基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的電阻率三維正反演及其應用研究.pdf

1、地表起伏地形在野外礦產(chǎn)資源勘察中不可避免，其對直流電法勘探影響巨大。我們通過在電阻率三維正演中采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，能夠進行任意復雜地形和幾何模型的數(shù)值模擬。與結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相比，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格具有可局部加密的特點，只需要在重點觀測計算區(qū)域內(nèi)添加有限數(shù)量的節(jié)點，即可充分發(fā)揮有限單元法的優(yōu)勢，在減少計算量的同時，大幅度提高求解精度。球體和無限大板體模型的電阻率三維非結(jié)構(gòu)有限單元數(shù)值模擬結(jié)果表明，誤差均在0.9％以內(nèi)。不同起伏地形模型的電阻率三維非結(jié)構(gòu)有

2、限單元數(shù)值模擬結(jié)果表明，地形影響巨大，甚至掩蓋地下真實異常體的響應?？焖?、精確的電阻率三維非結(jié)構(gòu)有限單元數(shù)值模擬為其在巷道超前探測中的應用及帶地形電阻率三維反演奠定堅實基礎。
　　直流電阻率法通過觀測單極-偶極裝置（三極裝置）視電阻率曲線最小值位置估計掌子面前方低阻異常體距離，在巷道超前探測及礦井水害預測與防治工作中有廣泛應用。由于地下巷道本身即是三維模型，必須應用電阻率三維數(shù)值模擬才能獲得地下復雜結(jié)構(gòu)的全空間三維地電場的分布特征

3、。我們基于電阻率三維非結(jié)構(gòu)有限單元數(shù)值模擬，給出低阻異常體超前探測的線性預測模型。然而，實際井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，異常大小不定且任意分布，而且可能存在有電阻率各向異性，使得目前由簡單模型實驗或數(shù)值模擬獲得的預測公式不確定性較大，而且可靠性難于評價。蒙特卡羅方法用隨機化思想解決非確定性問題，我們將該方法與并行算法結(jié)合，對大量不確定的隨機模型進行三維數(shù)值模擬，以驗證各預測模型的準確度及可靠性。結(jié)果表明，本文提出的超前探線性預測模型較其他預測模型

4、更為準確、可靠。同時，模擬結(jié)果表明介質(zhì)各向異性的影響很大，尤其當圍巖電阻率具有各向異性時，所有預測模型的準確度及可靠性較差，給安全生產(chǎn)帶來很大隱患。我們首次將并行蒙特卡羅方法應用于直流電阻率巷道超前探測研究，為巷道超前探測準確性和可靠性的定量化描述提供了新思路。
　　現(xiàn)階段，面向?qū)嶋H應用的起伏地形下電阻率三維反演依然困難?？紤]到應用GPS/GNSS定位技術(shù)時，區(qū)域地球物理調(diào)查中可非規(guī)則布設測網(wǎng)的實際特點，我們在基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的電阻

5、率三維正演數(shù)值模擬基礎上，首次實現(xiàn)了任意偶極-偶極觀測數(shù)據(jù)的電阻率、激發(fā)極化三維帶地形反演。任意偶極-偶極觀測方式有效實現(xiàn)大規(guī)模、隨機化、高密度的三維觀測數(shù)據(jù)采集，同時，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格為地形建模采集地表高程數(shù)據(jù)及其靈活、高效的野外電阻率三維數(shù)據(jù)解釋創(chuàng)造了有利條件。理論模型合成數(shù)據(jù)的帶地形電阻率、激發(fā)極化三維反演結(jié)果表明，無論常規(guī)的中間梯度數(shù)據(jù)、還是任意偶極-偶極數(shù)據(jù)均取得良好反演效果，起伏地形下的不同異常體電性反映清晰、定位準確。通過不斷調(diào)

6、整合成觀測數(shù)據(jù)中高斯噪聲大小，展示了本文的反演方法對不同質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)的反演效果，顯示了對噪聲的良好兼容性，是電阻率三維反演應用于實際勘探的關(guān)鍵。
　　我們將本文的反演方法應用于甘肅某地的多金屬礦三維勘察，對實際觀測的電阻率三維數(shù)據(jù)進行反演解釋，給出了礦區(qū)的地下電性三維分布，其中一個低阻異常體與正在開采的金礦體吻合，其余三個低阻異常推斷為隱伏礦體，以待其它勘探手段查證。電阻率三維反演解釋成功應用于實際礦產(chǎn)資源勘探的結(jié)果國內(nèi)、外尚不多