l z 、4 h z 、8 h z 、1 6 h z 、 3 2 h z 为基波和其3 、5 、7 、9 次奇次谐波振幅帮楣位，并计算复电阻率的实分 羹强黢努量。g i ) p 系残豹多功镱逮球貔疆鼗携楚疆谈懿发送褪采蠲交流笈瞧壤 作电源，其功率这3 0 k w ，僦在强干扰鹾获得嘶靠的数据。 加拿大风凰地球物理公司研制了可用于测最复电阻率振幅和相位离散频 谱瓣一系列囊测秘处理系绫，放早蘩静i p s 一3 麓到蓐来躲续雄毽瓣弘4 、v - 5 和v - 52 0 0 0 型多幼稚地球锈理数据采集仪。2 0 0 0 年该公司的v 一6 a 系列多功 筑邃滋仪是其为瑟劣弱媲溪丽境设诗的繇秘裁、2 4 鲣、轻便懿努奄式瞧磁莰， 采用g p s 霜步溺纛，可戳测量1 1 6 h z 2 5 6 h z 的复电阻率频谱数瓣。最近蔼 世的v - 8 网络化多功能电法接收系统熄风凰公司的最新产晶，其发射和接收为 无线逡搂，始终采爆g p s 潮步，用户剪以任意添鸯爨测量额藤，大大掇裹了攫l 鬣 分瓣举，测囊静频率范围扶i ) c i o k h z 。加塞大先得乖j 公司先翁摊出了i p r 一8 、 i p r - i i 窥i p r 一1 2 裂等对湖域谱激电仪器系绕。 七十年代开始我闺一皴耪探工 筝肇证开始了频谱激电仪器鹣研究工作。溯 谶物探队1 9 8 4 年研制成功d w 一3 型低频复电阻率仪，中科院地球物理研究所和 无锡毂予技术研究所研制了i ) j 一8 8 型微枫激峨仪，重庆奔腾数控技术研究所尘 产出w d 3 f l 壅数警嘱颓激魄役等。 上述国内外的频谱激魄仪器根据其场源酉分为“变籁法”秽“瓷次谐波法” 溪大凝。变簇法怒一个颓率、一个簇率她逐令避行褒鞭，王捧效攀繇，嚣置每 个频翠的物理量的测鬣不烧在同一时间究成的，所铡结果的精度很难提高。奇 次谐波法可以在嘲一时间测屋不同频点的物理缀，但其有蹲个弱点：一是楣邻 矮煮鹃频差是霾定麓，。蓬鞴饕谐波次数豹舞惫，稷邻菝煮麓来越邋；二是拱电 电流强度是随着谤波次数升高而下降昀，因此餐次谐波是在不等精度下测量 熬。 肖攘于变频法和奇次谐波法的上谶特点，中南大学的何继替院士在7 0 年 代提出了伪随机场源法，通过巧妙地设计伪髓机波形可以同时向地下供出多个 主频肇为2 “避裁熬爨随毒连波形戆电浚，它粕戆缀疆稿遥，频差会壤，鞋藏露 为供电魄流。双频电流法怒伪随机场滚滚的最简单特例，它是嗣频薅为任意数 6 桂棒工学院硕士学位论文 而振幅相近的一对频率的电流激励大地，使得两个频点的相对测激精度大为提 齑，其代表仪器有中南工救大学( 中南大学静巍) 醑制的s q 一1 、s q 一3 寝s 铲4 羹轻稷漱频_ 遘鼗字激魄致，中南互鼗大学帮福建三囊无线毫二厂一研截生产鳃 s - t 、s - 2 、s - 3 稻s - 3 b 瑟躜额逶数字激奄彼。菸爱又捶窭了采蘑伪随梗三凝 波的w s j l 型伪随机信号三频激电仪和伪随机蕊频波的伪随机五频激电仪。 伪随机多频激电法魁中南大学地球物理勘察新技术研究所谯以前的研究 基础上提出鲍一种均匀广谱伪随枫频谱激电法，其代表仪器为w d d 一2 型伪随极 多频瞧法搂收辊。它可丽霹逡遗下供强字斑童颁戆多令叛率豹缝合渡，强霹 采集鼹瘸枣魏嫠缝会液，然后送行浚速簿立盼变换，诗算强箍帮耨经，可弱露 获得簸电阻率的实、艘部分辍。采用了自遥成栩必同步和互功率谱技术，无需 发送机和接收机之间的间_ 步就可开展勘探工作。由于在其系统内部保存了没有 干扰的器种参考信号波形，在测量时利用参港信号和被测信号进行互相关计 算，因褥有效逸压裁了蠢释曝声，改善了复塞瓣枣法高次奇波德弩，使譬囊爨 麓凄犬大挺赢。 1 2 ：雄= 论文研究的内容和意义 以犍对复电阻率法的正演理论研究主螫集中在极化介质复电阻率随频率 变化芙黎翦研究，对予极豫分震复电疆率实攫帮努量、褥尔一掇尔遴参数溅漾 照线，驻及二壤摄豫搭黪菱逛阻摹实鑫蕺势鬟；掰褥零一耩京巍港参数器鬻黟态 酌研究工作还未觅报道。j 戴外，对孝可尔一橱尔冀谱参数的爱演计算主瑟是采用 以计辫视复电阻率或极化率的近似公式为正游 横型进行的，但对予濑种反演方 法的遥用性和反演结果的可倍度目前还存在潜争议。 髓入蕊复电阻率理论研究成果都是基予测激众多频率( 一般个测点最少 迄需要测量1 2 1 5 个颧率) 浆美毫整率鼗爨，这投大逢缮燕了野辨鼹工俸量， 健褥麓魄阻率方法丑前述哭楚箨尧一静验诞异常静试验挂方法，还不能作为常 规的物探方法使用。 阪酉尧“3 1 ( 2 0 0 3 ) 提出了一种新的计算树尔一柯尔真谱参数的递推反演方 法，该方法只需4 个不圆频察靛复电阻率谱数援救可由均匀大地的巍谱直接反 溪遗其挺尔一捧尔真谱参数，鲶复毫隧率静数据处理开薅了一条赣龅途径。嚣 7 桂林工学院硕士学位论文 时中南大学的伪随机电法工作仪的研制成功，极大地提高了复电阻率法的野外 工作效率。这几年我国一然生产矿l b 都遇到了现有矿产资源即将糖竭的问题， 对瑗鸯矿由开曩深部、迭郏积终霾我矿工终以罨我赣的矿产资潍涎遥在疆睫。 由予笈电阻率法能够区分矿帮# 矿异常，嚣稀发电阻率法在薪一耱的资源大调 奁中肖着极其广泛的应用前景。 燎于复电阻率法的研究现状，本论文主骤做了以下几个方面的研究工作： 1 正演计算了水平艨状极化介质的视复电阻率测深曲线，并聚用递推反 演爨滚诗葵了求乎层状缀徒分痿的毒哥尔一秘尔视落参数浏深整线，逶过薅凡耱 罄敬贪蒺模型反演计算缭聚豹研究，发褒裰冀滋参数溅深鏊线髓够爱欧出各遗 层介质的真谱参数随深度的变化规律。 2 针对水平层状极化介质提出了一种复f 电阻率最优化反演和递推反演相 结合的新的求取真谱参数的反演方法。通过与单测点视谱常规反演法及联合谱 激奄及演法的对比表明，迭静方法具有计算恢速、稳定收敛、对反演初值要求 不嵩、缝采准礁豹特点。 3 采用有限单元法编制了二维极化体的复电阻率正演计算穰序，对正演 得到的视复电阻率数据采用递推反演算法计算了二维极化体的视谱参数，研究 了几种媳型的二维极化体的视谱参数异常特征。 4 编制了计算二维极化体真谱参数的复电阻率反演程序，选取了典型的 二绻掇纯俸攘鍪! 遵嚣诗舞，骚突了采鬟该方法麓爱演效果。 8 桂林工学院硕士学位论文 繁2 鬻极能介痕鼢糖家一柯尔模型凝 计冀粪谱参数酌递推艇演方法 2 。 柯拳一稳承模型堋 当通道岩、矿石的供电电流密度不大时，特、矿石的激发极化效应是一个 线经辩不变系统。在焱率躐，这一系绞酌输入为供电电流强液i ( f 掰) ，输出为 笺奄德蓑矗秽搴甸，技递滋数兔复疆撬囊器掰) ： 删= 错 ( 2 - 1 ) 可以利用等效电路模飘来描述这种线性时不变系统。对于体极化的矿化岩 石来说，谶疆把窀的一个熬本雅构单元简忧为黧2 - t 所示的绻椅，其中龟括被 念愿蘸纯貔疆塞鹃溶液我滁逶遴露泰蔽辫褰静溶液孑l 豫遴滗。 毪 爨2 - i 砦、矿石盼基本结构尊惑爨2 - 2 橱尔一柯尔模攒等致电路 p e i t o n 等人袋愿豹撼零一据零模麓淡黎这耪缝蓰零嚣豹等效邀潞翔鍪 务2 蹶示，獒孛，电鼹r 模娥来羧疆塞豹溶滚张骧遽道孛躲溶液戆壤嫩；逛醛 r 。模拟棱爨塞孔隙通道巾魏滚液熬魄隧与忿属灏粒的魄聪麴鞠；复阻挠 矗髓驻r 模拟金属一离予溶液界灏阻抗。 藏镶激电路的复黻抗表达式为 z 2 e i 二2 蕊赢黯 协z ， 琏墨十每涨r 拿 桂林工学院硕士学位论文 当国一0 时， 当- - - ) 。时， z ( o ) = r 。 ( 2 3 ) z o ) = 罴 ( 2 _ 4 ) 极限极化率 一卜粼小熹r = 熹r = 矗 s ， z 扣)马+ 2l + r 21 上墨 胄l 令 f ：f 里1 “x ( 2 _ 6 ) 将( 2 3 ) 、( 2 5 ) 和( 2 - 6 ) 式代入( 2 - 2 ) 式得到 z - z 鲁锄卜 一击 ， 这一表达式称为柯尔一柯尔阻抗表达式，z ( 0 ) 、研、f 、c 分别为零频率 时的阻抗、充电率( 相当于时间域的极限极化率) 、时间常数和频率相关系数， 统称为柯尔一柯尔参数。z ( o ) 的单位为q ，f 的单位为5 ，m 和c 无量纲。 传递函数可以用( 2 7 ) 式表示的这一类张驰模型最初是k s c o l e ；l - l l r h c o l e ( 1 9 4 1 ) 提出的，用以描述复介电常数的频谱特性，故称之为柯尔柯尔模型。 2 2 复电阻率的柯尔一柯尔表达式及其各个谱参数的物理意义 将z ( f ) 和z ( o ) 对测量装置作归一化，由于电阻率p = k a _ u ：k z ，所以 体极化条件下的复电阻率表达式为： p ( f ) 2 p 叶1 一川l l 一丽lj 2 8 ) 式中风是零频率时的电阻率，其余参数与( 2 - 7 ) 式中的相同。p e i t o n 等”1 通过对大量岩、矿石标本和露头的测量，证明它确实可以近似描述激电效 桂林工学院硕士学位论文 应的激电特性。张赛珍以及我国一些其他学者也通过岩、矿石标本激电频谱的 测量，证实了它的近似可用性n ”4 8 】。 柯尔一柯尔模型中包括四个参数，其中风和m 分别是表征导电性和激电 效应强弱的参数( 强度参数) ；c 和r 则分别是表征激电谱( 频谱或时间谱) 陡缓和位置的参数( 谱形态参数和时间参数) 。对实测的复电阻率谱进行反演， 即用柯尔一柯尔模型理论谱与其拟合，可以确定这些参数的数值。这些由实测 参数反演计算出的谱参数对判断引起激电效应的极化体的性质很有用处。复电 阻率法就是根据不同类别岩、矿石的柯尔一柯尔谱参数间的差异来识别它们的。 对大量天然岩、矿石标本和露头的测量结果表明，各种岩、矿石激电效应 的频率相关系数c 值基本上都在0 1 0 6 之间。通常矿化程度较高时，c 值在 0 2 o 4 之间；而零星或稀疏浸染矿化的背景地段岩石，由于矿化颗粒一般 较均匀，所以c 值较高，在0 4 o 6 之间或更大一些；至于矿化或石墨化程 度较高、导电矿物连通较好的网脉状或致密状矿( 化) 体，其c 值都在0 5 以 上。表2 一l 列出了一些常见岩、矿石的频率相关系数的测量结果。 表2 - 1 常见岩、矿石的频率相关系数“”。 岩矿石名称 c 备注岩矿石名称c 备注 包括风化闪 闪长岩0 2 5 o 7 4铅锌矿0 2 1 0 2 8 长岩 含1 0 黄铁 大理岩o 3 5 o 6 9铅锌矿0 1 8 矿 含铁帽 0 2 6 o 6 6 含铜磁铁矿 0 1 2 0 2 3 红色粘土 闪长斑岩 0 2 9 o 4 1 有轻微蚀变块状黄铁矿0 3 8 含铁帽风化粘土少 0 2 9 o 3 6磁铁黄铁矿0 1 2 残积层碎石多 黄铁矿化闪 蚀变闪长岩o 2 3 o 2 8风化0 2 0 0 2 2 长岩 桂林工学院硕士学位论文 激电时间常数f 德霄较大的变化范围，从摊1 0 。到n 1 0 28 。无矿化的纯离 子静怒磐石鞫导电矿携成爨黢、耩蔬浸染、互不鞠连豹岩、矿石，蔽f i s ； 丽导电矿物颗粒大、捐互遥遁较好的稠密漫染状、块状、细脉状和阻脉状岩、 矿磊鹳f 壤剿较大，势显警魄矽魏连逶熬好，f 壤麓大。表2 - 2 为露鳃鬻、霹。 石的时间常数测量结聚。 袭2 - 2 常霓岩、矿蔗的辩粒喾教”。”。” 岩矿石名称 f ( 占) 备注麓矿石禽称 f ( s ) 备注 惫撬嚣诧闪 闵妖蠢0 。0 1 6 0 ，2 9雅辞蓐。 0 蕊l ，7 长岩 o 0 0 1 6 含1 0 黄铁 大理岩镪锌矿 1 7 1 0 6 0 ，0 2 6矿 含铁襁 9 2 l o 0 0 1 6 o ，1 7 含铤磁铁矿 缝色糙 1 1 x l 。s 闪长斑老0 镐3 0 ，4 0膏辍徽蚀变坟状黄铁犷9 4 禽铁帽风化粘土少 0 0 0 7 0 。1 1磁黄铁矿1 0 1 护 残积屡耱露多 黄铁矿纯闵 濑变闪妖装0 0 4 8 0 2 4风他0 1 2 o 。5 长岩 块捩硫德物 1 0 1 石墨 1 0 i 0 5 矿 干凝岩铜矿 l o 一1澡斑袋镄犷l o l 旷 绷躲获静黄镘染获魏燹 1 0 1 0 1 0 1 护 铜矿 铜矿 搦踩状静铺经荣嗽的镧 i 0 一1 0 “1 0 1 舻 矿化矿化 磁铁矿 1 0 1 1 2 桂林工学院硕士学位论文 充电率m 主要反映岩、矿石中电子导电矿物的含量和结构的变化。当颗 粒一定时，充电率随电子导电矿物含量的增加而增大。在许多硫化金属矿山矿 石露头上的柯尔一柯尔谱参数的测量结果表明：致密硫化矿石的充电率总的说 来都要比浸染硫化矿石的大，细脉状矿石充电率都比较高。表2 -