RGIS2008电法数据处理与反演

1、中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心 2008年7月 天津蓟县中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心电法数据处理与正反演电法数据处理与正反演 电法勘探是根据地壳中不同岩层或矿石之间存在的电磁性质差异，利用一系列技术装置观测与研究天然存在的或人工建立的地下电场或电磁场的分布规律，达到研究地质构造、找矿和解决其他地质问题的一组地球物理方法技术。 电法勘探方法众多，测量的参数多，每一种方法的工作方式和效率也不同。不同的方法对不同的勘探目标的分辨能力也不同。 RGIS 2008 包含电法模块为： 中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心电法数据处理与正反演电法

2、数据处理与正反演 电法勘探实际测量到的是发射装置激发的一次电磁场及其在大地中产生的异常电磁场，虽然场的变化与地下介质的电阻率有关，但这种场通常不能直观地反映地下介质的电阻率变化。需要将观测的场数据转换为视电阻率的形式。 在电法勘探的理论问题中对模型作了简单化的处理。在研究实际问题时还必须克服各种干扰因素，得到合理的观测数据。这涉及到异常数据的剔除、地形影响改正、局部构造异常校正等等。 虽然视电阻率给出了比场值更为直观的地下电阻率影像，并基于它们可以构制多种类型的图件，辅助对地下电阻率的分布作定性的分析和认识，以获得较为粗糙和不精确的电阻率空间分布规律。 许多情况下需要给出有关电阻率空间分布更为

3、详细与真实的描述，也就是定量解释。通常这项工作是通过所谓的电法勘探数据的反演工作完成的。简单地说反演就是由观测数据反求对应的场源体。在电法勘探中，就是由观测的数据或其变换形式通过反演获得地下空间电阻率的可能分布规律。 需要强调的是反演获得的只是可能的电阻率空间分布。也就是说还有其它与观测数据相对应的电阻率分布。这就是所谓的反演非惟一性问题。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心v电法勘探方法电法勘探方法电阻率剖面法是以地下岩矿石电阻率差异为基础，人工建立地下稳定直流或脉动电场，按照某种电极装置形式保持电极距不变，沿侧线逐点观测，研究某一深度范围内岩矿石沿水平方向的电阻率变化，以查

4、明矿产和研究有关地质问题的一组直流电勘探方法。电阻率测深法是以地下岩矿石电阻率差异为基础，建立人工电流场，并以不同电极距观测同一测点在不同深度的岩矿石电阻率，通过研究地电断面查明地质构造或者解决与深度有关的地质问题的一组直流电勘探方法。电阻率测深法的电阻率公式与电阻率剖面法的电阻率公式相同。高密度电阻率法的基本原理与电阻率剖面法完全相同。高密度电阻率法工作时，将数十根电极一次性铺设完毕，每根电极既是供电电极也是测量电极。通过程控式的电极转换器选择不同的组合方式和不同的极距间隔，从而完成野外数据的快速采集。对于某一极距而言，高密度电阻率法的测量结果相当于电阻率剖面法，而对于同一记录点处不同极距的

5、观测又相当于一个测深点。所以高密度电阻率法实际上就是电阻率剖面法和电阻率测深法的组合。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心v电法勘探的装置类型电法勘探的装置类型为了取得比较好的地质效果，在电法勘探中，常需根据不同的地质任务和不同的地电条件，采用不同的装置类型。所谓装置类型是指一定的电极排列方式。右图所示的几种基本装置在实际工作中采用较多。其中：n供电电极一般用A、B来表示 ；n测量电极一般用M、N来表示 。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心v 程序简介程序简介该程序能对二极电位、对称四极和轴向偶极测深装置进行一维层状介质的视电阻率和视极化率正演理论计算或对实测

6、视电阻率和视极化率自动反演层参数。程序涉及的二极电位、对称四极 (MN0)、对称四极 (MN0)、轴向偶极测深 (MN0) 和轴向偶极测深 (MN0)等五种正反演装置实际上仅为三种装置，但是它们的用途不同。测量电极距 MN0 与 MN0 在算法上有差别，理论上对 MN0 的装置梯度型装置一般计算电场强度E，依据 计算视电阻率。而在野外的实际工作中无法测量电场强度，只能通过观测 M，N点电位值V，用V/MN 来逼近电场强度。IEKs/中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心v开始正演计算开始正演计算点击“电法正反演”菜单，选择“一维直流电阻率和极化率测深正反演”菜单，进入模块主界面；

7、用鼠标点击“正演数据输入”，弹出左下对话框；在“计算参数选择”选项里选“视电阻率和视极化率”，在“装置类型选择”选项里选“偶极装置(MN0)”。下面以“偶极装置(MN0)”为例介绍正演流程。其他装置的操作步骤类似。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心v正演计算正演计算选择完“装置类型”和“计算参数”，点击确定，弹出文件输入对话框；选择相应的正演数据文件名；弹出“正演参数输入” 对话框；输入要正演计算的电性层层数，弹出“层参数输入” 对话框；输入第一层的层参数；输入第二层的层参数；输入第三层的层参数；点击“确定”完成正演计算参数的输入。 程序对层参数的输入有一些规定： 电阻率参数

8、必须大于零，小于10000； 极化率参数必须大于零，小于100； 如输入的电性层层数为n层，则n层的厚度 之 和 不 能 大 于AB/6AB/3。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心v正演计算正演计算点击“正演计算”按钮，弹出“正演结果文件保存”对话框；选择“是”，输入正演结果数据文件名；点击“确定” 退出文件保存对话框；正演计算完成并保存了计算结果；点击“正演曲线图示”按钮，可以查看正演曲线;点击“图形保存”按钮，以位图格式保存正演曲线;点击“退出正演计算”按钮，系统将清除屏幕图形，以方便用户进行下一步操作，至此整个正演过程结束。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研

9、究中心v反演计算反演计算用鼠标点击“反演数据输入” ，弹出左下对话框。在“计算参数选择”选项里选“视电阻率和视极化率”，在“装置类型选择”选项里选“对称四极装置(MN0)”。下面以对称四极装置(MN0)为例，介绍反演流程。依次输入“反演数据文件名”和“工区位置数据文件名”；接着输入“反演点号”、反演“迭代次数”和“迭代误差”， 一般情况下“迭代次数”和“迭代误差”取对话框的参数取默认值，完成反演数据输入过程。，中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心v畸点校正和曲线变换用鼠标点击“实测曲线图示” ，程序将显示实测曲线。如果实测曲线上有畸变点，可以点击“曲线畸点校正”按钮，纠正或园滑

10、实测视电阻率，使用方法是：用鼠标左键单击需要校正的实测点，然后在认为图上的正确位置双击鼠标左键，曲线将自动移到正确位置。程序允许进行同一个多次重复点或进行多个畸点校正操作。若用户认为曲线已足够园滑无需校正则可以跳过。对于二极和对称四极装置的视电阻率反演，程序提供了简易方便的图上选择初值方法，极大地方便了用户使用。用鼠标点击“实测曲线变换” 可以执行这一功能。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心v输入层参数输入层参数如经过 “曲线变换”这一步，用鼠标点击“输入反演初值” 按钮，对于二极和对称四极装置，均可使用曲线变换的方法直接从图上选取初始参数。曲线变换方法的原理是经过曲线变换后

11、，在变换曲线上，各层分层处的电阻率均有较大变化，即梯度较大，选择这些梯度较大的地方即为层的厚度分界处。曲线变换的使用方法为：首先在变换曲线上依据曲线的特征判定层数，在变换曲线的各层特征点位置附近点击鼠标右键，点击点位置的横坐标即为该层的初始深度，点击点位置的纵坐标即为该层的初始电阻率或极化率。目前尚无办法获得偶极装置的初值选择曲线，只能由用户根据物性资料或者用户凭经验选择输入初始层参数值。此时可以跳过“曲线变换”这一步，用户可以通过对话框输入层数和初始层参数值。对于偶数装置依次出现的电性层的层数，各层初始层参数输入对话框，请用户逐一输入即可。 中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中

12、心v曲线变换输入层参数曲线变换输入层参数用鼠标点击“输入反演初值” 按钮，程序将弹出“层数输入” 对话框。输入电性层层数，点击“确定”按钮。按前述方法直接从图上选取初始参数。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心v对话框输入层参数对话框输入层参数用鼠标点击“输入反演初值” 按钮，程序将弹出“层数输入” 对话框。输入电性层层数，点击“确定”按钮。按前述方法依次输入各层的层参数。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心v结束反演结束反演用鼠标点击“反演计算” 按钮，程序将显示反演结果图形和拟合均方差。若不满意反演结果，可点击“否”按钮，再取初值重新进行反演；如点击“是”按

13、钮，程序继续提示“是否保存反演结果”，点击“是”按钮，可以保存反演结果数据；点击“保存图形”按钮并输入文件名，将反演结果图形以位图文件形式保存；点击“退出反演计算”按钮，系统将清除屏幕图形，以方便用户进行下一步操作。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v程序简介程序简介二维电阻率极化率人机交互式正反演程序能对定源形式的充电、中间梯度；动源形式的二极电位剖面、联合剖面、对称四极剖面和偶极剖面；以及测深形式的二极电位测深、三极测深、对称四极测深和偶极测深总共10装置进行二维地电构造下的视电阻率和视极化率正演计算

14、和人机交互式反演计算。二维电阻率极化率人机交互式正反演程序中，有限单元法是计算的纯异常电位，因而精度高。对计算区域采用矩形网格对角连线的三角形剖分，有利于模拟复杂地电构造。由于采用简化矩阵的优化措施，计算速度较快。采用计算机图形技术人工构造地电断面、计算机自动获取剖分三角形单元电性值的方法，可避免人工输入单元电性的麻烦与困难，亦使地电断面修改简易易行，适用于试凑法人机交互反演。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v程序功能程序功能 可对二维地形起伏下前述各种装置进行电阻率和极化率的正反演计算。 充电装置的供

15、电电源可以位于地表亦可处于地下(但观察位于地表)；充电电源个数可以多个；可以依电位亦可以依电位梯度计算充电装置下地表的视电阻率和视极化率，还可以考虑地形高程的影响。充电法有两种观测方法，电位观测法和梯度观测法。n 电位观测法是将一个测量电极N置于远离测区可视为无穷远处，另一个测量电极M沿侧线逐点移动，观测相对于N极的电位值U，同时观测供电电流强度I，观测结果用归一化值U/I表示。n 电位梯度观测法是使测量电极M、N保存一定距离，通常等于12个测点距离，沿侧线同时移动，逐点进行电位差U和供电电流强度I的观测。结果用观测结果(U/I)*MN表示，记录点为MN之中点。 偶极剖面可进行多个不同间隔系数

16、的偶极断面的电阻率和极化率计算，但一般不宜多于68个间隔系数。 凡测深装置，其布线方向均沿二维剖面方向。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v输入正演数据输入正演数据点击“二维电阻率极化率人机交互式正反演”菜单，出现系统主界面。点击主菜单下的“文件”栏下的“新建”菜单，在出现的对话框里分别选择“正演”、“起伏地形”、“视电阻率和视极化率” 、“中间梯度装置”。点击“装载数据文件”，选择相应的数据文件名；下面以中间梯度装置数据为例说明程序的正演流程。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻

17、率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v点号标定点号标定点击主菜单的“编辑”栏下的“点号标定”菜单，出现“点号标定”对话框。在“点号标定”对话框将“比例尺”值稍微改大。点击“确定”按钮出现如下图所示的操作界面。点击主菜单的“图形显示”栏下的“极化率图”菜单，可以切换到类似的“视极化率图”。视电阻率曲视电阻率曲线绘图处线绘图处地表地形线地表地形线 初始地电断初始地电断面面中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v构造地电断面构造地电断面未进行正演计算前，所绘制复杂地电构造的形态将在视极化

18、率断面图上有相同的形态，经过正演计算后，再修改地电断面时，将分别进行修改且将可能有不同的形状。所绘曲线(直线)应与地形线、算区边框线或其他曲线(直线)明确相交，以便构造成一个有面积的区域；相交折线应有明显的相交(出头部分程序会自行消除)；一条曲线(直线)不能自行闭合，对一个需自行闭合的曲面，应用两条相交折线(直线)构造，并用一直线自闭合体内任一位置引伸到算区外(在今后，程序会自行消除该引伸直线)；可用编辑菜单删除最近绘制的折线或直线。在初始地电断面利用主界面工具栏上的“直线”或“折线”按钮，绘制复杂的二维地电断面。其方法是首先点击“直线”或“折线”菜单，此时鼠标光标显示为“+”，在算区地电断面

19、范围内连续移动并点击鼠标左键将呈现一条曲线(按鼠标右键将终止曲线显示)，如此可构成各种复杂地地电断面。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v构造初始模型构造初始模型点击主界面工具栏上的“构造初始模型”菜单可看到初始地电模型变深灰色；在初始地电模型区域内鼠标左键双击，弹出“地电单元赋值”对话框，利用此框可为该地电断面单元赋电阻率值且给出不同颜色；重复上一步骤，为所有的地电断面单元赋电阻率值并设置颜色；点击主菜单的“图形显示”栏下的“极化率图”菜单，切换到“视极化率图”。为所有的地电断面单元赋极化率值并设置颜色

20、；下图为赋值和设置颜色完毕的电阻率断面。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v正演计算正演计算点击“建立算区网格”菜单对地电断面进行剖分；点击“获取网格数据”菜单，将有限元各单元电性值自动存入程序；注意：以上两步操作后，程序会自动地对极化率断面图也进行相应操作。 点击“正反演计算”菜单，程序自动进行计算。一般电剖面类装置计算时间稍长。计算结束自动弹出信息框告知“计算完毕，请查看计算结果！”，点击“确定”按钮，将在地电断面图上方显示计算结果曲线。点击主菜单的“图形显示”栏下的“极化率图”菜单，切换到“视极化率

21、图”。可以看到极化率正演计算结果曲线。下图为电阻率断面正演计算结果曲线。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v正演计算结果保存正演计算结果保存点击“正演反演结果图形文件”菜单，可将地电断面及曲线以图形文件保存；点击“正演反演结果数据文件”菜单，可将计算的电阻率以文本方式保存；点击“地电断面剖分数据文件”菜单，可将有关地电断面电性值数据以文本方式保存，供用户利用其它图形系统绘制地电断面；需要说明的是，对于极化率图，亦需执行同样的操作。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率人机交互

22、式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v继续正演计算继续正演计算正演计算后，若需修改地电断面形状及单元的参数值，点击菜单栏中“修改网格中数据”菜单，用鼠标左键连击成一个封闭曲线区域后，按鼠标右键，将该区域修改为新的电性值。对于个别的有限元三角形单元赋值，可直接将鼠标指定该三角形单元后单击鼠标右键，同样将弹出赋值对话框，以同样的方法为该单元赋新值。修改完地电断面后，此时不必再点击“获取网格数据”菜单，应立即点击“正反演计算”菜单进行计算；修改地电断面操作时应注意：应用鼠标左键单击形成一个自行封闭的区域；点击工具栏“修改网格中数据”按钮一次，只能修改一个区域或一个三角形单元，若需修改多个

23、区域应多次点击后逐一操作修改；电阻率和极化率地电断面图分别修改。即修改电阻率地电断面并不修改极化率地电断面，反之亦然。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v反演计算反演计算反演计算和正演计算步骤类似，下面以对称四极测深装置为例说明反演流程。完成“装载数据文件”，和“点号标定”操作后出现如右图所示的视区。可以看到反演计算和正演计算的不同之处。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率人机交互式正反演程序二维电阻率极化率人机交互式正反演程序v反演计算反演计算接下来的“构造地电断面”、

24、“构造初始模型”、 “地电单元赋值”、 “建立算区网格”、 “获取网格数据”、 “正反演计算”等操作，反演计算的计算步骤和正演完全相同；反演计算结束后，程序自动弹出信息框“计算完毕，请查看计算结果！”，点击“确定”，将在地电断面图上方反演显示计算结果曲线。通过查看实测曲线和计算曲线是否拟合来判断是否继续进行反演计算。如果对反演结果不满意，可以继续修改地电断面并继续反演，直至满意为止。修改地电断面操作同正演计算。可以看到剖面法的网格剖分是等间距的，而测深法的网格剖分是不等间距的。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序v程序特点

25、程序特点 在许多情况下，岩石中矿物的组成、湿度、温度等是连续变化的，岩石的电导率和极化率参数也是连续变化的，因此程序将前人对网格单元中的电阻率和极化率是均匀的假设修改为电阻率和极化率是连续变化的，使之更符合实际情况； 在二维有限元正演计算中，采用三角单元，使方法能适于各种地形，实测数据反演以前不需要进行地形改正； 在目标函数中加入最简单模型以及背景场等先验信息，既减少了反演问题的多解性又使反演结果更接近实际情况； 在最小二乘反演中，通过电位函数与模型参数间的简单关系来计算偏导数，大大减少了雅可比矩阵的计算工作量； 该程序适用于两极、三极、联合三极、对称四极和偶极等测量方式的高密度电法数据的反演

26、。 中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序v二极装置数据反演二极装置数据反演 点击主菜单下的“文件”栏下的“新建”菜单，出现右图所示的对话框。 点击主菜单下的“数据输入”栏下的“二极实测数据”菜单，出现如左图所示的对话框。 电阻率反演 用于指定电阻率反演，默认为选定状态，此时只进行电阻率实测数据反演； 极化率反演 用于指定极化率反演，默认为不选定状态。电阻率和极化率实测数据同时反演； 实际长度/网格 用于用户自行输入单位网格的实际长度(单位是m)，一般选择为最小点距或各个点距的最大公约数，以便使各个电极点都正好落在网格的节点

27、上。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序v二极装置二极装置电极点信息电极点信息二极装置共有四个供输入的电极点的信息。分别是最小AM、最大AM、移动间隔和移动次数。n最小AM：输入实际情况的最小AM，以网格为单位，即最小AM(m)/单位网格距(m)。输入的最小值为1，即最小AM为一个网格的长度。n最大AM：输入实际情况的最大AM，以网格为单位。若不清楚，可输入一个较大的值(例如20或更大)，以便包含实测的任何极距的情况。应保证最大AM应大于最小AM。n移动间隔：输入供电点A的最小移动步长，最小为1，可根据实际情况输入，以网格

28、大小为单位。n移动次数：输入供电电极的移动次数，最小为1。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序v二极装置二极装置电极点信息示意图电极点信息示意图如果地面上共有20个电极点，点距为10m，A、M电极的最小间隔为1个网格。A极的移动步长为1，A极固定后，M极从A极的右边第一个电极开始，向右逐点移动，直到最右边的电极点；然后A极向右移动一个网格，M极重复上面的操作，直到A极移至右边倒数第二个电极点，最后形成下图所示的网格。网格的交点即为记录点，每个记录点上对应一个实测电阻率值(以电阻率观测为例)。各测点的编号以从左到右、从上到下

29、依次顺序编号。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序v二极装置数据反演二极装置数据反演参数输入参数输入 当工作参数和电极点号信息输入完成后，单击电极排列和实测数据信息里的数据表格，系统就会根据输入的电极点号信息自动列出所有满足条件的供电点A和观测点M的电极对。这时就可以输入实测数据了，根据实际情况，把视电阻率值或视极化率值填入到对应的表格中。视电阻率输入栏不一定全部要填写数据，只要把实测的数据输入到对应的网格中输入完即可。用户可用左键双击表格和Back Space键对表格中的数据进行重新输入和修改。 如果实测数据已经做成数据

30、文件，可以点击“实测数据导入”按钮，导入实测数据。 当测线上地形起伏时，则选中“起伏地形”，“高程数据导入”按钮会自动激活，点击该按钮，可以通过文件导入和手工输入两种方式输入地形数据。 最大反演深度一般不需要用户输入，系统会根据用户输入的网格信息自动给定，二极取AMmax/2。用户也可自行输入反演深度，但反演深度是要依据实测极距的大小来确定的。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序v地形高程数据地形高程数据输入输入如果是起伏地形，地形对观测数据的影响不可以忽略，因此要让地形数据也参与反演计算。当“起伏地形”选项选定时，点击“

31、高程数据导入”按钮会出现高程数据输入对话框如右图所示，供用户输入高程数据。在地形高程数据输入对话框中，最上面显示了网格的比例尺，下面有一个供输入高程的表格和四个选项按钮：n 高程数据文件导入 如同实测电阻率数据导入一样，可以通过文件导入和手工输入两种方式输入地形数据；n 重输 可以把已有高程的数据清空，并重新输入数据；n 插值 指只有少数的测点有高程数据时，在相邻两个高程数据点之间的高程可通过点击此按钮进行线性插值；当高程数据输入完后点击确定结束输入。另外测区以外边界区的高程分别和测区两头的电极点的高程一样。 n 取消 在任何时候都可以点击此按钮，系统会弹出是否真的退出的消息框，提醒用户是否确

32、定此操作。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序v反演计算反演计算 当所有参数都输入完毕后，点击“确定”按钮可以结束数据输入。此时程序会弹出对话框提示“数据信息录入成功，您可以进行反演计算了！”； 点击“确定”按钮，信息提示对话框和数据输入对话框一起消失； 点击“反演计算”菜单，开始进行反演计算，此时鼠标处于沙漏(等待)状态； 反演计算结束后，程序弹出“文件保存”对话框； 点击“是”按钮，依次保存反演的视电阻率视极化率(如果有的话)和反演信息文件。 点击“数据成图”菜单下的“网格剖分图”菜单，会在视图窗口显示地形和网格剖分情

33、况。网格剖分图可以存为位图文件。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序v反演数据成图反演数据成图 点击“数据成图”菜单下的“视电阻率拟断面图”菜单，程序将绘制实测视电阻率数据的反演结果的拟断面图 。 点击“数据成图”菜单下的“视极化率拟断面图”菜单，程序将绘制实测视极化率数据的反演结果的拟断面图 。 用户可根据拟断面图来对反演结果进行评价，必要时可以去掉数据突变点，再进行反演，让实测数据和结果模型数据尽量重合，误差也尽可能的小。视电阻率拟断面图视极化率拟断面图中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化

34、率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序 点击 “三极实测数据”菜单，出现如右图所示的数据输入对话框。 可以看到三极数据输入对话框中“工作参数和电极点号信息”的输入内容与二极是不同的，三极数据输入要复杂一些。 三极排列的如左图所示，一共有双边、AMN和NMA三个情况供用户选择。n AMNB 指双边的三极测深，即同时观测到AMN和NMB数据；n AMN 指供电电极A在左边，测量电极M、N在供电电极的右边，是单边测深；n NMA与AMN相反，测量电极N、M在供电电极A的左边，也是单边测深。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序

35、 右边三图是某地的实测三极数据的反演结果。 下图是三极装置反演时的输入参数。AMNMNBAMNB中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序v偶极偶极偶极数据反演偶极数据反演 偶极-偶极排列装置的实测数据的输入基本和二极排列实测数据输入一样，这里仅对“工作参数和电极点号信息”中的部分输入信息说明一下。 偶极长度 输入偶极距AB(或MN)的长度，在观测过程中认为AB(MN)大小固定不变； 最小间隔系数 BM的最小距离，即供电电极B和测量电极M之间的最小距离，最小是1，即一个网格单位的距离； 最大间隔系数 BM的最大距离，即供电电极B

36、和测量电极M的最大距离。 需要说明的是以上3个输入项均以单位网格的长度为单位。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率极化率自动反演程序二维电阻率极化率自动反演程序v对称四极数据反演对称四极数据反演 左图是对称四极实测数据输入对话框，可以看到，没有了“实际长度/网格”输入项，代之的是“测点个数”，也就是测深点个数，默认值是1。当测深点个数输入后，单击“极距个数和电极间隔(m)”表格，就会根据输入的测深点个数生成相应的几列供用户输入。各个测点对应的实际供电极距的个数和相邻测点的距离间隔。 左例如实测有4个测深点，测点个数输入4，并单击“极距个数和电极间隔(m)”表格，表格就

37、会显示4个供用户输入的测点信息。表格的“极距个数”行供用户输入实际的极距个数。“测点间隔”行供用户输入相邻测点的距离间隔(以米为单位)，用“#”填充的表格是不用的，因为4个测深点，仅有3个测深点间隔需输入。 这里需要注意的是，测深点号必须从左到右排列，即最左边的测深点为第1测点，依次向右命名。 当数据个数和各电极间隔输入完后，点击实测数据输入表格，系统就会根据测点个数和各测点上的极距个数在“实测数据输入”表格中自动生成“测点编号”信息，用户就可以根据“数据输入”表格中的行列信息很容易的把实测数据输入到表格中。 和其他装置一样，用户也可以通过数据文件把实测数据导入到网格中。在表格中也可以修改数据

38、。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维电阻率法地形改正程序二维电阻率法地形改正程序v地形改正的必要性地形改正的必要性在电法勘探中，地形起伏不但使观测点不在水平位置，更重要的是使地下电场的分布相对水平地面发生很大的畸变。与水平地面情况相比，地形起伏时测得视电阻率的曲线包含了地形异常和可能的有用异常。因此，当测量工作在地形起伏的环境下进行时，必须消除地形对观测结果的影响。这项数据处理工作即为地形改正。目前地形改正方法主要应用的是比值法和畸变张量法，或者是在这些方法上面作些改进的方法。近年来随着电法勘探数据二维或三维模拟和解释技术的发展，人们认为这些地改方法不能完全消除地形的影响

39、，从而着重研究带地形的二维或三维反演算法，以便直接消除地形的影响，这时可以不进行地形校正。 本程序根据给定的高程值先计算纯起伏地形模型的二维响应，进而采用比值法对实测资料进行改正。可用于各种电剖面法和电测深法。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维大地电磁反演程序二维大地电磁反演程序v 大地电磁测深的基本原理大地电磁测深的基本原理大地电磁测深是以大气天然放电激发的电磁场作为一次激发场源，在地表测量其在大地中激发的磁场和电场，推断地下电性分布的一种频率域电磁测深方法。它测量的大地电磁信号的频率变化范围大致从0.000110000Hz，因此主要用于研究较大的构造特征和较深处的电性

40、结构特点。大地电磁测深是以电磁波的趋肤深度作为其测深的基本原理，也就是说对于均匀大地高频电磁波在大地中衰减较快，因此受浅部地电断面的影响大，从而能反映地表附近的电阻率变化。而在低频时电磁波衰减较慢，从而能反映更深处地电断面的信息。这样如果在地表获得不同频率的电磁场值，便能了解不同深度电阻率的变化，从而达到测深的目的。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维大地电磁反演程序二维大地电磁反演程序v二维大地电磁测深反演的基本原理二维大地电磁测深反演的基本原理通常电磁场的水平导数比垂直导数小。因此利用前一次迭代的值来逼近水平二阶导数的方法是可行的。通过对每个测点反演，而不是对所有测点进

41、行二维反演，这样可以加快模型改变量的计算，也就是说二维反演可以由一系列单个测点的反演来实现。首先测点下的结构可以逐个测点反演得到，然后将这些结构插值到二维模型中，计算下一步迭代的二维电磁场，迭代到收敛为止。程序的迭代稳定保证与迭代速度提高措施如下：n用每次反演迭代获得的模型修改量的0.50.7倍去继续修改模型；n 用前一次反演迭代成功收敛时的电磁场值作为下一次模型正演迭代的初始场值；n 用实际数据误差对数据拟合差进行归一化，这样保证拟合到数据误差水平内即可以了，避免了过度拟合引起的多余构造。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维大地电磁反演程序二维大地电磁反演程序v程序特点程

42、序特点初始模型：均匀半空间或层状介质即可。反演时间：主要取决于测点数、频点数和迭代次数。多余构造的避免：通过目标函数中的最小构造部分控制，反演中也可以通过圆滑系数调节。反演模式：可进行单模式反演，也可以进行联合模式反演，反演中尽可能利用各种模式的视电阻率、相位及相应的误差等信息。静位移系数：在反演中自动迭代产生的，在反演中也可以固定某些测点的静位移值。地形因素：对于地形起伏资料可带地形直接反演。应用范围：适合大点距的稀疏测点和密集测点如电磁阵列剖面法的大地电磁数据的反演。对于处理实际测点的极化方向与测线方向不一致或不垂直的情况，通过阻抗张量分解确定最佳走向方向，然后再进行反演或者是直接做TM模

43、式反演来解决。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维大地电磁反演程序二维大地电磁反演程序v 网格剖分准则网格剖分准则 网格中部网格剖分较密，不均匀体附近网格加密，向上向下网格变稀。电法勘探存在体积效应，剖分过分精细没有意义。网格剖分范围取决于观测频率的范围和视电阻率的变化范围。大地电磁的趋肤深度 ，取最高频率和最小视电阻率对应的趋肤深度作为参考。取 作为第一层网格的厚度。 即)(5 . 0kmf)2 . 01 . 0(),()2 . 01 . 0(minmaxfzx中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维大地电磁反演程序二维大地电磁反演程序v 网格剖分准则网格

44、剖分准则在存在多个异常体的情况下 ；在地下有： ；在空中有： ；网格剖分的最大深度： 。 实际情况下，对于某一个工区可能采用了不同的仪器系统进行数据采集，而在这些仪器系统的数据文件中采用的观测频率很可能会不相同。如果这些不同仪器采集的数据要在一起进行反演，则要求所有的测点应该具有相同的频率。 可以通过测点频率插值将频率不同的测点的值通过插值变成频率完全相同的数据集。),()2 . 01 . 0(minmaxminminiiiifzxiiiizzxx)0 . 20 . 1 (,)0 . 20 . 1 (11iiiizzxx)0 . 30 . 1 (,)0 . 20 . 1 (11),()0 .

45、30 . 2(maxminmaxfZ中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维大地电磁反演程序二维大地电磁反演程序v反演参数和数据文件反演参数和数据文件在原理上二维或者三维反演与一维反演是一样的。通过模型参数化，计算相应的模型响应，拟合观测结果，并基于拟合情况校正模型参数，直到满足一定迭代中止条件。但由于电法勘探二维反演的对象是二维的平面上电阻率参数变化，需要拟合的数据是在剖面上的全部测点上观测的数据。大地电磁二维反演涉及到的观测资料是包括垂直构造走向的整条侧线上的各个测点在不同频率时的函数响应值，无论是要反演的模型参数，还是参与反演的测量数据，数据量都急剧增加。因此相对于一维反

46、演，二维反演有其一定的特殊性，相应的数据文件格式也很复杂。在反演前了解大地电磁二维反演的相关参数和文件格式有助于用户正确使用该程序。大地电磁二维反演程序的输入文件有五类，它们分别是：基本信息数据文件、网格剖分数据文件、初始模型数据文件、测点数据文件和测点数据文件路径文件。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维大地电磁反演程序二维大地电磁反演程序v反演流程反演流程 点击“电法数据处理”菜单，选择“二维大地电磁反演”菜单项，系统弹出如左图所示的对话框。 首先输入“基本信息数据文件”，程序自动显示该文件的相关信息，如观测点数目、观测时采用的频率的数目、垂直方向地上部分网格剖分节点的

47、数目、水平方向剖分网格节点的数目、垂直方向地下部分网格剖分节点的数目； 选择“反演模式”和“剖面长度单位”； 输入网格剖分数据文件、初始模型数据文件、测点数据文件路径文件； 选择“反演计算”按钮，开始反演计算；计算完毕时程序会弹出对话框提示“二维大地电磁反演计算完成！”。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维大地电磁反演程序二维大地电磁反演程序v生成原始数据成图文件生成原始数据成图文件 二维大地电磁反演程序每反演一次就输出一个以反演次数为后缀的输出文件，它记录了所有的数据信息，必须经过转换才能用来进行数据成图。 选择“数据转换”按钮，点击鼠标右键弹出菜单，选择“原始数据成图文

48、件”菜单，分别生成“视电阻率拟断面图”成图文件和“相位拟断面图”成图文件。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维大地电磁反演程序二维大地电磁反演程序v生成反演数据成图文件生成反演数据成图文件 选择“数据转换”按钮，点击鼠标右键弹出菜单，选择“反演数据成图文件”菜单，先点击“反演输出文件选择”菜单，在文件列表框里选择“反演输出文件”后，点击“确定”。 分别生成反演电阻率剖面图成图文件、视电阻率拟断面图成图文件和相位拟断面图成图文件。中国地质调查局发展研究中心中国地质调查局发展研究中心二维大地电磁反演图件二维大地电磁反演图件v视电阻率频率拟断面图视电阻率频率拟断面图是大地电磁资料分析解释中最基本的一种图件，横坐标为测线方向，标出了测点位置及点号，纵坐标为频率，按对数坐标表示，由上而下频率变低。以各测点相应频率上的视电阻率值勾绘等值线，则得到视电阻率频率拟断面。分析视电阻率频率断面图，可以定性地了解测线上的电性分布、基底的起伏、断层的分布、电性层的划分等断面特征。一般而言视电阻率等值线的横向起伏形态与地层起伏相对应，而视电阻率等值线密集、扭曲和畸变的地方又往往与断层有关，断层越浅，这种特征越明显。在剖面中，电阻率差别越大，视电阻