CN110333543A - 基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法与系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法与系统，模拟待分析的地层条件，采用多种电极排列方式，设置相匹配的测线长度和电极距离，建立地层模型，并采集待测区域电法勘探数据；对探测数据进行反演，对反演所得原始数据进行精细网格化并采用克里金法插值，将网格数据进行成像，提取低阻体中心位置纵向上网格节点的坐标值和电阻率值；计算提取数据的反射系数并将其归一化，建立放大指数与深度值的函数，计算反射系数的放大指数次方作为影响值，绘制影响值与深度值的关系曲线，根据关系曲线的波形以及峰值所在的深度坐标，对比原始模型数据，修正函数；调整模型参数，重复上述步骤，直至关系曲线表示出地层中低阻体界面的深度值。

Description

基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法与系统

技术领域

本公开属于岩土勘探领域，涉及一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法与系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在近地表地质勘探与调查中，需要用到多种地球物理勘探方法。由于不同地质体电学性质差异较为显著且观测技术成熟，因而电法勘探是应用较为广泛的一种方法。相较于常规电法勘探而言，高密度电法勘探具有电极布设一次完成、自动化程度高、采集信息量大、能进行多种电极排列方式的扫描测量等优势。

据发明人了解，当前高密度电法勘探工作中，由于受反演结果精度、插值网格密度等因素的影响，探测结果的分辨率仍有待提高。比如，地层中低阻异常体的边界不能得到准确的识别，进而导致不能精准地确定低阻异常体的规模；距离相近但彼此隔离的不同低阻异常体在最终所成图像中会表示为一个整体低阻区域，不能准确地确定各地层中低阻异常体边界、数量和规模等重要因素。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法与系统，本公开能对高密度电法探测结果进行精确解释并实现高分辨率成像，对于提高电法勘探数据处理结果的准确性具有重要意义，并能为其他勘探方法的高分辨率成像及解释工作提供借鉴。

由于不同地层电阻率ρ存在差异，且相较于ρ-H曲线，此差异在反射系数随深度变化的曲线中更为明显。因而本公开采用分析反射系数变化的方式探明低阻体边界。同时，由于反演结果误差等因素的影响，初始反射系数变化特征点对应的深度坐标与实际电阻率变化位置存在偏移，因此需要对反射系数进行二次处理。本公开采用归一化并放大的方法，通过对比原始模型和反射系数二次处理结果，确定不同地层条件下的反射系数放大指数n，从而消除偏移，并绘制Kⁿ-H曲线，确定电阻率变化界面的准确位置。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法，包括以下步骤：

模拟待分析的地层条件，采用多种电极排列方式，设置相匹配的测线长度和电极距离，建立地层模型，并采集待测区域电法勘探数据；

对探测数据进行反演，对反演所得原始数据进行精细网格化并采用克里金法插值，将网格数据进行成像，提取低阻体中心位置纵向上网格节点的坐标值和电阻率值；

计算提取数据的反射系数并将其归一化，初步建立放大指数与深度值的函数，计算反射系数的放大指数次方作为影响值，绘制影响值与深度值的关系曲线，根据关系曲线的波形以及峰值所在的深度坐标，对比原始模型数据，修正所述函数；

调整模型参数，重复上述步骤，直至所述关系曲线表示出地层中低阻体界面的深度值。

上述技术方案通过放大后的反射系数随深度变化的曲线将电阻率不同区域的边界进行精准定位，并根据峰值两侧曲线的递增或递减的变化顺序对边界两侧电阻率大小关系进行判断，进而修正，能够识别地层中低阻异常体的边界，提高了分辨率。

作为可能的实施方式，建立地层模型之前，需要确定地层电阻率值、电阻率变化情况，低阻区域规模、位置及数量。

作为可能的实施方式，多种电极排列方式包括温纳排列、偶极排列和施伦贝谢尔排列三种电极排列方式，对同一地层模型采集多组探测数据。

作为可能的实施方式，采用最小二乘法对探测数据进行反演。

作为可能的实施方式，精细网格化时，对反演所得数据的网格化的精细程度为1/100-1/15。

作为可能的实施方式，提取低阻体中心位置纵向上网格节点的坐标值和电阻率值时，在低阻区域中心位置及其两侧各取多条纵向线上的数据。

作为可能的实施方式，反射系数计算公式为：

其中i为网格化后同一纵向线上自上而下的序号，ρ_i为第i个网格节点处的电阻率值。

作为可能的实施方式，反射系数进行归一化，得数据集K，由于K-H曲线上峰值深度坐标与地层变化深度值存在偏移，因而本方法需要分析此偏移随深度的变化规律，根据特定地层条件下的低阻体界面深度值与K-H曲线特征点深度坐标的偏移关系选择合适的拟合函数n＝f(H)。

作为可能的实施方式，根据关系曲线的波形以及峰值所在的深度坐标，对比原始模型数据，总结所述关系曲线中界面深度值与曲线峰值深度值的误差，并进行修正。

作为可能的实施方式，依据模型的变量进行多次调整并修正拟合函数，从而确定该类地层条件下能准确识别低阻体的电阻率法解释和成像模型。

一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像系统，包括：

模型构建模块，被配置为模拟待分析的地层条件，采用多种电极排列方式，设置相匹配的测线长度和电极距离，建立地层模型，并采集待测区域电法勘探数据；

网格化模块，被配置为对探测数据进行反演，对反演所得原始数据进行精细网格化并采用克里金法插值，将网格数据进行成像，提取低阻体中心位置纵向上网格节点的坐标值和电阻率值；

计算修正模块，被配置为计算提取数据的反射系数并将其归一化，初步建立放大指数与深度值的函数，计算反射系数的放大指数次方作为影响值，绘制影响值与深度值的关系曲线，根据关系曲线的波形以及峰值所在的深度坐标，对比原始模型数据，修正所述函数；

调整模块，被配置为调整模型参数，直至所述关系曲线表示出地层中低阻体界面的深度值。

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开针对当前普遍采用的电阻率法反演方法的结果中存在的低阻体边界分辨率不足的问题，通过计算低阻区域反射系数并分析其变化趋势的方式，对低阻体边界进行准确定位，从而确定低阻体位置及规模等重要因素。

对比目前常用的反演结果中只能对地层中各部分的电阻率进行粗略表示的问题，本公开通过放大后的反射系数随深度变化的曲线将电阻率不同区域的边界进行精准定位，并根据峰值两侧曲线的递增或递减的变化顺序对边界两侧电阻率大小关系进行判断。

本公开能有效弥补当前电法勘探工作中不能准确地确定各地层中低阻异常体边界、数量和规模等重要因素的不足，对于提高电法勘探数据处理结果的准确性具有重要意义，并能为其他勘探方法的高分辨率成像及解释工作提供借鉴。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的电阻率法高分辨率解释及成像方法步骤流程图；

图2-图3是本公开在不同关系函数n＝f(H)下的用于表示地层中低阻体界面深度位置的Kⁿ-H曲线示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

基于反射系数分析的电阻率法高分辨率解释及成像方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤一：模拟特定地层条件，采用多种电极排列方式，设置合理的测线长度和电极距离，建立地层模型，并采集待测区域电法勘探数据；

步骤二：使用目前普遍采用的最小二乘法对探测数据进行反演；

步骤三：对反演所得原始数据(包括位置坐标、反演电阻率值)进行精细网格化并采用克里金法插值；

步骤四：将网格数据进行成像，提取低阻体中心位置纵向上网格节点的坐标值和电阻率值；

步骤五：计算提取数据的反射系数并将其归一化，数据集记为K；

步骤六：初步建立放大指数n与深度值H的函数n＝f(H)，绘制Kⁿ-H的函数关系曲线；

步骤七：分析Kⁿ-H曲线的波形以及峰值所在的深度坐标，对比原始模型数据，修正函数n＝f(H)；如图2和图3为在不同关系函数n＝f(H)下的用于表示地层中低阻体界面深度位置的Kⁿ-H曲线示意。

步骤八：调整模型参数(地层电阻率值分布及厚度等)，重复上述步骤，直至n＝f(H)能较为准确地使Kⁿ-H曲线表示出地层中低阻体界面的深度值，从而建立能准确识别低阻体的电阻率法高分辨率解释和成像方法。

步骤一中，需要确定地层电阻率值、电阻率变化情况，低阻区域规模、位置及数量等变量；进行模拟数据采集时，需要模拟温纳排列、偶极排列和施伦贝谢尔排列三种电极排列方式，对同一模型采集三组探测数据。

步骤二中，采用最小二乘法对电阻率法探测数据进行反演，从而使本方法具有工程适应性。

步骤三中，对反演所得数据的网格化应在便于计算的前提下尽量精细，例如对于有效探测深度为30m的反演所得数据，可在纵向上划分为500～1000个网格。

步骤四中，为便于准确分析数据变化规律，可在低阻区域中心位置及其两侧各取多条纵向线上的数据；

步骤五中，反射系数计算公式为：

其中i为网格化后同一纵向线上自上而下的序号，ρ_i为第i个网格节点处的电阻率值。

步骤六中，需先将反射系数进行归一化，得数据集K，再根据特定地层条件下的低阻体界面深度值与K-H曲线特征点深度值的对应和偏移关系选择合适的拟合函数n＝f(H)。

步骤七中，应总结Kⁿ-H曲线中界面深度值与曲线峰值深度值的误差，并进行修正。

步骤八中，应对模型的变量进行多次调整并修正拟合函数n＝f(H)，从而确定该类地层条件下能准确识别低阻体的电阻率法高分辨率解释和成像方法。

在地层数量、低阻体数量及分布方式相同的模型中，采用多种电极排列方式进行模拟探测，将所得探测结果通过目前普遍采用的最小二乘法进行反演，从而使该方法能够较好地符合当前实际工程情况，便于应用。

将反演结果数据进行精细网格化并插值，提取低阻区域中心位置纵向线上各节点的深度及电阻率值，计算各相邻网格节点间的反射系数K_i,i+1，并将其归一化，数据集记为K。

对比初始模型中低阻体边界具体位置，分析K-H曲线，设定初始关系函数n＝f(H)。

调整模型低阻体边界位置，优化函数n＝f(H)，使Kⁿ-H曲线能更好地表示该类地形条件下电阻率变化界面的位置。

对比不同电极排列方式下所得数据的处理结果，综合分析确定低阻体上下及左右边界。

相应的，提供产品实施例如下：

一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像系统，包括：

模型构建模块，被配置为模拟待分析的地层条件，采用多种电极排列方式，设置相匹配的测线长度和电极距离，建立地层模型，并采集待测区域电法勘探数据；

网格化模块，被配置为对探测数据进行反演，对反演所得原始数据进行精细网格化并采用克里金法插值，将网格数据进行成像，提取低阻体中心位置纵向上网格节点的坐标值和电阻率值；

计算修正模块，被配置为计算提取数据的反射系数并将其归一化，初步建立放大指数与深度值的函数，计算反射系数的放大指数次方作为影响值，绘制影响值与深度值的关系曲线，根据关系曲线的波形以及峰值所在的深度坐标，对比原始模型数据，修正所述函数；

调整模块，被配置为调整模型参数，直至所述关系曲线表示出地层中低阻体界面的深度值。

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的基于反射系数分析的电阻率法高分辨率解释及成像方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的基于反射系数分析的电阻率法高分辨率解释及成像方法。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法，其特征是：包括以下步骤：

模拟待分析的地层条件，采用多种电极排列方式，设置相匹配的测线长度和电极距离，建立地层模型，并采集待测区域电法勘探数据；

对探测数据进行反演，对反演所得原始数据进行精细网格化并采用克里金法插值，将网格数据进行成像，提取低阻体中心位置纵向上网格节点的坐标值和电阻率值；

计算提取数据的反射系数并将其归一化，初步建立放大指数与深度值的函数，计算反射系数的放大指数次方作为影响值，绘制影响值与深度值的关系曲线，根据关系曲线的波形以及峰值所在的深度坐标，对比原始模型数据，修正所述函数；

调整模型参数，重复上述步骤，直至所述关系曲线表示出地层中低阻体界面的深度值。

2.如权利要求1所述的一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法，其特征是：建立地层模型之前，需要确定地层电阻率值、电阻率变化情况，低阻区域规模、位置及数量。

3.如权利要求1所述的一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法，其特征是：多种电极排列方式包括温纳排列、偶极排列和施伦贝谢尔排列三种电极排列方式，对同一地层模型采集多组探测数据。

4.如权利要求1所述的一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法，其特征是：采用最小二乘法对探测数据进行反演；

或，精细网格化时，对反演所得数据的网格化的精细程度为1/100-1/15。

5.如权利要求1所述的一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法，其特征是：提取低阻体中心位置纵向上网格节点的坐标值和电阻率值时，在低阻区域中心位置及其两侧各取多条纵向线上的数据。

6.如权利要求1所述的一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法，其特征是：反射系数进行归一化，得数据集K，再根据特定地层条件下的低阻体界面深度值与K-H曲线特征点的对应和偏移关系选择合适的拟合函数n＝f(H)。

7.如权利要求1所述的一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法，其特征是：根据关系曲线的波形以及峰值所在的深度坐标，对比原始模型数据，总结所述关系曲线中界面深度值与曲线峰值深度值的误差，并进行修正；

或，依据模型的变量进行多次调整并修正拟合函数，从而确定该类地层条件下能准确识别低阻体的电阻率法解释和成像模型。

8.一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像系统，其特征是：包括：

模型构建模块，被配置为模拟待分析的地层条件，采用多种电极排列方式，设置相匹配的测线长度和电极距离，建立地层模型，并采集待测区域电法勘探数据；

网格化模块，被配置为对探测数据进行反演，对反演所得原始数据进行精细网格化并采用克里金法插值，将网格数据进行成像，提取低阻体中心位置纵向上网格节点的坐标值和电阻率值；

计算修正模块，被配置为计算提取数据的反射系数并将其归一化，初步建立放大指数与深度值的函数，计算反射系数的放大指数次方作为影响值，绘制影响值与深度值的关系曲线，根据关系曲线的波形以及峰值所在的深度坐标，对比原始模型数据，修正所述函数；

调整模块，被配置为调整模型参数，直至所述关系曲线表示出地层中低阻体界面的深度值。

9.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法。

10.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的一种基于反射系数分析的低阻体解释及成像方法。