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地—井、井—地IP三维快速正反演研究

吕玉增  
【摘要】: 井中激发极化法(简称井中IP)是勘查多金属和贵金属硫化物矿床、尤其是寻找深部盲矿体优先选用的有效井中物探方法之一。在国外,井中电法已经成为一种必要的方法,甚至是有孔必测;在国内当前危机矿山接替资源勘查中,井中激电正逐步成为深部矿产勘查的重要方法之一。由于受钻孔条件和环境的限制,井中IP广泛应用的方法是地—井五方位和井—地激电充电法。然而,目前对这两个方面的研究成果较少,解释水平也相对落后,直接影响深部找矿效果。为此,国土资源部国家危机矿山接替资源找矿办公室把“地—井、井—地IP三维正反演技术”列为深部找矿的关键方法技术之一进行研究。本文正是结合国家地矿行业发展和深部找矿的需求,开展地—井、井—地IP的三维快速正反演研究。 本文从电场满足的微分方程出发,推导了三维复杂条件下总电位和异常电位的有限元计算方法,讨论了不同观测方式下网格剖分的方法,把四面体交叉剖分技术应用于正演计算中,推导了边界积分计算,并用地形修正公式完成起伏地形的剖分,使得网格的剖分更符合电场的分布规律,提高了计算精度;详细分析三维有限元计算形成的系数矩阵的非零元素分布,采用MSR(Modified Sparse Row)压缩存储技术,大大减少了三维正演计算对内存的要求;并把SSOR-PCG法应用到有限元正演方程求解中,使正演计算时间大大缩短,在PC机上实现了快速正演计算,为下一步地—井、井—地IP快速反演解释奠定基础。 在第三章中,系统分析了井旁不同形态异常体(盲矿体)的地—井五方位IP异常特征,分析总结了异常体位置、参数变化,方位距离变化、钻孔大小、观测环境和地形等对地—井五方位IP异常的影响规律,总结出依据不同方位观测激电异常特征快速定位盲矿体的方法。 在第四章,以常见的侵染状矿体等非等位体为研究对象,讨论了立方体、板状体等典型非等位体的充电激电异常特征和异常体埋深、充电点位置变化对充电异常的影响等,对实际工作有指导意义。 在第五章,针对当前地—井五方位IP数据量少,不适合进行层析成像反演,分析了“近似解析解”快速正演的实现方法及可行性,研制开发了地—井五方位IP人机交互正演拟合反演解释软件,并对实测数据进行了反演和解释,软件界面友好,直观,解释效果良好;此外,以最小二乘约束反演理论为基础,将CG非线性迭代算法、Ax和A~Ty近似计算方法应用于地—井、井—地IP三维反演中,避开了Jacobian矩阵的直接计算和存储,加快了反演速度,节省了内存消耗;另外将背景、最大光滑及已知钻探信息等作为约束条件引入到反演中,提高了反演的稳定性,减少了多解性,大大提高了反演速度。算例反演结果表明,三维反演速度快,反演结果与已知模型吻合较好。 本文通过对三维地—井、井—地IP的正反演研究,在PC机上实现了地—井、井—地IP三维快速正反演计算程序,开发了地—井五方位IP人机交互正演拟合反演解释软件。三维正演计算只需数十秒时间,三维层析成像反演只需约10分钟,具有较好的推广应用前景。


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