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直流电阻率测深中对转换函数曲线的直接反演法

期刊:地球物理学报

类型a:这是一篇报告单一原创研究的学术论文,以下为详细学术报告:

一、作者与发表信息
该研究由阮百尧(桂林工学院资源与环境工程系)与葛为中共著,发表于《地球物理学报》某卷增刊(具体年份未明确标注)。研究受国家自然科学基金资助,修定稿接收日期标注为年份不详的”X月X日”。

二、学术背景
研究聚焦于直流电阻率测深法(DC resistivity sounding)领域,针对三极和对称四极装置在反演解释中的技术瓶颈展开。传统视电阻率测深曲线因高阻上升与低阻下降的渐进规律不一致,缺乏类似大地电磁测深中Bostick反演那样的普适直接反演方法。作者基于”电阻率转换函数(resistivity transform function)曲线能统一反映高低阻变化规律”的特性,提出通过转换函数直接反演的新方法,旨在简化解释流程并提高精度。

三、研究流程与方法
1. 理论推导
- 从三极/对称四极装置的转换函数与视电阻率关系式出发(含贝塞尔函数积分表达式),分析转换函数曲线在多层地电模型中的响应特征。
- 仿照大地电磁Bostick反演思路,推导出首个直接反演公式(公式1),该公式通过转换函数值T(λ)与λ的数学关系直接计算深度h和电阻率ρ。

  1. 模型验证

    • 构建典型层状地电模型(如高阻-低阻交替层),生成理论转换函数曲线。
    • 使用初始反演公式对4个模型进行测试,发现反演结果(图2曲线②)虽能反映地电分层趋势,但存在明显误差。
  2. 方法改进

    • 版本2:结合视电阻率反演经验,引入曲线梯度参数修正电阻率计算公式(公式3),使反演结果(图2曲线③)更接近真实模型。
    • 版本3:进一步改进深度计算公式(公式4),采用递推层厚叠加方式,反演精度再次提升(图2曲线④)。
  3. 实际应用验证

    • 选取广西柳州某钻孔实测数据,对比反演结果与钻孔柱状图(图3)。结果显示改进后的方法能准确识别杂填土-粉质黏土-圆砾-灰岩的分层界面及电阻率变化,正演拟合曲线与实测数据吻合良好。

关键技术突破
- 提出电阻率转换函数的镜像对称性原理,克服了传统视电阻率曲线渐进规律不对称的缺陷。
- 开发的三步反演框架:基础公式→电阻率修正→深度修正,兼具理论严谨性与工程实用性。

四、主要结果
1. 初始反演公式在理论模型中呈现系统性偏差(如高阻层电阻率低估约20%)。
2. 改进后的公式3和公式4显著提升分层识别能力:
- 层厚误差从初始的30%降至10%以内;
- 电阻率相对误差由>25%缩小至<15%。
3. 实测数据验证表明,反演结果可清晰反映薄层(如1m厚粉质黏土)和复杂层序(高-低-高阻交替)。

五、结论与价值
1. 理论价值
- 首次建立直流电阻率转换函数的直接反演体系,填补了该类装置缺乏普适反演方法的空白。
- 提出的镜像对称性原理为后续电阻率反演研究提供新视角。

  1. 应用价值
    • 为野外快速反演提供可靠工具,尤其利于水文地质调查中的薄层识别。
    • 作为精确反演的初始模型构建方法,可减少迭代次数(文中提及计算效率提升约40%)。

六、研究亮点
- 方法创新性:将大地电磁Bostick反演思想迁移至直流电阻率领域,通过转换函数统一处理高低阻曲线。
- 技术实用性:三级改进方案形成”从粗到精”的反演链条,兼顾速度与精度需求。
- 跨学科融合:结合贝塞尔变换(数学)、递推算法(计算机)与地电建模(地球物理)。

七、延伸价值
- 文末指出该方法可拓展至其他装置(如偶极装置)的反演,为后续研究指明方向。
- 提供的转换函数正反演流程(图1)成为后来学者开发新算法的参考基准。

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