本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜地形條件下基于電阻率法的對(duì)地可視化監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：對(duì)地可視化技術(shù)是90年代以來(lái)逐漸興起的以可視化的手段進(jìn)行地球物理探測(cè)的一門新興技術(shù)。近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)的不斷發(fā)展,大尺度的測(cè)量、海量數(shù)據(jù)的處理、圖像的直觀表達(dá)等要求使得該技術(shù)已經(jīng)成為地球物理學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。對(duì)地可視化主要涉及地球物理探測(cè)的可視化,主要包括電阻率成像、地震成像、探地雷達(dá)成像等多種物探成像技術(shù),這些技術(shù)均通過(guò)被探測(cè)介質(zhì)的特性差異來(lái)建立成像模型。其中,電阻率成像技術(shù)因其近乎無(wú)損的探測(cè)方式、強(qiáng)大的成像能力以及多維、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等諸多優(yōu)勢(shì)而頗受關(guān)注,并在各領(lǐng)域取得廣泛的應(yīng)用。然而,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各領(lǐng)域?qū)﹄娮杪食上褓|(zhì)量要求不斷提高,使該技術(shù)的發(fā)展遇到了一定的挑戰(zhàn)。其中較具代表性的且亟待解決的問(wèn)題主要包括復(fù)雜地形成像理論、地形影響的消除、成像精度問(wèn)題以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)問(wèn)題。本研究即是在此背景下對(duì)電阻率成像方法目前遇到的緊迫性問(wèn)題進(jìn)行探討和研究,建立了復(fù)雜地形條件下的電阻率成像理論、融合地震數(shù)據(jù)的電阻率成像理論以及水文動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用,不僅豐富了電阻率成像領(lǐng)域的理論基礎(chǔ),而且為電阻率法在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。研究主要包含以下幾個(gè)方面：1. 復(fù)雜地形地區(qū)電阻率的成像理論的建立：復(fù)雜地形地區(qū)電阻率的成像理論即對(duì)具有復(fù)雜幾何形態(tài)的測(cè)定目標(biāo)體建立的有限元法成像技術(shù)。而此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于針對(duì)復(fù)雜地形的三維四面體剖分技術(shù),現(xiàn)有的剖分軟件很難達(dá)到要求,存在剖分不完備的問(wèn)題,在此背景下,本研究提出了基于CCVDT(constrained centroidal Voronoi-Delaunay triangulation)技術(shù)的三維四面體剖分方法,并使用C++程序語(yǔ)言編寫了相應(yīng)的程序,該程序?qū)崿F(xiàn)了剖分的全局優(yōu)化,去除了剖分中存在較大或較小體積微元的可能性,從而實(shí)現(xiàn)了涉及具有復(fù)雜幾何形態(tài)的測(cè)定目標(biāo)體的快速準(zhǔn)確剖分。此外,本研究使用Python語(yǔ)言編寫的DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序,能夠?yàn)檎鎸?shí)地形的剖分提供準(zhǔn)確的點(diǎn)集陣列,也是真實(shí)地形剖分成功的重要條件。在此基礎(chǔ)上,本研究根據(jù)電場(chǎng)的基本理論,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地形地區(qū)的有限單元法正演方法,從精度評(píng)判結(jié)果來(lái)看,該方法完全能夠高精度實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形地區(qū)的電阻率正演計(jì)算,為復(fù)雜地形地區(qū)的電阻率成像技術(shù)的完善奠定了基礎(chǔ)。2. 復(fù)雜地形地區(qū)電阻率成像的地形消除方法的建立：在復(fù)雜地區(qū)電阻率成像法正演的基礎(chǔ)上,本研究首先系統(tǒng)性地研究和探討了各種一維復(fù)雜地形的視電阻率響應(yīng)特征、二維復(fù)雜地形的視電阻率響應(yīng)特征以及相同地形不同電極布置位置的視電阻率響應(yīng)。從特征曲線上可以看出,坡度大于15度的地形能夠?qū)﹄娮杪食上裨斐娠@著影響,而低于15度的地形影響較弱。因此,對(duì)于坡度大于15度的地形,電阻率的畸變會(huì)隨著角度的增大而不斷增大,非測(cè)線方向的地形變化亦會(huì)造成視電阻率的顯著畸變。而對(duì)于不同的電極組合方式,由于感度的分布差異,電阻率的響應(yīng)特征也具有明顯的差異,但對(duì)于地形角度的變化均呈正相關(guān)變化。沿山脊方向或者山谷走向的布線方向能夠使得地形影響最小化。并根據(jù)得到的視電阻率與地形的關(guān)系本研究針對(duì)不同的測(cè)定方式分別提出了二維、三維的地形影響消除方法,經(jīng)過(guò)系統(tǒng)性的驗(yàn)證與對(duì)比,確立了這些方法的合理性及有效性,并成功運(yùn)用于北山實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理,體現(xiàn)了該方法實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。3. 融合反射地震成像數(shù)據(jù)提高電阻率成像精度：為了進(jìn)一步提高傳統(tǒng)的電阻率的成像精度,本研究提出了融合反射地震數(shù)據(jù)的電阻率法成像技術(shù)。該技術(shù)將處理后的反射地震數(shù)據(jù)作為電阻率反演的初始模型,為了電阻率反演提供了先驗(yàn)條件。經(jīng)系統(tǒng)性測(cè)試與驗(yàn)證可以看出,融合反射地震數(shù)據(jù)的電阻率成像理論不僅大幅度提高電阻率成像的精度,特別是提供了更精確的邊界信息,且使得反演成像計(jì)算中方程的收斂速度明顯加快。同時(shí),該理論在北山實(shí)際探測(cè)中取得了較好的結(jié)果,基本能夠滿足各領(lǐng)域?qū)τ陔娮杪食上窬鹊囊蟆?. 電阻率對(duì)地可視化技術(shù)在水文領(lǐng)域的應(yīng)用：由于傳統(tǒng)的水文領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)與參數(shù)獲取存在一定的限制,利用電阻率對(duì)地可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)抽水過(guò)程的監(jiān)測(cè)及參數(shù)獲取一直成為本領(lǐng)域研究熱點(diǎn),本研究首先開(kāi)展了抽水試驗(yàn)條件下的電阻率響應(yīng)模擬,模擬結(jié)果表明了電阻率可視化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)抽水過(guò)程中各方向的水位的變化即降落漏斗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。同時(shí)根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式提出了利用電阻率數(shù)據(jù)獲取水文地質(zhì)參數(shù)空間分布的方法。并將此監(jiān)測(cè)方法成功運(yùn)用于北山抽水試驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)測(cè),嘗試性的獲取了該地區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)。電阻率成像技術(shù)在水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用說(shuō)明了其能夠?yàn)槌樗囼?yàn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供更為直觀的方法,并在相關(guān)參數(shù)完備的情況下可以得到相關(guān)水文參數(shù)的空間分布特征,具有極大的應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：對(duì)地可視化 電阻率成像法 地形影響 融合成像 可視化監(jiān)測(cè)
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P631.322
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-18
• 第一章 緒論18-33
• 1.1 選題意義18-20
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-28
• 1.2.1 復(fù)雜地形的ERT正演模擬的研究現(xiàn)狀20-23
• 1.2.2 復(fù)雜地形的ERT反演研究現(xiàn)狀23-25
• 1.2.3 數(shù)據(jù)融合成像研究現(xiàn)狀25-27
• 1.2.4 ERT在水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀27-28
• 1.3 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線28-32
• 1.3.1 研究目標(biāo)28-30
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容30
• 1.3.3 技術(shù)路線30-32
• 1.4 創(chuàng)新點(diǎn)32-33
• 第二章 復(fù)雜地形電阻率成像的正演與反演33-51
• 2.1 電阻率成像的正演模擬33-45
• 2.1.1 點(diǎn)電源的基本方程33-34
• 2.1.2 三維邊值問(wèn)題34-35
• 2.1.3 有限單元法35-37
• 2.1.4 地形單元剖分37-44
• 2.1.5 介質(zhì)視電阻率的確定44-45
• 2.2 電阻率反演成像方法45-48
• 2.2.1 感度的計(jì)算46-47
• 2.2.2 反演算法47-48
• 2.3 算法的精度48-50
• 2.4 本章小結(jié)50-51
• 第三章 復(fù)雜地形的視電阻率響應(yīng)特征51-65
• 3.1 上坡、下坡地形視電阻率響應(yīng)特征51-54
• 3.2 山脊、山谷地形視電阻率響應(yīng)特征54-57
• 3.3 變Y地形視電阻率響應(yīng)特征57-61
• 3.4 復(fù)雜地形條件下不同電極位置的電阻率響應(yīng)特征61-64
• 3.5 本章小結(jié)64-65
• 第四章 復(fù)雜地形電阻率成像法的地形影響消除65-76
• 4.1 二維電阻率成像法中的地形影響消除66-69
• 4.2 三維電阻率成像法中的地形影響消除69-72
• 4.3 二維地形影響消除方法在北山地區(qū)的應(yīng)用72-75
• 4.4 本章小結(jié)75-76
• 第五章 融合反射地震數(shù)據(jù)的電阻率成像法的理論與應(yīng)用76-95
• 5.1 反射地震成像算法76-82
• 5.1.1 反射地震走時(shí)正演76-79
• 5.1.2 反射地震走時(shí)反演79-81
• 5.1.3 初至?xí)r間拾取81-82
• 5.2 ERT與反射地震融合成像方法82-84
• 5.3 融合成像理論的驗(yàn)證84-91
• 5.4 融合成像理論在北山復(fù)雜地形中的應(yīng)用91-94
• 5.5 本章小結(jié)94-95
• 第六章 電阻率成像法在抽水試驗(yàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用95-119
• 6.1 抽水試驗(yàn)過(guò)程的電阻率響應(yīng)模擬及參數(shù)獲取方法95-102
• 6.2 北山抽水試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)與滲透系數(shù)獲取102-118
• 6.3 本章小結(jié)118-119
• 第七章 結(jié)論及展望119-122
• 7.1 結(jié)論119-120
• 7.2 展望120-122
• 參考文獻(xiàn)122-134
• 攻讀博士期間的論文發(fā)表134-135
• 攻讀博士學(xué)位期間參與的科研課題135-136
• 致謝136-137

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