基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的電阻率三維正反演及其應(yīng)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(fù)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(yīng)?？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(yīng)用及帶地形電阻率三維反演奠定堅實基礎(chǔ)。
　　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(yù)測與防治工作中有廣泛應(yīng)用。由于地下巷道本身即是三維模型，必須應(yīng)用電阻率三維數(shù)值模擬才能獲得地下復(fù)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(yù)測模型。然而，實際井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)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(yù)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(yù)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(yù)測模型較其他預(yù)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(yù)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(yīng)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(yīng)用的起伏地形下電阻率三維反演依然困難?？紤]到應(yīng)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(shè)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(chǔ)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(yīng)用于實際勘探的關(guān)鍵。
　　我們將本文的反演方法應(yīng)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(yīng)用于實際礦產(chǎn)資源勘探的結(jié)果國內(nèi)、外尚不多