电阻率影像法及在水文和工程地质中的应用

电阻率影像法的基本原理与常规的直流电阻率法相同, 但它采用阵列勘探方式进行实际勘察,用二维反演方法进行数据处理, 又经计算机成像, 勘探效果很大提高, 可以说是地学中的ＣＴ。本文介绍了该方法的基本原理, 并给出了几个理论算例和野外实例。     

高密度电阻率法多剖面二维勘探数据的三维反演及应用

目前高密度电阻率法所采用的数据资料处理方法主要是把地质结构体视为二度体进行二维处理,而实际的地质结构体大都为三度体或似二度体,从而二维数据资料处理结果只是一种近似解释,其计算精度与反演效果都不佳,对测区多条断面进行综合解释的难度大。然而在实际勘探工作中,受自然条件和工作成本的影响,三维勘探原始数据的获得一般较少,数据勘探仍以二维为主,这样利用二维勘探数据进行三维反演显得尤为重要。本文结合了广东某地高密度电阻率法对岩层划分的工程勘察实例,利用二维勘探的数据进行三维反演,并对二、三维反演结果进行对比,结果表明三维反演在岩层划分中更能凸显岩层分界面区域及岩层的空间分布,而岩层与覆盖层的整体连续性也得以更真实的体现,与钻探结果吻合更好。     

高密度电阻率法在园博塔选址勘察中的应用

以隧道与围岩的电性差异为前提,应用高密度电阻率法在第九届中国（北京）国际园林博览会选址区勘探。根据全站仪准确定位和温纳方式现场数据采集,再对数据进行处理和地形校正后,应用Res2dinv高密度电阻率数据二维反演软件完成反演,结合二维地电断面解释结果,定量计算确定了鹰山1号隧道平面分布特征和顶部高程,为拟建园博塔的设计和修建提供了相关的技术依据。     

高密度电法在滑坡勘查工程中的应用与分析

结合具体工程实例,利用高密度电法获得了测区的二维高密度电阻率反演断面色谱图,通过对视电阻率二维成像图异常形态、高低阻等特征的分析,推断出覆盖层厚度、基覆界线,从而查明了滑坡体厚度及滑面起伏形态,为滑坡稳定性评价提供了依据。     

高密度电法在岩溶勘查中的应用

简要介绍了采用高密度电阻率法对建筑工程区内岩溶进行探测,获得了测区部位的视电阻率二维成像图,并通过对视电阻率二维成像异常形态、视电阻率等特征的分析,推断岩溶、洞穴、土洞的分布范围和埋深,与工程钻探证实吻合,取得了良好的地质效果。     

高密度电法勘探在某滑坡勘察中的应用

介绍了高密度电法的探测原理和探测方法,结合某滑坡工程实例,利用高密度电法获得了测区的二维高密度电阻率反演断面色谱图,通过对视电阻率二维反演图异常形态、高低阻等特征的分析,推断出覆盖层厚度、基覆界面,从而查明滑坡的基本情况,为滑坡稳定性分析提供依据.     

二维电阻率成像的有限元解法

为了研究电流线追踪电阻率成像的可靠性,首先开展了二维电阻率成像的有限元方法研究,在传统有限元成像的基础上,做了三方面的研究工作：一,推导了有限元反演方程,从理论上对比了有限元方法和电流线追踪方法获得反演系数矩阵元素的优缺点;二,采用分块压缩的方式求反演系数,节省计算机内存和计算机时间;三,用改进的塞德尔方法快速求解反演方程。从试算的数值模型实例来看,结果比较可靠。     

三维电阻率空间结构约束反演成像方法

 反演的多解性是三维电阻率探测的固有问题,极易造成地质解释的误差甚至错误。针对该问题,提出利用其他勘探地球物理方法(如地震反射方法、地质雷达方法等)获得的异常体的空间结构和形态信息作为电阻率反演先验约束的学术思路。首先,提出空间结构约束这一新约束的构制方法,将已知异常区域(由其他勘探地球物理方法得到)映射到三维反演模型中,使得对应区域的各网格之间的电阻率差异极小,建立一种表达简单、易于实现的空间结构约束矩阵,可表征常见典型构造,特别是形态或结构较复杂的地质构造。在此基础上,构造携带空间结构约束的三维电阻率探测反演目标函数及其反演成像方程,形成三维电阻率探测空间约束反演成像方法。然后,基于上述反演方法,开展数值试验和工程应用,将地质雷达和地质分析获得的空间结构约束施加到三维电阻率反演中,发现利用三维电阻率空间结构约束反演方法大大增加了异常区域的先验信息,可有效去除反演成像中的假异常和多余构造,对异常体的定位精度和界面分辨效果较传统的电阻率反演方法有了很大的提高,使得反演结果与地质原型较为一致,显著压制了电阻率探测反演的多解性问题,证明三维电阻率探测空间结构约束反演成像方法是抑制多解性、改善定位精度和界面分辨效果的可行途径。     

高密度电法在公路岩溶勘察中的应用

简要介绍了高密度电阻率法的工作特点,应用该方法在南京长江第四大桥南接线中的某一段路面进行了探测,获得了测区内测线的视电阻率二维成像图,通过对视电阻率二维成像图异常形态、高低阻等特征的分析,推断出工区的基岩埋深以及地下岩溶、溶洞的分布范围、大小和埋深。经钻探资料证实,推断结果与实际情况基本吻合。     

高密度电阻率成像法监测静水中溶质运移过程

本文应用高密度电阻率成像法对静水中溶质运移过程进行了二维的监测研究。通过在50cm×40cm×30cm的水槽中,高密度地布置多个电极的方法,获得了水溶液中不同时间的二维平面上的视电阻率值。利用电导率与含盐量之间的线性关系,分析了溶质在水溶液当中的运移过程。对电阻率数据采用补修法进行了成像,图像所得结果表明溶质在水槽中是一种侧向扩散和垂向扩散的叠加,证实了高密度电阻率成像法在溶质运移过程监测中的有效性,为高密度电阻率成像法广泛应用于水体污染监测创造了条件。     

三维电阻率方法对含水溶洞的反演模拟研究

采用基于阻尼最小二乘法的三维电阻率反演成像方法,以含水溶洞探测模拟为例对其反演成像效果和分辨率进行了分析,结果表明该方法能够较好地实现一定埋深范围内地下低阻异常的三维空间定位和形态识别,为地质解译提供可靠的依据。     

基于自适应加权光滑约束与PCG算法的三维电阻率探测反演成像

三维电阻率探测在实际工程中日益受到重视，但存在着深部分辨率低、反演效率低等关键问题，严重制约了三维电阻率探测技术的应用和推广。针对深部分辨率低的问题，提出了一种随三维模型网格尺寸自适应调整的加权光滑约束，改善了深部网格的电阻率差异容许程度，实现了对不同深度网格约束的差异化加权处理，有效的提高了深部反演的分辨率和成像效果。针对反演计算耗时长、效率低的问题，基于预条件共轭梯度法求解快速稳定的优势，提出了三维电阻率快速稳定反演成像算法。在该算法中，将雅可比迭代中的对角阵作为预条件矩阵，其具有求逆方便、无需内存空间的特点，显著加快了收敛速度。最后，利用合成算例和隧道导水裂隙探测的工程实例验证了上述反演方法的可行性与有效性，表明借助于自适应调整加权光滑约束和预条件共轭梯度算法，有效的提高了深部分辨率和计算效率，显著改善了反演效果。     

基于MATLAB的直流电测深最优化反演法

在水平或近水平层状地层条件下,直流电测深的视电阻率可以近似表述为离散形式。为了便于电测深的解释工作,本文采用最优化反演法。根据实测数据,给出初始模型参数即层数、各层电阻率和厚度,推导出电阻率转换函数,计算理论视电阻率值,直接拟合实测视电阻率,计算拟合程度。在MATLAB开发环境下设计了可视化程序,操作简便,人机交互良好,可以很好地实现正演理论模拟,同时可以实现反演过程,拟合曲线效果可以实时显示。应用表明,该反演程序可以得到良好的结果,拟合精度达到要求。     

基于跨孔电阻率CT的地铁盾构区间孤石探测方法及物理模型试验研究

跨孔电阻率CT方法在地铁盾构区间孤石探测方面具有一定优势,但仍然存在孤石定位精度低、小尺寸孤石难以识别等工程实际难题。首先,提出了电阻率CT不等式约束反演成像方法和偏导数矩阵的并行解析快速求解方法,从施加先验信息约束和提高反演精度两个方面共同改善了电阻率CT反演的多解性与成像效果。在此基础上,通过大量常规观测模式的成像效果对比试验,提出了一种组合式观测模式,可以综合多种常规观测模式的探测优势并增加采集的数据量,从而提高对异常体的识别能力。针对影响探测效果的两个因素——孔距和电极间距进行了数值模拟试验研究,获得了在组合式观测模式下的有效孔距范围和合理的电极间距参数,并进一步检验了对小粒径孤石的识别效果。在此基础上,提出了地面物探普查与电阻率CT详查相结合的孤石探测方案。最后,开展了物理模型试验研究进行验证,探测结果与实际情况比较一致,具有较好的应用前景。     

双巷网络并行电法探测工作面内薄煤区范围

 提出采用双巷网络并行电法探测工作面内薄煤区范围,为煤矿工作面内地质异常区探测提供新的物探手段,特别是对传统的无线电波透视难以穿透的大面宽工作面,更是有益的补充。网络并行电法采集数据方式简单,实现了整条电法测线电位数据的同步采集,显著提高了电法采集数据的效率和信噪比,可进行多种电极装置的电阻率反演。在工作面双巷中分别布置电法测线,所有电极均布置在巷帮煤壁中部腰线位置,利用网络并行电法仪采集电法数据,将双巷测站采集电法数据进行拼接,联合进行二维电阻率层析成像,可以得到工作面双巷间电阻率变化情况。根据薄煤区与正常煤体间的电性差异情况,分析薄煤区可能的电阻率表现形式,再结合已有地质资料,分析出工作面内的薄煤区及分布范围。淮南矿业集团张集矿综采工作面的探测及验证实例表明,该方法较好地查明了工作面内薄煤区的展布范围,有力地指导了工作面安全生产,并取得了显著的应用效果。     

基于并行改进遗传算法的三维电阻率反演方法

计算效率极低是阻碍遗传算法用于三维电阻率反演的瓶颈,使得很多对改善反演效果和搜索质量有利但又很耗时的改进方法无法应用到遗传算法中。针对上述问题,基于遗传算法天然的并行计算特性,提出了新的多重主从并行计算策略及其算法。提出了初始群体的严格均布产生方法,以提高初始群体接近最优解的概率;提出了基于交叉个体适应度差异的比例随机算术交叉算法,以保证优良个体的遗传竞争优势;建立了混合变异算法,将传统的随机变异算法与线性反演中确定性搜索优化算法相结合,即保持了变异的随机性又控制了优化方向。最后将并行改进遗传算法用于合成算例和实际应用案例中,发现并行改进遗传算法的计算效率显著提高,且在寻找最优解、压制假异常、提高反演效果方面具有明显优势,为实际工程中电阻率探测的三维成像提供了有效途径。