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3DRES使用说明


三维高密度电法反演程序
3DRES ver.2.2 for WIN98/Me/2000/XP/2003

使 用 说 明

3DRES
快速 3-D 电阻率 & IP 反演,使用最小二乘法; 全中文操作界面,所有功能、操作说明都集成在对话框各提示框中,使你不需看说明书即 可理解各项参数的意义及使用方法; 支持的

排列有温纳系列,三极、单-单极,双偶极,赤道双偶极等多种; 支持视电阻率、电阻率、激电(时间域视极化率、频率域相位角、金属因子、频比率等); 内置地形改正功能,数据中包含地形数据时,程序将自动作地形改正,结果可以带高程显 示; 特有的水下、水面、水陆解释功能; 支持大网度三维勘探; 多种格式兼容、转换,几何可以读取国内、外所有主要仪器输出数据; 多种反演参数、反演方法,可让程序按你的要求得出最真实的结果; 完善的数据监控、检测功能,能保证不让非法、错误或可疑的数据参与反演; 多种结果显示方式,能让你从不同角度了解、分析反演结果; 一切为结果的真实性考虑,是现有此类软件中最优秀的反演解释系统; 配有相应的正演模型软件,可以为你工作装置及方法的选择提供帮助,和进行三维电成像 研究。

简介 3DRES用于处理三维电阻率成像测量(Li and Oldenburg 1992, White at al. 2001)数据, 它能根据所测数据自动形成三维电阻率模型。 在这类测量中, 电极按矩形网格排列 (图1) 。 需要强调一点,三维电成像测量并不仅仅是由一系列二维数据迭加而成,而是成熟的三 维反演方法,有它自身的应用特点。实际工作中使用的主要三维电极排列,如 pole-pole, pole-dipole 和 dipole-dipole等的情况在附录 A, B 和 C中有较详细的说明。 在有关的电 成像测量教程(Loke 2002)中也可找到相关资料。上面列出的几种排列是三维电成像测量 中经常使用的排列,其他排列因为有效数据覆盖范围较少而很少使用。当计算机拥有1.5 GB RAM时,本程序支持的网度可达到 77 × 77 (或 5929) 个电极点位!

图 1.

一个三维电成像测量的排列示意图。

安装软件 安装软件

当您拿本软件光盘后,运行Setup.exe,将软件安装至C:\3DRES目 录中,插入USB加密锁后,双击3DRES.EXE即可运行该二维高密度电法反 演程序。
3DRES是一个 32-bit Windows 程序,运行在Windows 95/98/XP/ NT系统下。要求最 小内存大小为32 MB,如果具备64MB或128MB内存,其性能可以达到更好的发挥。要求 至少200MB硬盘空间,以用于程序临时文件的存储。 推荐使用的屏幕分辩率为 800 × 600 ,或 1024 ×768 ,或 1280× 1024,显示 卡为256色 SVGA图形卡。如果你使用 16-bit 或 24-bit 位的SuperVGA图形卡,你应该 将其设置为256(8-bit)色模式,在这一模式下程序运行速度更快。 如果计算机性能较差,在运行3DRES时请关闭其它对内存占用较大的程序,如Word、 CAD等。 文件清单 安装包中应该包含了以下文件: 3DRES.EXE ROOTS7.DAT SEPTIC.DAT PIPE3D.DAT GRID7X7.DAT BLK15PPL.DAT BLK15PDP.DAT BLK15DDP.DAT MODEL3IP.DAT GRID8X8.DAT MOD3DFIX.DAT BLOCK26W.DAT BLOCK26S.DAT BLOCK11T.DAT 3DRES.HLP 主反演程序 网度为 7 × 7野外实测数据. 在化粪池(septic tan)场地上以8 × 7 网度测得的野外数据 在地下管道(pipe)场地上以8 × 9网 度测得的野外数据 网度为 7 × 7模型数据,单极-单极排列 (Pole-pole) 网度为 15 × 15模型数据,单极-单极排 列(Pole-pole) 网度为 15 × 15模型数据,单极-偶极排 列 (Pole-dipole)。 网度为 15 × 15模型数据,偶极-偶极排 列(Dipole-dipole)。 包含电阻率和激电(IP)数据的实例。 网度为 8 × 8模型数据,单极-单极排列 (Pole-pole) 。 某一模型电阻率断面由用户固定的实例 数据。 一个温纳( Wenner)排列的例子。 一个温纳施仑贝尔排列的例子。 一个包含地形数据的例子 帮助文件

原理简述
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。 除平滑约束法外,其它的反演方法也效。用户可以选择直接对模型电阻率使用平滑 约束法,这样能够提供一个最优的平滑模型 (看第8部分)。.另外,在某些情况下,例如 模型边界值突变剧烈时,还可以使用强制模型反演法。无论如何,反演方法的选择不能 千遍一律,应根据所测数据的实际情况来选择。 程序将地下电性体分成许多小的矩形棱柱体,即模型单元块,并尽量计算确定各棱 柱体的视电阻率值,使其与观测的视电阻率值保持最小的差值。图2a显示了一种可能的 划分方式。这里,顶部层每一棱柱上面的每一个角都有一根电极。除此之外,本程序还 支持另外两种划分方式。其中一种方式是对上部几个层沿水平方向按电极的半宽度划分

棱柱体,如图2c所示,第三种方式是对上部几个层沿水平和垂直方向按电极的半宽度划 分棱柱体,如图2b所示。因为电阻率法的分辩率随深度的增加迅速减少,经验表明,对 模型块的再次划分仅对顶部两层有益,在大多数情况下,仅对顶部层进行再次划分即可。 在细分模型块后,模型的参数和计算所需时间都将显著增加。

图 2

反演中使用的模型。(a) 标准模型,单位矩形块的大小与X和Y方向的单位电

极大小相同。(b) 再分模型,顶部几层的单位矩形块按水平和垂直方向平分。 (c) 再分 模型,顶部几层的单位矩形块按水平平分。 最优化方法通过调整模型块电阻率来尽量减少计算与观测视电阻率之间的差异。这 种差异以均方根(RMS)误差来表示。实际上,具有最小RMS值的模型有时显示较大的、 不实际的电阻率值, 因而具有最小RMS误差的模型并不一定是与实际情况最按近的模型。 通常地,最保守的模型应该是选择每次迭后RMS的改变不明显时的模型,这一般在第4 至5次后迭代后即可达到。

一、反演的一般步骤
1、数据格式转换 使用电法仪自带的数据格式转换程序,将采集的数据保存位RES3DINV格式, 2、运行本软件 点击C:\3DRES目录里的3DRES.EXE即可运行。 3、输入数据 点击“文件”->“读数据文件”,选中转换好的数据(.dat)。 4、反演 点击“反演”->“执行反演”,提示保存将要得到的反演结果(.inv)后,本软件便 开始用默认反演参数进行反演,在屏幕最下面会显示反演进程。 依据数据量大小、反演参数不同以及计算机硬件配置好坏,反演需要花几分钟~十几 分钟,请耐心等待。反演完毕后,会提示是否增加迭代次数,程序默认迭代5次,如无需继 续迭代,请输入0。 5、保存反演图件 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。 6、打开反演结果 点击“显示”->“显示反演结果”即可进入结果显示窗口,点击“文件”->“打开 反演结果”即可打开先前保存的反演结果(.inv),点击“显示”->“显示反演结果”即 可显示该反演结果。 7、三维图像格式输出 本软件可根据反演结果生成各类三维图像, 以Slicer/Dicer为例,在结果显示窗口中,打开反演结果ROOTS7.inv->点击“文件” ->“输出为Slicer/Dicer格式”->输出文件类型选“*.gm”即ROOTS7.gm。 运行C:\3DRES\SlicerDicer\Dicer.EXE,点击“file”->“open”->刚才保存的 ROOTS7.gm->“ok”->将ROOTS7窗口最大化->点击工具栏上的

->调整窗口比例系数: ->点击左边的方向切片 ->将鼠标移到方块模型内即可画出该位置的电阻率面。

反演结果图示 该软件三维成像功能强大,请用户耐心研究。

二、各菜单功能介绍
1)“文件”菜单 文件”
当你选择了“文件”选项后,将会出现以下子菜单项:

读数据文件 :当选择该项后,当前目录下扩展名为DAT的文件将会被列出。假定被 列出文件的数据格式符合本程序要求,如果不是这样,你应该用相关软件将数据转换成 满足本程序要求的格式。你可以选择需要反演的数据文件,或者改变路径重新选择。 视电阻率数据文件是以ASCII文本文件保存,可以利用通用文本编辑器修改、输入数 据。数据间可以用逗号、空格分隔,本程序要求数据按一定格式组织。如果读取数据时 出现问题,其原因一般是数据格式有错。基本的格式以文件ROOTS7.DAT为例说明如下:
ROOTS7.DAT 数据文件 garden-square-0.5m 7 7 0.5 0.5 2 467 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 . . 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 | 标题 | x向格网值 | y 向格网值 | x 向单位电极距 | y 向单位电极距 | 排列种类,输入2表示是 单极-单极(pole-pole)排列 | 数据总个数 350.46 398.05 424.08 413.83 373.76 | | 随后用几个0 作结束标志 | 每一个数据点的信息。依次为: | 供电极x-和y-位置, | 测量电极x-和y-位置 | 视电阻率值 | 说明

| 其它数据点

0 0 0 0

在当前坐标设置中,左上角坐标为(0.0,0.0). 对单极-偶极( pole-dipole)排列,首先是 A电极的 x, y位置, 随后是M极的x,y位置, 然后是N极度x,y位置, 文件BLK15PDP.DAT 是一个单极-偶极( pole-dipole)排列数据格式的例子,注意电极排列种类序号是6。 偶极-偶极( dipole-dipole)排列,数据点表示顺序为:A极x,y位置,B极x,y位置,M极 x,y位置,N极x,y位置。文件BLK15DDP.DAT是一个偶极-偶极(dipole-dipole)排列数据格 式的例子,注意电极排列种类序号是3。 如果测量数据中要包含地形信息,每根电极对应的高程应紧跟数据点后输入。 BLOCK11T.DAT 是这方面的一个例子,其网度为11×11,其格式见下面的说明。
BLOCK11T.PPL文件 8.000 9.000 2 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 113.3131 10.000 102.7262 | | “topography ”表明包含了地形信息t | x- 和 y-坐标类型 说明 | 最后两个点电阻率值

Topography

0.00 0.00 0.00 -0.50 -1.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.00 0.00 | 按网格排列的电极高程。 0.00 0.00 0.00 -0.50 -1.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.00 0.00 | 行为x方向 0.00 0.00 0.00 -0.50 -1.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.00 0.00 | 0.00 0.00 0.00 -0.50 -1.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.00 0.00 | 0.00 0.00 0.00 -0.50 -1.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.00 0.00 |

单词"Topography" 必须输入,并且要紧跟最后一个视电阻率数据点,下一个值“2” 表示给出的x,y坐标是沿地表的距离,而不是真正的水平距离。这通常反映采用的电缆电 极点间有固定的间隔距。如果此处值为“1”,表示给定的x,y坐标是真正的水平距离。 以后的数据即为各电极点的高程数据,按网格排列,行方向为x方向。例如,第一行数据 为x=0时的电极点高程,本例中,沿x方向有11根电极,因而每一行就有11个高程数据。 如果数据文件中中包含地形数据,程序反演时将会自动将地形数据以有限元方法并 入反演模型进程中 (Silvester and Ferrari 1990)。 编辑数据 : 本操作将启动文本编辑器来编辑、修改数据。 导入 .....格式数据: 本程序允许你运行其它程序将其它格式的数据转换成本程序格 式的数据,或者直接读取其它电阻率仪数据。

2)“设置”菜单 设置”
程序为阻尼因子及其它变量预置了一套参数,对大多数数据而言,使用这套参数一 般可以达到较满意的结果。然后,在某些情况下,你可以通过编辑参数,控制程序的运 行来获得更好的结果。当选择该选项后,将出现下图所示的菜单界面。

当选择了 "反演参数" 子项后,将会出现下面的对话框,在这里你可以设定、输入 你要求的参数。 初始阻尼因子和最小阻尼因子-这里你可为等式(1)设定初始阻尼因子值, 也可以设定 最小阻尼因子。如果数据噪声较大,你应该使用一个相对较大的阻尼因子(例如 0.3)。如 果数据噪声较小,则使用一个较小的阻尼因子(如 0.1)。 反演子程序一般会在每次迭代 后减少(1)式中的阻尼因子。无论如何,设定的阻因子必须能确保反演进程的稳定。最小 值一般设为初始阻尼因子的1/5到1/15。

直接发对电阻率模型进行曲圆滑 : 按等式(1)给出的最小二乘公式使用的撮动矢量d 仅针对模型而言,而不是直接针对模型电阻率。在大多数情况下,它提供的模型其电阻 率较为圆滑。但在某些情况下,特别是数据噪声水平较大时,要取得较好的效果对电阻 率也需要直接进行圆滑约束处理。其最小二乘等式表示为:

(J

T

J + λ F d = J T g ? λr

)

(2)

这里 r 是一个包含了模型对数电阻率值的矢量。采用同一阻尼因素状态下,这一方 法得出的模型有较大的RMS误差,但它确保模型有较圆滑的电阻率值。 每次迭代作线性搜索 : 反演进程由求解等式(1)来确定模型参数的改变。通常地, 矢量d 参数的改变将会带来较低的RMS误差。 对于RMS增大的情况, 你有两种方法来处 理。 此处提供了一种线性搜索的方法, 即使用四次线性插值法(Fletcher 1987)寻找模型电 阻率改变的最优步长。这样通常可以确定最优步长,但是要求每次迭代中至少作一次正 演计算。在某些情况下, 如果能减少使RMS误差达到某一可接受的水平而需要的迭代次 数,那么这种正演计算是值得的。 这一设定通常只会影响第三次及以后的迭代进程。在前两次迭代,RMS误差的改变 一般是最大的,程序会总是使用线性搜索,以找到使RMS误差大减少的步长。 允许线搜索能改变的最小 % RMS 误差 : 线性搜索的使用可以预估视电阻率RMS 误差的改变,如果期待改变的视电阻率RMS误差太小,就可能不必用线搜索来确定最优 步长。通常使用的值是0.1到1%。 首层厚度 : 这里给定首模型层厚度与最小单位电极距的比值。 对单-单极(pole-pole) 排列,这里设定为单位电极距的0.7倍。对其它排列,首层厚度根据排列的观测深度进行 调整。 层厚增长因子 : 因为电阻率法分辩率随深度的增加而减少,因此模型层的厚度应 随深度的增加而增大。缺省时,模型层厚度增加系数为1.15 ,这时,往深部,每一个子 层的厚度增加15%。然而,你可以在一定范围内修改这一系数。一般设定在1.05 到 1.25 间。 半尺寸层操作 :这里允许使用半尺寸模型,即顶部几层的模型块的宽度和厚度对半 一分为二 (参见图 2 )。你可以选择要再分的层的数目,并且是否在沿垂直方向也进行拆 分(图2b)。还能调整这些层的平直度滤波阻尼因子。现已发现,对小的模型块,在反演后 模型的电位值振动较大,特别地,有噪声的数据集更是如此。为了减少这种振动,可以 为这些层设定稍微大一点的阻尼因子,例如设定为1.10. 迭代次数 : 允许你为反演进程设定最大迭代次数。缺省时最大迭代次数为6次。对 大多数数据集而言,这一迭代数已经足够。当反演迭代次数达到这一最大数时,程序将 会提示是否增加迭代次数以继续反演进程。一般地迭代次数不宜超过10次。 重新Jacobian矩阵的迭代次数 : 在高斯-牛顿法中,雅可比(Jacobian)矩阵在每次迭

代后都要重算。然而,快速牛顿法除在每次估算迭代外,从不重算雅可比(Jacobian)矩阵。 最快的方法是使用快速牛顿法估算雅可比矩阵 (Loke and Barker 1996)。这时,可以在对 话框中输入值0。在野外,使用掌上电脑,其内存有限时,这一方法经常被采用。最精确, 也最慢的方法是在每次迭代后都重算雅可比矩阵。这要求计算机性能较好,至少32M有 效内存,200M自由硬盘空间。要使用这一方法时,只需在对话框中输入一个较大的值(例 如20)即可。另一种方法是,重算雅可比矩阵仅在头几次迭代中进行,随后的迭代使用快 速牛顿法进行。雅可比矩阵的最大改变通常发生的头几次迭代中,因此在大多数情况下, 速度和精度同时兼顾的折中办法是限定雅可比矩阵的重算次数。缺省时,程序仅在头三 次重算雅可比矩阵。当然,你可以在当前对话框中改变这一值。快速牛顿法一般用于野 外测量过程中快速获取粗略的结果。 另外当你要通过RMS误差统计法排除坏点(参考斚允 緮部分)时也要使用这一方法。为获取最终结果,最好是使用重算功能,这也要求使用性 能较好的台式电脑,其内存和硬盘空间都充足。在电阻率差异较大的区域,最大电阻率 值大于10倍最小电阻率时,重算雅可比矩阵获取的模型,其边界尖锐度较使用快速牛顿 法强。 收敛限差 : 这是为两迭代间RMS误差的相对改变值设定一个较少的限定值。缺省 时为5%。 选择robust强制约束反演 : 传统的最小二乘法尽量使测量值和计算值之间的均方 根差值达到最小。强制约束法则尽量使使测量值和计算值之间的绝对差值达到最小 (Claerbout and Muir 1973)。这一方法对高噪声数据有较低的灵敏度。本功能的对话框如 下。

限定模型电阻率范围 :当选择该功能后,显示如下对话框:

本选项允许你对反演输出模型的电阻率值进行限定。上图中,电阻率上限值为20倍, 即允许电阻率最大值是每次迭代后模型电阻率平均值的20倍,电阻率下限值是0.05倍 (1/20倍),即允许电阻率最小值是每次迭代后模型电阻率平均值的0.05倍。实际上,程序 使用的是斎硐薅〝,即在实际反演中,允许电阻率值适当超出设置的限定范围。然而, 即使如此,这一限定可以保证反演得出的模型其电阻率值不会出现过大或过小等与实际 情况严重不符的现象。用户还可以选择使用第一次迭代反演得出的模型作为参考模型。 改变模型深度范围 : 本操作允许用户由程序增加或减少反演中各层的深度。用户 给出的比例系数作出计算深度的一个乘数。 使用对数视电阻率 : 缺省时,在反演中,程序会使用对数视电阻率作为数据。大 多数情况下,这样可以得出最好的结果。在某些情况,如出负或0电阻率值时,无法计算 对数值,这项操作可以使得在这样的条件下视电阻率仍适用。 改变结点数 : 缺省时,使用有限元或有限差分网格时,相邻电极间结点数为2个。 这里可以设定为3或4个,以获取更大的反演精度,使用较多的结点将会增大正演计算的 精度,但计算时间及要求的内存也相应地会增加。

3)“反演”菜单 反演” 这一操作将会对读取的数据进行反演.程序中有一套缺省的控制进程的反演参 数可以使用,你也能使用"参数设置"对反演参数进行修改.选择"反演",将会出现以 下界面.

执行反演-开始最小二乘法反演进程.会要求你输入存贮反演结果的文件名,反 演开始后,如果要中止反演,你可以按"Q"键,过一会儿反演就被中止。 最优化方法选择-这一选项可以允许你从两种不同的方法中选择一种来解最小二乘 方程,即式(1)。选定后,以下对话框会出现:

缺省时。程序使用"标准高斯-牛顿(standard Gauss-Newton)"最小二乘法,特 别地,如果数据点数不多,或者单位模型块数小(少于2000至3000),将可以求出 精确的最小二乘方程结果。 如果数据点太多,或者模型单元块数太多(大于3000), 那

么解最小二乘方程会占用整个反演进程的大部分时间,为了减少时间,提高计算速 度,一种替代方法,即不完全高斯-牛顿(Incomplet Gauss-Newton)"可以使用。用 户能够设定解的精度,这个值设定在1%到2%(相当于收敛限差0.01到0.02)之间时, 几乎可以得到与采用标准高斯-牛顿同样的精度。如果设定得更小一些,例如0.5%, 在理论上具有与标准高斯-牛顿法同样的精度, 但这样大大增加反演时间。 对特别大 的数据集或模型(数据或模型块数大于15000),在选定不完全高斯-牛顿后,还可以 选择"数据压缩"技术,这样可以明显地减少反演时间,例如,在当计算机CPU为P4 2GHz,内存量为1GB RAM时,一个具有30000个模型块和60000个数据点的工程,所需 的反演时间可以从一个星期缩短至两天以内。
使用有限元方法 : 程序允许从有限元法和有限差分法中选择一种来计算视电阻率 值。缺省时,程序使用有限差分法,如果数据中不包含地形,这一方法更快一些。如果 数据中包含了地形,缺省选择为有限元法。有限元法相对有限差分法而言特别慢,因此 如果不包含地形信息,建议你使用有限差分法。 最优化阻尼因子 : 当选定该当项后, 程序将会尽量发现等式(1)中最优的阻尼因子u, 以使每次迭代后RMS误差达到最小。通过采用最优化阻尼因子,要求的迭代次数将明显 减少,但花在每次迭代上的时间将会增加。对小到中等大小的数据集,使用这一方法能 明显减少反演整个数据所需的时间,而对数据量大于2000的数据,花在每次迭代上的时 间将会明显增加,因为需要用大量的时间解最小二乘方程,这个时间比实际反演计算所 需时间还要长。采用这一方法时,有时虽然RMS误差达到了较低的水平,但并不一定反 映所得到模型是最好的,特别是数据噪声较大时(原理简述)。 激电反演方案 : 反演包含激电和电阻率值的数据集时,你可以选择两者同时交替 进行,也可以选择在完成电阻率反演后再进行激电反演。 IP阻尼因子 : 在IP反演中中使用的阻尼因子相应地比电阻率反演使用的阻尼因子 要小一些。如果设定为1.0,则两者将会使用同一阻尼因子。一般使用较小(例如0.050.25) 阻尼因子。也可以选择让程序自动计算阻尼因子。.

4)“显示”菜单 显示”
在这一部分,你可以将反演结果在屏幕上进行显示或保存影象图。显示的内容包括 实测视电阻率断面及模型断面。你也可以改变显示断面图时的等值线间隔、垂直比例以 及色度表。还提供两种删除坏3D数据点的方法。 如果你首先读取了反演结果文件,或者在主程序中执行了反演操作,程序将把最后 一次使用过的结果文件作为当前显示的文件。当在主菜单中选择了“显示”菜单中的显 示反演结果后,进入以下结果显示窗口:

打开反演结果 : 可以读取由反演程序保存过的反演结果文件。 输出为 某某 格式 : 可以将结果保存为一个磁盘文件,本软件附送Slicer/Dicer 程序以供生成三维电阻率图像。 单击 "显示" 选项可以调出如下子菜单:

显示反演结果 : 此命令用模型影像图显示。 可以显示水平、垂直地电断面图。 显示含地形的反演结果 : 如果数据中含有地形信息,本功能将会以带地形的垂直断 面形式显示模型。 显示视电阻率或IP断面 : 本选项用于x-和y-方向视电阻率或视IP值拟断面图的显示。

"设置显示参数" 用于更改显示参数以控制视电阻率断面和模型断面的显示。单击后 出现如下界面:

反转色标 : 通常程序默认的颜色表中,蓝色用于低电阻率,红色用于高电阻率, 该选将让你倒换这一顺序,即红色用于低电阻值,蓝色用于高电阻值。 自定义色标 : 让用户根据自已选择设定颜色表。 读入自定义色标 : 你可以从磁盘文件读入自定义的颜色表替代当前颜色表。某些 情况下,后运行此程序时使用的颜色表将会使用前一次运行时使用的颜色表,你可以使 用此功能恢复颜色表。 显示电阻率或IP断面 : 如果数据中包含IP值,可以选择显示模型或断面是电阻率 值还是IP值。 彩色/黑白显示 : 缺省时程序会以彩色模式显示拟断面或模型断面。使用功能可以 改变显示模式。 垂向显示比例 : 本选项允许你指定相对水平而言的垂向显示比例,也即垂向缩放 因子。一般地,可以使用2.0、1.5或1.0等。 单-偶极(pole-dipole)排列种类 : 本选项仅对采用单-偶极(pole-dipole)排列的数据有 效,有正向和反向两种选择(参考附录B)。 单击"数据编缉" 将会出现如下界面的子菜单

大型 3D 电成像测量可能包含成千上万的数据。通常情况下,特定测量工程的排列 方向可以的任意的。为了获得好的反演结果,坏点必须首先排除掉。排除坏点的一个可 行的办法是通过统计技术。本程序提供两种排除坏点或删节数据的方法。下面加以说明。 视电阻率统计 : 此操作只是以直方图形式显示视电阻率值的分布情况。这适合于 存在明显错误的数据集的数据检测。这些错误可以由于硬件原因引起,例如电极接地条 件差,个别的开路现象等。坏点的视电阻率值比正常时视电阻率值可能要大或小很多倍。 这些坏点可以通过移动左边的蓝线或右边的绿线来进行排除。 RMS 误差统计 :此操作只是以直方图形式显示观测与计算的对数视电阻率间的百 分比误差分布情况。它只有在经过试探性的反演后才能使用。如果要使用这一功能,首 先应该在程序主模块中执行“设置”中的“反演参数”,然后在修改反演参数对话框中 将重算(Jacobian)矩阵的迭代次数设为0。这时程序将会使用快速牛顿反演方法。当执行 RMS误差统计后将显示RMS误差分布的直方图,坏点将会有相对较大的误差值,例如超 过100%。要排除这些坏点,只需用箭头键移动绿线选择要切除的误差限定值即可。 "打印"选项将调出如下子菜单:

此项操作使你能够将屏幕图像保存为BMP或PCX格式,或者通过第三方绘图程序打 印输出。当相应的断面图已显示在屏幕上时,单击“打印”后,将会显示屏幕图像保存 为BMP或PCX格式,打印/绘制等子菜单命令。如果你要在图像中加入文字说明,你可以 选择将屏幕图像存为BMP或PCX文件,然后在相应的编缉软件各进行文字说明或修改。

地形 如果数据中包含了地形,地形效应将被自动地采用扭曲的3D有限元法并入反演模型 中。尽管此方法运行速度最慢,但如果近地表区域的电阻率变异不是畸变,这一方法可 能性是最精确的方法。其技术基础为含地形的地下均匀半空间地电模型改正因子 ,在理 论上,如果实际的地形表面也是半均匀的,那么只是被正合。 "改正因子" 方法将改正 因地形而引起的几何因子变化,但不会改正电极与地下电性之间距离的变化。如果近地 表处有大的电阻率变异,改正因子方法将会导致结果出现明显的失真(Tong and Yang 1990, Loke 2002)。 无论如何,"改正因子" 法不能用于含地形的水下测量。

三、几个实例
下面给出几个由本程序反演出的几个实例:某地野外实验测量 - UK 本次野外实验使用的仪器是常规2D电阻率仪,电极数为50。例子中,网度为7*7,单 位电极距0.5米(图3),两根远极与测网距离大于25米。为减少测量时间,采用十字-对角 线观测技术 (附录 A)。 地下电性体由两类电性差异较大的砂地和砾石组成。图3显示了 6次迭代后获得的水平和垂直模型断面图, 层2中左上角极右下角的高阻带可能是砾石层, 层1中下部边缘的低阻体可能由树根引起。 砾石层的垂直分布范围在模型垂直断面图中表 现得更为明显。反演模型显示在此区域内电极性的分布极不均匀,在一个短距离内就有 很大的变化,在这样的地区,采用简单的2D方法(或1D电测深)可能不会有好效果。

图3 某地野外实验测量反演模型水平垂直断面图,图中地表树根位置也能被反映出来

淤泥沉积物 - Sweden 许多商业的3D勘察通常要求的网度至少大于16*16,这要求测量系统至少支持256根 电极。当测量系统支持的电极数有限时,一种可替代的方法是使用多次覆盖技术将2D测 量转换为3D测量。本例中使用的仪器支持多重并行电缆线,地点为一淤泥沉积地带,单 位电极距5米,并行电缆数为7,覆盖网度为21*17。开始时,电缆沿x-方向布置并只对此 方向的点进行测量。随后,整个电极系统沿y-方向移动,直至覆盖整个测网。然而,沿 y-方向布置电极,按上述方法测完。在大网度测量时,正如本例一样,限定了最大电极 距,其标准为能满足所需深度。本例中最大电极距为40米,而测线全长为100米。反演模 型如图4所示。上部两层的低阻区显示了受污染的淤泥质地下水的存在,而深部两层低阻 体则是来自海洋的咸水引起。

图 4. 淤泥沉积物3D高密度实例

上例淤泥沉积物3D高密度SlicerDicer三维显示 铜矿 - Australia

图 5 某铜矿实例

测量: 单极 单极(pole-pole)排列 附录 A : 3D测量:单-单极 测量 排列
单-单极(pole-pole)排列是3D测量经常经常使用的一电极排列方式,视电阻率计算公 式如下: ρ = 2 pi a R 这里 R 是测量电阻率,a是电极A、B之间的的距离。 当电极数目一定时,能测得的最大独立数点数由下式给出: nmax = ne (ne -1) / 2. 这里ne为电极根数。在图6a显示的测量顺序中,每根电极轮流作为供电和测量电极, 直到期所有电极测量完毕。图6中,只需相对供电电极顺序增加测量电极序号即可完成所 有电极的测量。对5*5测网,一个完整的测量将有300个数据点,对网度分别为7×7和10 ×10的完整测网,其数据点数分别为1176个程4500个。对这样大的测网,如果使用常规 2D测量时使用的单通道仪器,将会非常费时。例如,对7×7的网度,测完全部1176个点, 需要几小时的时间。为了减少测量数据个数而又不严重影响所获模型的质量,提供另外 一种测量方式,其电极测量顺序如图6b所示,称作十字-对角(cross-diagonal)测量技术, 仅测量通过供电极的垂直、水平以及45°对角线上电极点的电位值。在这一方式下,一 个网度7×7的测网,数据点数减少为476个。前面已描述的淤泥沉积(sludge deposit)的野 外实例是一个大测网的例子。在实际应用中,通常将最大电极间距限定为最小电极间距 的8至10倍。 文件GRID7X7.DAT 是一个7×7网度,采用单-单极(pole-pole)排列的完整的模型数 据。文件ROOTS7.DAT是一个7×7网度,采用单-单极(pole-pole)排列,按十字-对角测量 技术得到的野外实测数据。 在高密度电阻率测量中,电极根数是固定的,在大面积测量时可以使用多次覆盖技术 (Dahlin and Bernstone 1997)。图7是采用电极数为50的高密度电阻率测量系统对网度为10 ×10的测网的测量情况

图6 使用单一供电极时对应测量电极的位置(a)完整的模型数据 (b) 十字-对角测量 开始时,电极沿x-线方向以10×5的网度排列(图7a)。 测量值主要在x-方向上取得, 也有一些在对角线方向上。下一步将整个电极沿y-方向移动至下一个10×5网度位置,这 时整个10×10网度的测量已覆盖了一半。第三、四步是将电极沿y-方向(图7b)以10×5的 网度排列,直至完成完成整个测网的测量。 文件PIPE3D是采用多次覆盖技术的一个实例。使用的仪器为25电极的高密度电阻率 仪,电极8×3网度排列。测网的长轴指向两已知管线的垂直方向。测量值由3个8×3网度

组成,整个测网覆盖范围对应于8×9的网度,对每一个子网,都测量完整的模型数据。 在本时测量中,没有对y-方向(相当于图7b))的数据进行采集,也即没有进行第三、四步, 这是为了减少测量时间,同时也因为管线近似于二维结构。 在实际应用中,某些测量中的实际采样数据个数比采用十字-对角测量技术时还少, 有时仅对x-和y-方向进行测量,而不测量对角线,这一情况在仪器电极数有限时更普遍, 但这样要求采用尺寸更大的网度。 对电极数少于12×12的小型测网,单-单极(pole-pole)排列比其他排列有更大优势。 测网边部丢失的数据点能保持最小,并且能提供较好的水平覆盖范围。对电极距较小(小 于10米)的小型测网,这是一种更具吸引力的排列。然而,也有其不利之处,其中之一是 远极。 它要求两根远电极, 而且其距离必须距测网足够远(最小要大于最大电极距的10倍)。 由于测量电极距离间距离大,大地电流干扰也相应在。

图7 采用电极数为50的高密度电阻率测量系统对网度为10×10的测网的测量情况 (a) 电极沿x-线方向以10×5的网度排列(b) 电极沿y-线方向以10×5的网度排列

测量: 偶极 偶极(pole-dipole)排列 附录 B : 3D测量:单-偶极 测量 排列 在中至大型的测量工程(大于12×12的网度)中,这种电极排列较单-单极(pole-pole) 排列有较好的优势,它有较好的分辩率,同时由于测量电极在测网范围内,因而对大地 电流噪声的敏感度较小。与偶极-偶极排列相比,它具有明显的信号强度,其电极的排列 方式如下图所示:

图8 单-偶极(pole-dipole)电极排列(a) "正向"方式 (b)测量电极间有较大距离的情况 (c) " 反向"方式 与其它常规排列不同,它是一种不对称排列。采用这种排列获得的视电阻率异常也同 样是不对称的。在某些地方,所获视电阻率异常的不对称性将对对反演结果产生影响。一 种消除这一不对称性效应的方法是采用反向排列(图7c)进行重复测量,通过对正、反向(图 7a和图7c)测量的组合,采用单-偶极排列时不对称性现象对模型结果的任何影响都将被消 除。 单-偶极排列下视电阻率计算公式如下: ρ = 2 pi n (n+1) a R

这里R 是测量的电阻率值, a 是两测量电极M、N间的距离,n是AM距离与MN距离 的比值。两测量电极间的电位值与n的平方具有反比关系。当n因子太大时,所测数据的信 噪比可能会太小。为提高信号强度,可以增加两测量电极M、N(图7b)间的距离。在野外可 以采用的一种技术是,让MN=1 a(即单位电极距),进行一次测量,然后让MN=2 a进行测 量,这样将会增大数据密度。现已发现,在某些情况下,特别在噪声地区, 通过这种增 大数据密度的方式,可以提高反演结果的分辩力。 关于这种排列的数据格式,在前面的提到的文件BLK10PDP.DAT就是此类排列的数 据,下面对其加以说明。注意到,此类排列的排列代码号中6,电极A、M、N位置也已 给出

BLK10PDP.DAT 文件 2 BLOCKS 10 10 1.00 1.00 6 1466 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 | 标题 | x 向网格大小 | y 向网格大小 | x 向单位电极距 | y向单位电极距

说明

| 排列代码,6为单-偶极( pole-dipole)排列 | 总数据点数 0.00 29.9669 0.00 30.0220 0.00 30.2216 0.00 30.3957 0.00 30.4765 0.00 30.4459 |每一个数据点的的信息: |供电极A的x-和 y- 位置.., |测量电极M的x-和 y- 位置.., |测量电极N的x-和 y- 位置.. |视电阻率值 |

测量: 偶极 偶极(dipole-dipole)排列 附录 C : 3D测量:偶-偶极 测量 排列 此类排列仅在边部水平覆盖弱,网度大于12×12的情况下推荐使用。其电极的排列 方式如下图所示:

图9 (a) 偶-偶极(dipole-dipole)排列 (b) 使用较大的偶极距,即A、B(或M、N)间距离,以 增大信号强度。 偶-偶极排列下视电阻率计算公式如下: ρ = pi n (n+1) (n+2) a R 这里 R 是测量电阻率值, a 是M、N电极间距, n 是AM与MN的比值。此排列的 一个优点是具有很好的水平分辩率,但是它也有最大弱点,即低信号强度。测量电极M、 N间的电位值与n的立方有反比关系。通常,n的最大值保持为6较好。为获得更好的穿透 深度,可以增大A、B(和M、N)间的距离。降低噪声干扰的一个方法是采用不同的a值和n 值进行多次重复观测。

例如,假定单位电极距为1米,首先让a =1,n分别等于1,2,3,4,5,6,获取所有可能的 测量值。然后a =2,n分别等于1,2,3,4,5,6,获取所有可能的测量值。如果测网足够大,可 以让a =3,进行同样的测量。 文件 BLK10DDP.DAT 是一个偶-偶极排列的数据文件。注意到,此类排列的代码为 3,电极位按A、B、M、N的顺序给出。 附录 D : 固定电阻率 在某些情况下,地下某一区域的电阻率值可以事先知道,例如采用钻孔电阻率测量。 本程序允许你对地下某区块的电阻率值进行固定,可固定的区块数最多为10个。被固定的 区块必须是一个长,如下图所示:

图10 : 固定某区块电阻率的反演模型。 固定区块电阻率值输入数据文件中,并且紧跟地形数据后面(假定有地形信息)。作为此 类方式的一个例子,文件MOD3DFIX.DAT的部分内容列出如下:
MOD3DFIX.DAT 7.000 7.000 8.000 1 R 2.0,4.0,0.7 6.0,7.0,1.5 1.0 2.0 0 0 9.000 9.000 9.000 8.000 9.000 9.000 9.000 9.000 9.000 9.8828 9.8237 9.9337 说明 | 最后三行数据 | 注意,本文件中并未包含地形信息 |

FIXED REGIONS

| 说明固定某区块电阻率 | 被固定的区块个数 | 被固定区块的形状,R 为长方体r | 背面左上角X, Y, Z 坐标 |前面右下角X, Y, Z 坐标 | 固定区块电阻率值 | 为固定区块设定阻尼因子权值

第一项值 "FIXED REGIONS" 反映当前数据中至少有一个区块电阻率被固定。随后 的值表明固定区块个数,上述例子中为1块。再后,给定区块的形状,R表示长方体。对 长方体区块,需要给出背面左上角及前面右下角X, Y 和 Z 坐标。紧接着,依次给出固 定块的电阻率值,和针对固定块的阻尼因子权值。阻尼因子权值允许你在反演进程中适 当改变固定块电阻率值,这一功能在固定块电阻率不是很确定时较为有用。例如钻孔测 量仅限定在钻孔近旁很少的区域,这样,允许适当改变固定块电阻率值(在某一限度内) 是有意义的。如果阻尼因子权值为1.0,那么固定块电阻率的改变与其它块相同,也即不 受限制。使用的权值越大,固定块电阻率允许被改变的范围就越小。一般使用的值为1.0 到2.0。如果使用一个相当大的值,例如10.0,反演期间固定块电阻率值的改变将会非常 小。因此仅当固定块的电阻率和形状很精确时才能使用大的权值。 附录 E : IP 数据反演 IP (激发极化法) 测量一般包含两套数据,即通常的视电阻率值和视IP值,因此数据 量也通常是一般纯电阻率测量的两倍。 对此类数据集进行反演的一个可行方案是,将一个数据集作为两个独立的数据集来 考虑。在反演IP数据前先进行电阻率的反演。在这种情况下,电阻率反演完成后所获得 的模型(通常有最低的RMS误差)可以在IP数据反演时被使用。 如果电阻率模型较好地反映 了地下电性体实际情况,那么这一方案是最有效的方案。然而尽管如此,现已发现,计 算机反演所获得的数据,其所包含的模型很可能失真,特别是在电阻率反演中迭代次数 较大(大于5次)时,其可能性更大,这是因为反演是基于有限的数据点之上。当数据噪声 大时其失真度也更坏。许多用户习惯于使用较大的迭代次数,并且与低阻尼因子组合, 以期待获得尽可能低的RMS误差值,这时如果存在失真的电阻率模型被IP数据反演时使 用,失真的电阻率模型将影响IP反演中的每一次迭代。 在本程序对激电数据的反演作了明智改善。程序仍然将一个数据集作为两个独立的 数据集来考虑,但在反演时两者交替进行,即每一次电阻率迭代反演完成时,立即进行 一次IP数据的迭代反演。这样,某一次迭代后获得的电阻率模型被同一次IP迭代时使用, 由于在较早期迭代获得的电阻率模型有较少的失真度(因数据噪声而致),相应地其对 IP反演的影响的较少。 文件MODEL3IP.DAT 是一个包含电阻率和IP数据的实例文件。 本程序支持三类IP数 据: (i) 时间域极化率, (ii) 频率域百分比频率效应,(iii) 金属因素 IP 值。 文件 MODEL3IP.DAT 中的IP数据是极化率值。文件的第一部分说明如下: MODEL3IP.DAT 文件 RESISTIVITY & IP MODEL 8, 8 1.00, 1.00 2 712 IP present 说明 | 标题 | x 和 y 网度 | x 和 y单位电极距 | 单极-单极( pole-pole)排列代码 | 总数据点数 | 单词 IP 摫砻靼? IP 数据

Chargeability mV/V 0.1,1.0 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 2.000 0.000 10.0544 0.3702 0.000 10.1311 0.8952

| IP数据类型 | IP 数据单位 | 延迟,积分时间 | 每一数据行依次为: | A极x,y位置, | M极x,y位置, | 视电阻率值, | 视IP值。 | |

0.000 0.000

0.000 0.000

3.000 4.000

0.000 10.1860 1.3004 0.000 10.1808 1.3179

单词 IP, 放在总数据点数后面,反映数据包含IP测量值。其后说明IP数据的类型。 单词擟hargeability 摫砻鞯鼻癐P数据类型为极化率值。 许多IP仪器测得的极化率是对衰减 曲线下面积进行积分得出,这时时间单位为msec (毫秒),由这方法获得的极化率一般归 一成mV/V,也即二次电位与一次电位的比值。再下一行说明IP的单位类型,在这里为 mV/V,如果极化率以毫秒给出,则应为msec。后面的两个参数与IP仪器参数有关。对时 间域IP仪器来说,通常是指延迟和积分时间。 以其它单位给出的IP值,在反演进程中由程序转换为极化率值。相关的转换等式可 以从相关书籍中找到。 对频率域仪器,IP值通常以百分比频率效应 (PFE)表示,下面给出计算式: PFE = 100 (ρDC - ρAC) / ρAC 这里 ρDC 和 ρAC 分别在低频和高频下测得的视电阻率值。对这类仪器,数据格 式按下面说明::IP present Chargeability PFE 0.3,5.0 | 表示含IP数据 | IP数据类型 | IP 数据单位 |低频、高频数

IP 也可以以相位角给出。这时单位通常使用milli-radians (mrad)。数据格式按下面说 明:
IP present Phase angle mrad 0.0,5.0 | 表示含IP数据 | IP数据类型 | IP 数据单位 |低频、高频数

IP 数据有时也以金属因素(MF)值给出。MF 值可以由时域或频域仪器计算。时间域 金属因素值由下式计算:

MF = 1000 M / ρDC 这时极化率 M 单位为毫秒 (Witherly and Vyselaar, 1990)。 频率域金属因素值由下式 计算: MF = 100000 (ρDC - ρAC) / ρAC 2
时间域金属因素值数据格式按下面说明: IP present Metal factor 0.001 ms/ohm.m 0.1,1.0 | 表示含IP数据 | IP数据类型 | IP 数据单位 | 时间域仪器延迟和积分时间

程序反演时尽量使视极化率的计算值与观测值之间的差值最小。以百分比频率效应 和相位角表示的极化率直接换算成相应的极化率值。然而,金属因素值也包含了电阻率 值,有时虽然极化率模型获得了最小的RMS误差,但对金属因素而言并非如此。

附录 F : 不均匀测网 在某些地区,要使所有测线保持同一间距可能较难。图11显示了这样一种情形,这里, 测网内部测线间距为0.5米,而在边部为1.0米,对这种情况,每条测线的x-、y-位置必须在 数据文件中给出。文件NUGRID.DAT 是这样的一个例子,其内容如下:NUGRID.DAT文件 2 BLOCKS 9,9 Nonuniform grid x-location of grid-lines 0.0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 y-location of grid-lines 0.0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 2 992 0.000 0.000 . . 0.000 0.000 1.000 1.500 0.000 0.000 | 标题 | x 和y 网格大小 | 反映不均匀测网(non-uniform) 的标志 | 网格线x-位置句柄 | 网格线x-位置 |网格线y-位置句柄 |网格线x-位置 | 排列代码 | 总数据点数 29.934 29.918 | 第一个数据点 |第二个数据点 说明

| 其余点数据格式与正常 | 数据文件一致

. . 4.000 0 0 0 0 5.000 5.000 5.000

| | 29.820 | | | | 文件结束 | 最后的数据点

当读取数据时,程序将会检查每个点的x-,y-是否一定在测网测线上,如果有明显的差 距(大于0.1%),程序将会拒绝数据点。 当需要对测网进行扩边测量时,这一方法也可以被使用。例如在边部存在较大异常 时可以使用这一技术。这时可以在实际的测网外部虚设一些电极。

图11. 文件NUGRID.DAT中测网网线排列方式,注意到,边部线距较宽。

赤道偶-偶极 矩形 附录 G : 赤道偶 偶极(矩形 排列 偶极 矩形) 此类排列与其它排列不同,其电极不是排列在同一直线上,而是以矩形方式排列(图 12)。

这种矩形排列适合于长方形网格下的3D测量,与线状排列的偶

附录 H : 非常规电极排列 当采用的电极排列不是常规电极排列(如梯度排列)或数据由多种不同排列的组合时, 可作为非常规电极方式来考虑。其数据格式有两个主要的不同点,首先,排列类型号为11, 还有一个子排列类型号,以用来表示数据是由多个常规排列数据组合而成。第二个不同点 是, 在每一个数据行, 还要指定测定当前数据时的使用的电极根数。 文件3d_mixed_arrays.dat 表明了此方式下的数据格式。
3d_mixed_arrays.dat文件 | 说明 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------Mixed dipole-dipole and pole-dipole data | 标题 1 | X 网格大小 10 | Y 网格大小 1.00 | X 向单位电极中 1.00 | Y向单位电极中 11 | 排列类型号为 11 0 | 子排列类型 Type of data (0=apparent resistivity,1=resistance) | 句柄 0 | 数据类型为视电阻率 2480 | 数据点数 4 1.0 0.0 0.0 0.0 2.0 0.0 3.0 0.0 29.968 | 每一数据行依次为: 4 1.0 0.0 0.0 0.0 3.0 0.0 4.0 0.0 30.096 | 电极根数,X and Y loc. of A,B,M,N电极的X,Y位置, 4 1.0 0.0 0.0 0.0 4.0 0.0 5.0 0.0 30.438 | 视电阻率值 4 1.0 0.0 0.0 0.0 5.0 0.0 6.0 0.0 30.810 | . | . | . | 3 0.0 0.0 1.0 0.0 2.0 0.0 29.964 | 注意此处电极数为3,表示电极排列为 3 0.0 0.0 2.0 0.0 3.0 0.0 30.022 | 单-偶极(pole-dipole)排列 . | . | 3 9.0 9.0 9.0 7.0 9.0 6.0 29.947 | 最后两面三刀个数据点 3 9.0 9.0 9.0 8.0 9.0 7.0 30.013 | 0,0,0,0,0 | 用几个0作为结束标志

注意到,子排列类型号为0表示本数据中没有固定的电极排列。

对梯度排列,可以使用附录G中所说的非均匀排列方式,在数据中增加测网网线位置 行,以便让远极A,B的位置进入测网内,这种情况下,外缘网格线类似于相对于内部网 格有一个较大的距离。

附录 I : 3-D 水下测量

本部分描述部分或全部电极位于水面下时的数据格式。对于此类测量,反演进 程中对水层效应的精确计算是重要的,所有电极点和水面的高程必须测定。除此之 外,水层电阻率也应准确测定,这一般可以用手持式电导率仪来测,同时可以适当 测量其它物理变量,如温度、水的PH值等。 文件 WATER3D.DAT 给出了此类测量的数据格式,其部分内容说明如下: WATER3D.DAT 文件 | 说明

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Underwater survey example | 标题 12 | x-方向有12根电极 12 | y-方向有12根电极 2.00 |x-方向单位电极距 2.00 | y-方向单位电极距 3 | 3表示是偶柵技 ( dipole-dipole)排列 1440 | 总数据点数 2.0 0.0 0.0 0.0 4.0 0.0 6.0 0.0 106.811 |电极 A, B, M, N的x-,y-位置 , 2.0 0.0 0.0 0.0 6.0 0.0 8.0 0.0 84.895 | 其后为视电阻率值 。 2.0 0.0 0.0 0.0 8.0 0.0 10.0 0.0 97.33 |注意到其格式与陆地同 . | 其余数据点。 . | 22.0 8.0 22.0 2.0 22.0 14.0 22.0 20.0 101.143 | 最后两个点 22.0 10.0 22.0 4.0 22.0 16.0 22.0 22.0 97.808 | Topography | 地形信息句柄 2 | x-和 y- 坐标类型 0.5 0.0 0.1 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.0 0.0 | 电极高程 0.3 0.2 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.0 0.0 | 行为x-,列为y0.2 0.1 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.0 0.0 | 0.1 0.0 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.0 0.0 | 0.0 0.0 -0.1 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.0 0.0 | 0.0 0.0 -0.2 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.0 0.0 | 0.0 -0.1 -0.2 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.0 0.0 | -0.1 -0.2 -0.3 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 -0.2 -0.1 0.0 | -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 -0.4 -0.2 -0.1 | -0.3 -0.4 -0.5 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 | -0.4 -0.5 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 -0.4 -0.3 -0.3 | -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 -0.5 -0.4 -0.4 | Underwater survey parameters | 句柄--水下测量 Resistivity of water layer | 句柄--水层电阻率 50.0 | 水层电阻率值 Rectangular limits of water layer | 句柄--水层覆盖区 0.000,0.000 | 水层覆盖区最小x-, y-坐标值 22.000,22.000 Elevation of water surface |水层覆盖区最大x-, y-坐标值 | 句柄椝?娓叱?

-0.2 Type of geometric factor (1=surface,0=exact) 1 0,0,0,0

| 水面高程值 | 句柄 | 1表示采取 surface 几何因子 | 输入几个0作为结束标致

首先注意到,文件初始部分格式与陆地上测量的数据格式,含地形信息,完全 相同。唯一增加的部分是在文件的后半部加入了有关水层的参数信息。其中最重要 的参数是水层电阻率和水面高程。在大多数情况下,所有电极全在水面下。尽管如 此,本程序也允许部分电极在水平面之上,这一点,程序通过所给电极的高程值来 判定。数据格式中也要求给定水覆盖区的最小和最大x-,y-坐标值,目前这些信息在 反演中并没有被使用,但在以后新的版本中,将会利用这些信息。 如果存在敼潭〝块电阻率(附录 D), 那么固定块信息应在地形信息之后,水层 信息之间。当前的3DRES版本对水下测量要求给出地形信息,这可能并不是无效的 信息,因为江河、湖泊、海洋底通常也不很平坦,而有时也是起伏不平的。 根据 WATER3D.DAT 反演得的模型成果文件WATER3D.INV, 下展示了该文 件中包含地形的垂直断面图:

图12 包含地形的垂直断面图(WATER3D.INV),图中上部蓝色区域即为水层。需说 明的是,本例中,电极有一部分在水平面之上。

附录 J : 图形卡显示速度 3DRES 是一个基于Windows的程序,图像显示速度取决于硬件配置。

附录 K : 使计算机电源管理和屏幕保护功能无效
在数据量很大的情况下,反演计算时需要较长的时间,此时如果计算机电源管理和 屏幕保护功能设置为有效,当键盘、鼠标及硬盘在设定时间内没有接受操作时,计算运 行速度将会降低或关闭,这样就会影响或中断反演进程。因此有必要将计算机电源管理 和屏幕保护功能设置为无效,请参照操作系统相关资料进行设定。 附录 L : 使用大于 1 GB 的RAM内存 内存


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