CN105785476A

CN105785476A - 一种高密度电阻率成像方法

Info

Publication number: CN105785476A
Application number: CN201610325150.9A
Authority: CN
Inventors: 卢德宝; 王凤; 陈晓东; 欧健
Original assignee: Zhejiang University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: Zhejiang University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2016-07-20

Abstract

本发明公开了一种高密度电阻率成像方法，包括以下步骤：针对勘测区域，根据地形特点以及高密度电阻率测量与人工折射地震测量的需要建立适宜的网格剖分方案；根据网格划分，建立人工折射地震数据的反演模型进行反演计算，从而得离散化的速度模型；根据速度与电阻率的经验公式，将离散化的速度模型转换成离散化的电阻率模型；将前面得到的电阻率模型作为电阻率反演的约束初始模型进行反演计算。本发明能够大幅度提高电阻率成像精度的新技术，此技术将电阻率数据与人工折射地震数据互相融合，将处理过的人工折射地震数据作为电阻率成像的先决条件进行约束反演计算，能够在同等硬件条件下较大地节约计算时间，提高成像精度。

Description

一种高密度电阻率成像方法

技术领域

本发明涉及一种成像方法，具体是一种高密度电阻率成像方法。

背景技术

电阻率成像(ERT)技术是一种利用勘探区周围测量的由点电源激发的电场所产生的电位或电位差来研究被勘探地区地下介质电阻率分布的一种成像技术。高密度电阻率成像法则是把很多电极同时排列在测线上，通过对电极自动转换器的控制，实现电阻率法中各种不同装置、不同极距的自动组合，从而一次布极可测得多种装置、多种极距情况下多种视电阻率参数的方法。近年来，随着计算机技术的发展，高密度电阻率成像技术因其无损、可三维、可动态监测等强大特性而被广泛应用于地物、水文、环境、考古等各领域。但随着各行业等要求的不断提高，使得该技术面临一定的挑战，其中亟待解决的问题就是成像精度问题。

另一方面，随着物探技术的发展，勘测目标越来越复杂，勘测的难度也越来越大，使得单一的电阻率资料难以满足复杂地形或者构造地区的对地成像需求，必须使用其它物探资料作为补充来满足高精度成像的需要。综合各种地球物理方法，从不同角度研究同一地质对象，就能全面地接近于实际，减少多解性，这就形成了综合地球物理的解释原则。特别是近年来，国内外学者都致力于综合地球物理方法的研究，但现有的综合物理方法研究主要集中于多数据联合反演，其存在诸多限制，如目标方程难以建立、数据难以归一化、数据维度过大等，基于此，建立快速、简约的融合其它地物数据的高密度电阻率成像技术仍然是当务之急。

在各种地物数据中，人工折射地震数据因其尺度灵活、精度高而得到广泛利用。其与电阻率数据的联合使用已被证明是探明地形水流动、海水入侵等的最佳手段，但目前两者还是较多的以松散的形式来进行联合探测，没有进行深度耦合，缺乏定量转换，从而没有发挥其应用的价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密度电阻率成像方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高密度电阻率成像方法，包括以下步骤：(1).针对勘测区域，根据地形特点以及高密度电阻率测量与人工折射地震测量的需要建立适宜的网格剖分方案；(2).根据网格划分，建立人工折射地震数据的反演模型进行反演计算，从而得离散化的速度模型；(3).根据速度与电阻率的经验公式，将离散化的速度模型转换成离散化的电阻率模型；(4).将(3)中得到电阻率模型作为电阻率反演的约束初始模型进行反演计算，从而得到真实电阻率分布；(5).对所得数据进行成像，输出勘测区的高精度电阻率成像结果。

作为本发明进一步的方案：针对待测区域建立合理的测量布极方式与计算网格剖分方案，在现场勘探时，采用相同的电极极距布置方式，对应采集电阻率数据与人工折射地震数据，根据需要选择二维测定或者三维测定，并利用开源四面体网格生成程序Tetgen生成数据正演计算所需四面体或三角形剖分网格。

作为本发明进一步的方案：人工折射地震数据的处理是通过利用Coppens的滑动视窗能量比法将测得的人工折射地震原始数据根进行时窗计算，以得到折射地震走时数据，在上述得到的剖分网格的基础上，利用开源地震数据处理程序Seismicunix(SU)建立人工折射地震数据差分反演模型，进行反演计算，输出离散化的速度场模型。

作为本发明进一步的方案：速度与电阻率之间的关系转换，根据速度与电阻率之间的转换经验公式Log₁₀ρ＝mLog₁₀V_p+c，将速度模型转换为电阻率模型，其中ρ为电阻率，V_p为p波的速度，m、c为经验常数，可根据研究区的岩性特征进行确定。

作为本发明进一步的方案：代入先决条件的电阻率反演计算，根据全局牛顿-高斯方程来建立最小化目标方程可以得到电阻率反演的扰动方程式中s为感度矩阵，d为观测数据，ρ为模型的电阻率，G为正演算子，R_dd与R_mm分别表示观测数据与模拟数据的协方差矩阵，ρ₀为初始电阻率模型，Δρ_k为第k此迭代后的模拟电阻率，传统的初始电阻率模型一般采用均值模型，此处则采用上述转换而来的电阻率模型，通过迭代计算，即可得到高精度的电阻率值。

作为本发明再进一步的方案：利用矢量图形描述语言Asymptote将得到的电阻率值进行插值成像，即可输出高质量的高密度电阻率成像矢量图。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够大幅度提高电阻率成像精度的新技术，此技术将电阻率数据与人工折射地震数据互相融合，将处理过的人工折射地震数据作为电阻率成像的先决条件进行约束反演计算，能够在同等硬件条件下较大地节约计算时间，提高成像精度，在水文、地球物理勘探领域有较强的适用性。

附图说明

图1为高密度电阻率成像方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种高密度电阻率成像方法，包括以下步骤：(1).针对勘测区域，根据地形特点以及高密度电阻率测量与人工折射地震测量的需要建立适宜的网格剖分方案；(2).根据网格划分，建立人工折射地震数据的反演模型进行反演计算，从而得离散化的速度模型；(3).根据速度与电阻率的经验公式，将离散化的速度模型转换成离散化的电阻率模型；(4).将(3)中得到电阻率模型作为电阻率反演的约束初始模型进行反演计算，从而得到真实电阻率分布；(5).对所得数据进行成像，输出勘测区的高精度电阻率成像结果。针对待测区域建立合理的测量布极方式与计算网格剖分方案，在现场勘探时，采用相同的电极极距布置方式，对应采集电阻率数据与人工折射地震数据，根据需要选择二维测定或者三维测定，并利用开源四面体网格生成程序Tetgen生成数据正演计算所需四面体或三角形剖分网格。人工折射地震数据的处理是通过利用Coppens的滑动视窗能量比法将测得的人工折射地震原始数据根进行时窗计算，以得到折射地震走时数据，在上述得到的剖分网格的基础上，利用开源地震数据处理程序Seismicunix(SU)建立人工折射地震数据差分反演模型，进行反演计算，输出离散化的速度场模型。速度与电阻率之间的关系转换，根据速度与电阻率之间的转换经验公式Log₁₀ρ＝mLog₁₀V_p+c，将速度模型转换为电阻率模型，其中ρ为电阻率，V_p为p波的速度，m、c为经验常数，可根据研究区的岩性特征进行确定。代入先决条件的电阻率反演计算，根据全局牛顿-高斯方程来建立最小化目标方程可以得到电阻率反演的扰动方程式中s为感度矩阵，d为观测数据，ρ为模型的电阻率，G为正演算子，R_dd与R_mm分别表示观测数据与模拟数据的协方差矩阵，ρ₀为初始电阻率模型，Δρ_k为第k此迭代后的模拟电阻率，传统的初始电阻率模型一般采用均值模型，此处则采用上述转换而来的电阻率模型，通过迭代计算，即可得到高精度的电阻率值。利用矢量图形描述语言Asymptote将得到的电阻率值进行插值成像，即可输出高质量的高密度电阻率成像矢量图。。

下面通过一个实施例来说明本发明的工作原理：依据本发明的原理设计了一个电阻率模型以及对应的速度模型并进行高密度电阻率与人工折射地震数据模拟采集，视电阻率模拟采集采用间距为5m的41个电极，加入10％的高斯噪音以作为实测数据来使用。人工折射地震模拟中采用20个接受检波器，分4次每次相距50m进行模拟地震敲击，获得地震走时的正演数据，加入10％的高斯噪音，作为实测数据使用。然后使用本发明提出的方法进行电阻率成像，通过与传统方法的对比来验证此次提出方法的优越性。与传统的成像方法相比，融合先决条件的成像质量有了显著提高，高阻、低阻异常均与实际分布相吻合，边界清晰。同等硬件条件下，方程收敛速度较快，精度较高，迭代次数同样为5次时，改进了的成像方法RMS误差为1.72％，而传统方法为8.45％，足以说明本方法在计算效率和精度上的优势。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种高密度电阻率成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1).针对勘测区域，根据地形特点以及高密度电阻率测量与人工折射地震测量的需要建立适宜的网格剖分方案；(2).根据网格划分，建立人工折射地震数据的反演模型进行反演计算，从而得离散化的速度模型；(3).根据速度与电阻率的经验公式，将离散化的速度模型转换成离散化的电阻率模型；(4).将(3)中得到电阻率模型作为电阻率反演的约束初始模型进行反演计算，从而得到真实电阻率分布；(5).对所得数据进行成像，输出勘测区的高精度电阻率成像结果。

2.根据权利要求1所述的高密度电阻率成像方法，其特征在于，针对待测区域建立合理的测量布极方式与计算网格剖分方案，在现场勘探时，采用相同的电极极距布置方式，对应采集电阻率数据与人工折射地震数据，根据需要选择二维测定或者三维测定，并利用开源四面体网格生成程序Tetgen生成数据正演计算所需四面体或三角形剖分网格。

3.根据权利要求1所述的高密度电阻率成像方法，其特征在于，人工折射地震数据的处理是通过利用Coppens的滑动视窗能量比法将测得的人工折射地震原始数据根进行时窗计算，以得到折射地震走时数据，在上述得到的剖分网格的基础上，利用开源地震数据处理程序Seismicunix(SU)建立人工折射地震数据差分反演模型，进行反演计算，输出离散化的速度场模型。

4.根据权利要求1所述的高密度电阻率成像方法，其特征在于，速度与电阻率之间的关系转换，根据速度与电阻率之间的转换经验公式Log₁₀ρ＝mLog₁₀V_p+c，将速度模型转换为电阻率模型，其中ρ为电阻率，V_p为p波的速度，m、c为经验常数，可根据研究区的岩性特征进行确定。

5.根据权利要求1所述的高密度电阻率成像方法，其特征在于，代入先决条件的电阻率反演计算，根据全局牛顿-高斯方程来建立最小化目标方程可以得到电阻率反演的扰动方程式中s为感度矩阵，d为观测数据，ρ为模型的电阻率，G为正演算子，R_dd与R_mm分别表示观测数据与模拟数据的协方差矩阵，ρ₀为初始电阻率模型，Δρ_k为第k此迭代后的模拟电阻率，传统的初始电阻率模型一般采用均值模型，此处则采用上述转换而来的电阻率模型，通过迭代计算，即可得到高精度的电阻率值。

6.根据权利要求1所述的高密度电阻率成像方法，其特征在于，利用矢量图形描述语言Asymptote将得到的电阻率值进行插值成像，即可输出高质量的高密度电阻率成像矢量图。