三维高密度电阻率法数值及物理模拟实验研究

【摘要】：电阻率法作为一种重要的物探方法，它是以岩土体的导电性差异为基础，通过观测研究人工建立的稳定电流场的分布规律来达到找矿和解决地质问题的目的。由于地壳中岩土体导电性差异普遍存在，因而使得该方法得到广泛应用，而且在矿产普查和水文地质、工程地质勘察以及环境监测等多个领域均已取得了非常好的效果。最早期，随着该方法的理论逐渐成熟，勘探中使用的是一维勘探技术即电测深、电剖面技术，使用的前提是默认地层是水平层状介质，但实际地质状况是复杂多变的，因而对于结果的判别往往很难达到理想效果。后来随着计算机技术的发展以及阵列式数据采集思想的提出，二维高密度电阻率法逐渐得到推广应用，并且取得非常好的效果，带来可观的经济利益。问题在于地质构造及异常通常是三维形态，而且具有三维地电性特征，使用传统的二维高密度电阻率法进行勘探，往往会受到旁侧效应影响，无法对地质构造及异常进行准确定位，因而三维高密度电阻率法便应运而生。该方法在区域面积内进行数据采集，一次布极多极距测量，可以得到丰富的地下电阻率信息，通过对从不同角度进行数据处理得到的切片进行分析，进而实现对目标体的准确定位、全面透视。 目前，三维高密度电阻率法数值模拟研究主要集中在正演算法及其计算速度等方面，在实际应用中采用最多的是二极装置类型数据全采集方式。但至今尚未有人针对某种算法对二极装置类型数据全采集方式的分辨率进行详细研究，同时缺少对三种数据测量方式（全测量方式、十字交叉测量方式及Γ测量方式）分辨率的讨论，并且对于其他几种装置类型也未有人进行对比做详细分析。 针对以上存在问题，本文利用三维高密度电阻率法的正演软件RES3DMOD，首先建立了一组高阻球体模型，通过改变球体的大小同时改变球心所在深度，以此来模拟研究使用二极装置数据全采集测量方式下三维高密度电阻率法对异常体的分辨率；接着选取了一组典型模型来模拟研究不同数据测量方式下的分辨率；最后建立了高阻长方体和倾斜板状体模型，分别采用不同的装置类型进行模拟采集数据，来研究不同装置类型的优缺点。通过物理模拟实验来验证数值模拟实验的结论，利用主机、数据采集软件、水槽、电极板及电瓶组成数据采集系统，分别选取了气球、塑料棒和橡胶板来模拟不同的高阻异常体。最后数据经过三维高密度电阻率法的反演软件RES3DINV对数据进行反演，反演结果通过三维成图软件Voxler以立体形式直观显示。 通过对数值及物理模拟实验的研究得出以下结论：一、对于二极装置数据全采集方式，当异常体电阻率大于10倍以上背景场电阻率，异常体大小尺寸与最小电极距成1:1~3:1比例时，异常状况可以区分的深度范围在1.5~2倍电极距之间，异常体大小尺寸与最小电极距比例大于等于5:1时，异常体状况在理论勘探深度范围内都可以得到很好体现；二、对于二极装置三种数据采集方式，全采集测量方式得到的地电信息更为丰富，数据反演收敛效果最好，其他两种测量方式的数据需要通过多次反演使异常得到收敛，但比全采集测量方式分辨率低很多，有时会使异常结果的形状产生变形，在不影响勘探结果的前提下可以采用十字交叉测量方式；三、对于装置类型选择方面，二极装置类型具有有效勘探深度最深，有效横向勘探宽度最宽的优点，但其分辨率和其他几种装置类型相比较低，三极和偶极装置对于异常体的分辨率较高，斯伦贝格和温纳两种装置类型由于数据采集点数较少影响了其分辨率；四、根据不同的需要可以从三维高密度电阻率法采集的数据体中提取一维的电测深及电剖面视电阻率曲线，二维的电阻率等值线图，以及三维的切片图和异常体渲染效果图。

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P631.322