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(duì)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(jìn)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(diǎn)，只需要在重點(diǎn)觀測(cè)計(jì)算區(qū)域內(nèi)添加有限數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，即可充分發(fā)揮有限單元法的優(yōu)勢(shì)，在減少計(jì)算量的同時(shí)，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(shí)異常體的響應(yīng)?？焖佟⒕_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(cè)中的應(yīng)用及帶地形電阻率三維反演奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　直流電阻率法通過觀測(cè)單極-偶極裝置（三極裝置）視電阻率曲線最小值位置估計(jì)掌子面前方低阻異常體距離，在巷道超前探測(cè)及礦井水害預(yù)測(cè)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(chǎng)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(cè)的線性預(yù)測(cè)模型。然而，實(shí)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(jiǎn)單模型實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬獲得的預(yù)測(cè)公式不確定性較大，而且可靠性難于評(píng)價(jià)。蒙特卡羅方法用隨機(jī)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(duì)大量不確定的隨機(jī)模型進(jìn)行三維數(shù)值模擬，以驗(yàn)證各預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確度及可靠性。結(jié)果表明，本文提出的超前探線性預(yù)測(cè)模型較其他預(yù)測(cè)模型

4、更為準(zhǔn)確、可靠。同時(shí)，模擬結(jié)果表明介質(zhì)各向異性的影響很大，尤其當(dāng)圍巖電阻率具有各向異性時(shí)，所有預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)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(cè)研究，為巷道超前探測(cè)準(zhǔn)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。考慮到應(yīng)用GPS/GNSS定位技術(shù)時(shí)，區(qū)域地球物理調(diào)查中可非規(guī)則布設(shè)測(cè)網(wǎng)的實(shí)際特點(diǎn)，我們?cè)诨诜墙Y(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(shí)現(xiàn)了任意偶極-偶極觀測(cè)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(cè)方式有效實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、隨機(jī)化、高密度的三維觀測(cè)數(shù)據(jù)采集，同時(shí)，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(zhǔn)確。通過不斷調(diào)

6、整合成觀測(cè)數(shù)據(jù)中高斯噪聲大小，展示了本文的反演方法對(duì)不同質(zhì)量觀測(cè)數(shù)據(jù)的反演效果，顯示了對(duì)噪聲的良好兼容性，是電阻率三維反演應(yīng)用于實(shí)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(duì)實(shí)際觀測(cè)的電阻率三維數(shù)據(jù)進(jìn)行反演解釋，給出了礦區(qū)的地下電性三維分布，其中一個(gè)低阻異常體與正在開采的金礦體吻合，其余三個(gè)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(shí)際礦產(chǎn)資源勘探的結(jié)果國(guó)內(nèi)、外尚不多