高密度电法反演软件Res2dinv使用说明(3)

2019-09-01 23:14

大,你就可以使用子块宽度小一点的模型,这对像单极-偶极/偶极-偶极这种对地表变化反应灵敏的排列尤其重要,一般来说,将模型子块宽度设为单位电极距的一半能得到最好的效果。

跨孔模型:有标准模型和小块模型两种可以选择。标准模型的模型子块尺寸与地面及钻孔中的电极距相同,小块模型的模型子块尺寸则为电极距的一半。

显示模型子块灵敏度:本选项将显示反演模型子块灵敏度的图示。灵敏度值是模型子块电阻率信息量在实测电阻率资料中的度量值。灵敏度值越高,模型电阻率值约可靠。通常,由于电极附近的灵敏度函数值非常大,邻近地表的模型子块往往具有较高的灵敏度值。模型两边及底部的模型子块由于被延伸到有限差分或有限元网格的边缘而具有大的多的尺寸,也有很高的灵敏度值。如果调用本选项之前已经对资料作了反演计算,程序将使用最后一次雅克比矩阵。否则,程序将计算均匀大地模型的雅克比矩阵来计算模型子块灵敏度。

地表灵敏度:显示地表相同尺寸模型子块的灵敏度,这就基本上消除了子块尺寸大小对灵敏度的影响,可以非常明显的显示出地表灵敏度随深度和位置的变化。

标准灵敏度值:剖面上显示的灵敏度值,都是平均灵敏度值除以计算所得灵敏度值后的,也可以不选择显示为标准灵敏度值。

强制模型子块宽度:强制模型子块具有相同的宽度,可以避免较宽的子块在较低的层中。 IP(激发极化)反演方法:对于同时观测了电阻率和IP数据的资料反演, 可以选择两种数据顺序依次反演或两种数据同时分别反演。对于顺序的选择,你可以让程序自动运行IP数据反演而无需等待用户的响应。

IP反演阻尼系数:在反演时,IP阻尼系数通常比相应的电阻率反演中使用的阻尼系数要小。当设置的值为1时,则电阻率反演和IP数据反演程序使用相同的阻尼系数。正常情况下一般使用0.05~0.25,也可以选择让程序自动计算阻尼系数。

批处理模式:本选项可以自动反演多个数据文件。

使用汇编语言子程序:在反演过程中,可以选择仅使用C语言子程序,或在某些计算耗时大的位置同时使用汇编语言子程序。汇编语言子程序的计算速度最快,但是通过测试的系统平台和工作环境较 C 语言子程序为少。为了加快反演速度,请选用汇编语言子程序,如果在反演过程出现问题,可尝试改为不使用汇编语言子程序。

5)“地形”菜单

当程序从数据文件读入地形数据后,程序会自动选择使用有限元法。地形改正在反演时自动完成。

显示地形:本选项可显示地形剖面图

背景切除:可以选择切除平均高程、最小二乘线性趋势面背景或连接两个端点的直线背景。如果除个别点外,沿测线的地面基本平坦,使用将测点高程减去常数的选项。如果测线位于斜坡上,选择最小二乘或两端点连线为线性趋势面。

地形模拟有3种方法:

使用统一变形的有限元网格:这是程序的默认选项,使网格表面能与实际地形表面相匹配。 使用阻尼系数变形的有限元网格:这种方法使地表下的节点比表面的变化小,也即用深度阻尼系数来修正地形,这更适合于地形曲率较小的情况,控制深度阻尼程度的系数可由用户修改。

使用S-C变换法变形的有限元网格:这种方法是使用S-C变换方法计算地下各层的扭曲,对地形曲率较大地形,这是一种最好的方法,可以产生一个很自然的模型剖面。在测线最高处,如地形变化很大且地形数据量较少时,有可能这方法不能用,这时可以在地形最高处附近增加地形数据点来解决。

具体如下图所示:

6)“输出”菜单 点击“输出”->“保存为BMP或PCX文件”,这些格式文件可由如photoshop等图像编辑软件打开并编辑(如加入标注),然后输入到打印机。 7)“结果显示窗口”

点击“显示”菜单中的“显示反演结果”,进入上面的结果显示窗口。 本窗口用于读取反演结果(.inv),并且显示实测、拟合视电阻率拟断面图和模型断面,可以改变用于绘制拟断面的等值线间隔、是否绘制等值线、纵横刻度比例、是否显示数据点、是否划分基岩面、色标、单位字体等窗口显示参数,并可作RMS误差统计,按照屏幕提示即可完成各项操作。

附录1高密度电阻率法剖面的图示及反演程序原理

电阻率法的探测深度随着供电电极C1C2距离的增大而增大,当隔离系数n逐次增大时,C1C2电极距也逐次增大,对地下深部介质的反映能力亦逐步增加。由于岩土剖面的测点总数是固定的,因此,当极距扩大时,反映不同勘探深度的测点数将依次减少。我们通常把高密度电阻率法的测量结果记录在观测电极P1P2的中点、深度为na的点位上,整条剖面的测量结果便可以表示成一种倒三角形的二维断面的电性分布。如下图

本软件所使用的反演程序是基于圆滑约束最小二乘法,使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘法的新算法。使得大数据量下的计算速度较常规最小二乘法快10倍以上且占用内存较少。圆滑约束最小二乘法基于以下方程:

( J’J + uF )d = J’g

其中 F =fxfx’ + fzfz’

fx = 水平平滑滤波系数矩阵 fz = 垂直平滑滤波系数矩阵 J = 偏导数矩阵 J’ = J的转置矩阵 u = 阻尼系数

d = 模型参数修改矢量 g = 残差矢量

这种算法的一个优点是可以调节阻尼系数和平滑滤波器以适应不同类型的资料。

反演也可以使用常规高斯-牛顿法,每次迭代后重新计算偏导数的雅克比(Jacobian)矩阵。它的反演速度比准牛顿慢得多,但在电阻率差异大于10:1的高电阻率差异地区,效果要稍好一些,反演逼近也可以在第二或第三次迭代以前,使用高斯-牛顿法,然后使用准牛顿法,在许多情况下,这提供了一个最佳折衷选择。

反演程序使用的二维模型把地下空间分成许多模型子块。然后确定这些子块的电阻率,使得正演计算出的视电阻率拟断面与实测拟断面值相吻合。对于温纳和施伦贝谢尔排列,第一层子块的厚度设置为0.5倍电极距。对于单极-单极、偶极-偶极和单极-偶极排列,首层层厚分别设置为0.9、0.3、及0.6倍电极距。后继层的厚度依次递增10%(或25%)。层厚也可由使用者设置改变。最优化方法主要靠调节模型子块的电阻率来减少正演值与实测电阻率的差异。这种差异用

均方误差(RMS)来衡量。然而,有时最低均方误差值的模型却显示出了模型电阻率值巨大的和不切实际的变化,从地质勘察角度而言,这并不总是最好的模型。通常,最谨慎的逼近是选取迭代后均方误差不再明显改变的模型,这通常在第三和第五次迭代之中出现。

反演程序使用的二维模型由一系列矩形格子构成。矩形格子的排列受拟断面图数据点分布的松散约束。格子的大小和贡献由程序自动产生,格子的数量一般不超过数据点的数量。然而程序设置了一个选项,允许用户使用格子数超过数据点的模型。最底排的格子设置深度近似等于最大电极距的等效勘察深度。

模拟正演子程序用于计算视电阻率值,采用了有限差分法或有限元法。本程序适用于温纳、单极-单极、偶极-偶极、单极-偶极、温纳-施伦贝谢尔和跨孔排列。可以一次处理多达10000个电极、21000个数据点的拟断面图。


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