3D高密度反演程序说明

3D高密度电法反演程序 3DRESver.2.2for WIN98/Me/2000/XP/2003 使使 用用 说说 明明 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.，将软件安装至C\3DRES目 录中，插入USB加密锁后，双击3DRES.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。 文件清单文件清单 安装包中应该包含了以下文件 3DRES. ROOTS7.DAT SEPTIC.DAT PIPE3D.DAT GRID7X7.DAT BLK15PPL.DAT BLK15PDP.DAT 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。 BLK15DDP.DAT MODEL3IP.DAT GRID8X8.DAT MOD3DFIX.DAT BLOCK26W.DAT BLOCK26S.DAT BLOCK11T.DAT 3DRES.HLP 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 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101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 J’J uF d J’g 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