基于任意偶极‑偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于任意偶极‑偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法，包括采用三维直流激电任意偶极‑偶极装置全区观测方法及测量参数；实测数据归一化背景电阻率模型电场的计算；实测数据电阻率和极化率归一化传输函数的计算；理论模型电阻率和极化率归一化传输函数的计算。本发明专利技术方法能实现复杂条件下三维直流激电任意偶极‑偶极装置的全区观测三维数值模拟，而且不受电场零线限制，布极灵活，可以针对重点勘探区域任意加密测点密度，适应复杂环境的勘探；能够获取更为丰富的地下目标体的三维信息，并为各向异性介质的反演成像提供准备条件；而且本发明专利技术方法具有形态差异大、极化信息丰富和分辨率高的特点，能有效提升数值模拟的计算精度。

The three-dimensional numerical simulation method of DC ipmethod arbitrary dipole dipole device based on

The invention discloses a three-dimensional numerical simulation method of DC ipmethod arbitrary dipole dipole device based on, including the use of 3D DC IP arbitrary dipole dipole device the method of observation and measurement parameters; calculation of measured data normalized background resistivity model of electric field; calculation of measured data of resistivity and polarizability normalized transfer function; theoretical model the resistivity and polarizability normalized transfer function. The method of the invention can realize the three-dimensional numerical simulation of three-dimensional complex conditions of direct current IP arbitrary dipole dipole device the observation, and is not affected by the electric field line zero limit, extremely flexible cloth, for any encryption key exploration area density of measuring points, adapt to the complex environment of exploration; can obtain more information of 3D object under the rich the preparation and provide conditions for the inversion of anisotropic media; and the method of the invention has different morphology and polarization of rich information and high resolution, can effectively improve the accuracy of numerical simulation.

【技术实现步骤摘要】
基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法
本专利技术具体涉及一种基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法。
技术介绍
地球物理学是通过定量的物理方法(如：地震弹性波、重力、地磁、地电、地热和放射能等方法)研究地球以及寻找地球内部矿藏资源的一门综合性学科，研究范围包括地球的地壳、地幔、地核和大气层等。近年来，地球物理学发展越来越快，也越来越受到人们的重视。直流激电法是地球物理学中一个非常重要的探测方法。直流激电法根据激发和和观测条件的不同可以分为地面直流激电法、井中直流激电法和隧道直流激电法，该方法作为一种重要的电法勘探方法，在矿产资源、水资源探测、考古、环境和灾害监测、隧道超前预报、路基岩溶及煤田采空区探测等领域得到了大量的应用，并取得了良好的实际效果。直流激电法数值模拟方法与直流电阻率法完全相同，极化率数据的反演也可以在电阻率反演的基础上得到。直流激电法与直流电阻率法一样，其观测方式与数值模拟具有直接的联系，直流电法供电装置主要包括单极供电装置和偶极供电装置，偶极供电装置测量数据由于极化信息丰富和分辨率高，获得了更广泛的应用。但是在三维勘探中，由于受电场零线的影响，偶极-偶极装置很难实现全区观测。考虑到野外施工环境和三维正反演方法的限制，基于任意布极的三维测量面临极大的困难，目前主要包括如下两种观测方式：①采用以E-SCAN为代表的规则三维测网进行电极的布设；②将多条二维测线组成三维测网。E-SCAN方法采用的是单极-单极(偶极)装置，将大量的电极连接到一根多芯电缆上，由计算机对多路传输系统进行控制，采用电极转换的方式确定供电电极和测量电极。其基本思想是将地面上的电极按照二维网格布置，每一个网格节点上有一根电极，假设共有n根电极，则完成一次全测量所需的次数为N＝n(n-1)。具体操作过程为：从m＝1(m为电极编号)开始为供电电极，其余电极转换为测量电极，接着m＝2转换为供电电极，其余电极转换为测量电极，直到m＝n时为止。这种测量方法当电极个数n过大时，对于单通道的二维测量仪进行三维测量来说工作效率较低。为了提高野外施工工作效率，Jonathan(2005)针对已有的E-SCAN三维测量方式做了改进，采用“十字-对角方向测量”，即以源点为中心以45°为间隔进行旋转，测量旋转方向上的测点，并通过模型和实测资料进行了验证，这种测量方式与以往测测量方式几乎不降低地下目标体的信息量。但是，E-SCAN测网方式存在的缺点包括：1)由于采用单极-单极或三极装置，很难向地下供大电流，只能够进行浅层勘探，此外由于“无穷远”电极的存在，野外施工不方便；2)所有电极都连接到同一根电缆上，造成野外施工不够灵活，布极要求非常严格，在地形较为复杂的地区很难施工；3)测量数据可能过于密集，造成施工资源的浪费。而二维测线组成三维测网的施工方式虽然简单可行，但由于二维测线获取地下目标体的三维信息有限，难以获得高精度成像结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够实现全区观测、适应性好、数据处理简单可靠且准确的基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法。本专利技术提供的这种基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法，包括如下步骤：S1.采用三维直流激电任意偶极-偶极装置对待测区域进行全区观测，从而获得待测区域测点的水平电场和S2.根据步骤S1得到的待测区域测点的水平电场和计算得到实测数据电阻率合成电场和激发极化合成电场S3.计算步骤S2得到的实测数据的归一化背景电场并计算实测数据归一化传输函数和极化率归一化传输函数S4.根据步骤S1中观测系统参数对理论模型进行有限元数值模拟，获得理论模型测点电阻率合成电场和激发极化合成电场S5.根据步骤S2中选取的背景电阻率模型和步骤S4中模型网格剖分参数，计算理论模型归一化背景电场S6.计算理论模型电阻率归一化传输函数和极化率归一化传输函数至此，分别获得了实测数据和理论模型归一化传输函数，从而为三维直流激电归一化传输函数数据的反演提供条件。步骤S1所述的采用三维直流激电任意偶极-偶极装置对待测区域进行全区观测，具体为采用如下规则进行全区观测：R1.发电电极和测量电极分开；R2.发射电极为偶极装置，在待测区域内可以沿任意方向布设，且可以布设于地表或井中；R3.测量电极为偶极装置，测量方式为矢量观测方式，测点在待测区域内可以任意布设，且在任意小区域内可以对测点进行加密或稀疏；R4.矢量测量时，先后沿着x方向和y方向观测测点的水平电场和R5.对供电电极进行断电操作，观测激发极化电场和步骤S2所述的实测数据电阻率合成电场和激发极化合成电场具体为采用如下算式进行计算：步骤S3所述的计算实测数据的归一化背景电场具体为采用如下步骤计算：A.选取计算归一化背景场的电阻率模型；B.采用网络加密-收缩算法对步骤A选定的电阻率模型进行网格离散，从而提升归一化背景场的计算精度和效率；C.根据步骤B对背景场电阻率模型进行网格离散后，按照野外观测系统参数进行有限单元法数值模拟，计算得到实测数据归一化背景合成电场并计算实测数据电阻率归一化传输函数和极化率归一化传输函数具体采用如下算式进行计算：步骤S4所述的理论模型有限单元法数值模拟，具体为采用如下步骤进行计算：a.设计电阻率模型和极化率模型，并采用结构化网格对模型进行离散；b.按照步骤a对模型离散后，根据野外观测系统参数采用有限单元法求解三维直流激电微分方程组，计算出模型中每个节点的电位值；c.根据步骤b得到的每个测点电位U后，采用下式计算得到测点水平电场分量和E＝-▽U式中▽为梯度运算，即电场E与电位U为负梯度关系。d.根据步骤c计算得到的水平电场分量计算理论模型电阻率合成电场和激发极化合成电场具体为采用如下算式进行计算：步骤S5所述的计算理论模型归一化背景电场，具体为采用如下步骤进行计算：y1.选取计算理论模型归一化背景场的电阻率模型，该电阻率模型与步骤S3中实测数据归一化背景场电阻率模型相同；y2.采用结构化网格对步骤y1中选取的电阻率模型进行网格离散，其网格离散方式与步骤S4中模型离散方法完全相同；y3.按照步骤y2对背景电阻率模型离散后，根据野外观测系统参数采用有限单元法进行数值模拟，计算得到理论模型归一化背景电场合成背景电场的计算方式与步骤S4中相同。步骤S6所述的计算理论模型电阻率归一化传输函数和极化率归一化传输函数，具体为采用如下算式进行计算：本专利技术提供的这种基于直流激电法的三维数值模拟方法，能实现复杂条件下三维直流激电任意偶极-偶极装置全区观测三维数值模拟，并为该条件下的三维反演成像提供准备条件；矢量测量方式能够有效地探测出地下目标体的三维信息，并为以后各向异性介质的研究提供条件；偶极-偶极装置测量数据获取地下目标体信息更为丰富，分辨率更高；不需要计算视电阻率，不受电场零线的限制，其布极更为灵活，可以针对重点勘探区域任意加密测点密度，能够适应复杂环境的勘探要求；在数值模拟中，由于采用了归一化处理，场源附近节点误差抵消，大大提升了数值模拟的计算精度。附图说明图1为本专利技术方法的方法流程图。图2为本专利技术中的任意偶极-偶极观测装置示意图。图3为本专利技术实施算例中场源位置示意图。图4为本专利技术实施例一中的双层介质隆起构造模型示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于任意偶极‑偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法，包括如下步骤：S1.采用三维直流激电任意偶极‑偶极装置对待测区域进行全区观测，从而获得待测区域测点的水平电场

【技术特征摘要】
1.一种基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法，包括如下步骤：S1.采用三维直流激电任意偶极-偶极装置对待测区域进行全区观测，从而获得待测区域测点的水平电场和S2.根据步骤S1得到的待测区域测点的水平电场和计算得到实测数据电阻率合成电场和激发极化合成电场S3.计算步骤S2得到的实测数据的归一化背景电场并计算实测数据归一化传输函数和极化率归一化传输函数S4.根据步骤S1中观测系统参数对理论模型进行有限元数值模拟，获得理论模型测点电阻率合成电场和激发极化合成电场S5.根据步骤S2中选取的背景电阻率模型和步骤S4中模型网格剖分参数，计算理论模型归一化背景电场S6.计算理论模型电阻率归一化传输函数和极化率归一化传输函数从而获得了实测数据和理论模型归一化传输函数，为三维直流激电归一化传输函数数据的反演提供条件。2.根据权利要求1所述的基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法，其特征在于步骤S1所述的采用三维直流激电任意偶极-偶极装置对待测区域进行全区观测，具体为采用如下规则进行全区观测：R1.发电电极和测量电极分开；R2.发射电极为偶极装置，在待测区域内可以沿任意方向布设，且可以布设于地表或井中；R3.测量电极为偶极装置，测量方式为矢量观测方式，测点在待测区域内可以任意布设，且在任意小区域内可以对测点进行加密或稀疏；R4.矢量测量时，先后沿着x方向和y方向观测测点的水平电场和R5.对供电电极进行断电操作，观测激发极化电场和3.根据权利要求2所述的基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法，其特征在于步骤S2所述的实测数据电阻率合成电场和激发极化合成电场具体为采用如下算式进行计算：4.根据权利要求3所述的基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法，其特征在于步骤S3所述的计算实测数据的归一化背景电场具体为采用如下步骤计算：A.选取计算归一化背景场的电阻率模型；B.采用网络加密-收缩算法对步骤A选定的电阻率模型进行网格离散，从而提升归一化背景场的计算精度和效率；C.根据步骤B对背景场电阻率模型进行网格离散后，按照野外观测系统参数进行有限单元法数值模拟，计算得到实...

【专利技术属性】
技术研发人员：张钱江，戴世坤，陈龙伟，强建科，李昆，赵东东，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43