电阻率成像技术研究与应用-CT理论与应用研究
电阻抗成像技术
第25 卷第2 期2006 年 4 月北京生物医学工程Beijing Biomedical EngineeringV ol125 N o12Apr. 2006电阻抗成像技术王晖高建波骆剑平摘要介绍了一种新的医学图像重建技术———电阻抗成像技术( EIT) 。
EIT 依据生物组织不同部位的导电参数(电阻率、介电常数Π电容率) 以及同一部位在正常和病变时导电参数的变化来判断疾病的源。
EIT 设备通过对体组织表面电流、电压的施加及测量来获知体组织内部导电参数的分布, 并重建出反映体组织内部的图像。
详细分析了EIT 成像中遇到的关键问题以及现有的主要应对方法, 列举了EIT 技术在临床医学上的应用现状, 同时对EIT 在技术和临床上的发展趋势进行了展望。
关键词电阻抗成像图像重建反问题不适定性正则化中图分类号T M938184 文献标识码A 文章编号100223208 (2006) 022*******R evie w of E lectrical Imped ance Tomogra p hy WANG Hui , G AO Jianbo , LUO Jianping Faculty o f Inf o rmation Engineering , S h enzhen Univer sity , S h enzhen , Guangdong Province 518060【Abstract】 A new image reconstruction technology —E lectrical Im pedance T om ography ( EIT) is presented. EIT can find the diseased tissue in accordance w ith the fact that different tissues have different electrical properties ( e lectrical conductivity and permittivity) and the same tissue has different electrical properties based on whether it is in normal state or pathological changes. Facilities based on EIT technology obtain the distribution of electrical properties through the placement and measurement of the currents and v oltages on the surface of the tissue , and reconstruct the images of the tissue by related reconstruction alg orithm. A fter that the main questions of EIT and corresponding solutions is analy zed. F inally , the ty pical applications of EIT in medicine and the trend of EIT are dem onstrated.【K ey w ords】electrical im pedance tom ography ( EIT) image reconstruction inverse problem ill-posed regularization1 电阻抗成像的概念及分类对体内组织电特性的研究有利于医学诊断。
高密度电阻率CT技术在矿井巷道超前探测中的应用
高密度电阻率CT技术在矿井巷道超前探测中的应用如何快速、高效、准确的超前探测地质异常体是目前矿井地球物理勘探的研究重点，本文通过改变传统工作模式，利用二极工作装置，获得了丰富的数据。
应用电阻率CT技术，大大提高了反演解的稳定性和分辨率，重建出的图像更逼近于真实的地电结构。
实例证明，方法可行，效果可靠。
标签：电阻率CT 超前探测有限元法圆滑约束最小二乘法1方法原理高密度电阻率法基于直流电场理论，以探测目标体的电性差异为前提进行，是集测深法和剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，具有通过求取比值参数而能突出异常信息的特点[1-3]。
2施工方法二极装置是沿巷道底板布设U字型测线（如图1所示），以巷道中轴线对称分布，B和N置于无穷远。
测量过程中A不动，M逐点向后移动，得到一条滚动线；接着A、M同时向后移动一个电极距，A不动，M逐点向后移动得到另一条滚动线。
这样不断滚动测量下去，直至测量结束。
该方法与传统的三点—三极或定点单极—偶极超前探测方法相比，数据采集量丰富，通过电阻率反演成像解释准确，避免了仅使用原始视电阻率曲线人为判断解释造成的缺点。
3电阻率CT技术电阻率CT技术是将探测区周围在各个不同方向观测的电位或电位差转换成视电阻率值，用其进行反演成像计算，最终得到成像区内电阻率分布图像，研究探测区介质的电阻率分布[4-6]。
其核心技术是在观测上采用阵列电极系统（见图1），数据处理上实施二维反演。
由于利用了丰富的信息量和非线性反演，所得结果的分辨率远高于常规电法勘探。
圆滑约束最小二乘法的反演计算程序，使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘新算法，使得海量数据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[7-9]。
圆滑约束最小二乘法基于以下方程：（J′J+uF）d=J′g （1）其中F=fxfxT+fZfZT；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。
微电阻率扫描成像测井解释方法及应用研究
微电阻率扫描成像测井解释方法及应用研究成像测井技术自从引进我国后在沉积构造识别、薄层识别以及裂缝检测等物理属性成像方面取得了一定的进展，但是井下地层地质特征与成像图形的对应关系还需要进一步分析和探讨。
应该在实际测井工作中根据成像仪的特征特点建立地区相应关系，进一步研究成像解释方法。
标签：微电阻率扫描成像测井解释方法裂缝检测本文以全井眼微电阻率扫描成像测井仪为代表，主要介绍了电成像测井技术的仪器指标、仪器结构、基本原理、工作原理以及物理基础。
在对成像测井资料进行预处理的基础上，进一步对成像测井在岩心刻度成像、裂缝检测识别等方面的应用展开了探讨。
1微电阻率扫描成像测井的必要性由于油气地域构造复杂，采集资料品质差，构造形态作图存在较大的误差，油气储层存在严重的非均匀性且横向预测结果多样，导致影响了我国油气的开发效益和全局勘探。
我国的测井资料就目前而言还不能对其进行客观准确的解释和评价。
主要体现在两个方面：第一，华东油气田复杂多变的地质特征使得资料解释结果存在较大的偏差，需要进一步精细解释井旁构造形态，而且油田内储层岩石构造的非均匀性、碳酸盐高阻地层与砂泥岩低阻地层的复杂地质特征使常规测井难以精细解释井旁构造形态。
第二，华东油气田砂泥岩类裂缝储层、灰岩缝洞类储层的纵、横分布复杂且不均匀，裂缝产状伴随泥浆入侵裂缝性储层以及低孔等使得判别流体性质存在较大的难度。
因此有必要对微电阻率扫描成像测井的解释方法和应用进行深入的了解和探讨，提高我国油田开发勘探效率和经济效益。
2微电阻率扫描成像测井解释方法2.1仪器结构及测量原理本文以全井眼微电阻率扫描成像测井仪（英文全称为Fullbore Formation MicroImager，简称FMI）为代表，对电成像测井资料处理进行了简单的探讨。
全井眼微电阻率扫描成像测井仪的四个手臂分别有一个折页极板和一个主极板，这种状如手掌的结构使得极板增加，可以覆盖更加广泛的井壁范围。
高密度电阻率法CT成像技术的应用体会
与常规 电阻率法相 比。
相 继 开 展 了 城 市 活 断 层 研 究 工 作 。 尺 寸 及 重 量 等 在 国 内 的 同类 仪 器 中 岩 层 、 粗 砂 和 含 水 量 较 大 的 黏 性 土 由 于 大 城 市 多 数 位 于 第 四 系 覆 盖 都 居 领 先 地 位 。工 作 中 采 用 灵 敏 度 层 中 ， 而 高 阻 区 则 对 应 为 贫 水 的 致 区 ，则 必 须 使 用 物 探 方 法 来 进 行 相 最 高 的 温 纳 装 置 ，在 测 量 方 法 上 采 密 黏 土 层 ， 着 探 测 深 度 的 加 大 ， 随 如 关 的探测工 作 。 密度 电法 Ｃ 高 Ｔ成 像 取 了 一 些 有 效 的 设 计 ， 数 据 采 集 系 果 再 出现 高 阻 层 ，那 么 ｘ ￣ － ， Ｊ 的 高
史 上 在 该 断 裂 与 Ｄ 断 裂 交 汇 处 发 生 等 ） 反 演 迭 代 （ 小 二 乘 法 ， 分 方 ； 最 积
； 高 密 度 电 阻 率 法 是 把 很 多 电 极 过 ７级 地 震 ， 与 Ｃ 断 裂 交 汇 处 发 生 程 等 ） 图 像 处 理 。 最 后 经 多 次 反 演 计 算 的 电 阻 率 同 时 排 列 在 测 线 上 ， 过 对 电 极 自动 过 ６级 地 震 。 本 次 研 究 段 系 Ｂ 断 裂 通
ＥＳ Ｃ 常 高 密 度 电 阻 率 法 的原 理 与 常 规 的 电 公 司 生 产 的 Ｒ Ｅ Ｓ直 流 电 测 仪 ， 采 用 。大 量 的 理 论 与 实 验 表 明 ， 压 条 件 下 电 阻 率 的 变 化 敏 锐 地 反 应 着 阻率法是 一致 的 ， 的独到之处 是在 该 仪器 是 ２ 它 ０世 纪 ９ ０年 代 中 后 期 推
浅析CT技术的发展_于宁飞
科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION2011年第11期●0引言弹性波层析成像(ComputerizeTomography)是一种利用在物体周边所获取的某种物理量的一维投影数据，运用一定的数学方法，通过计算机处理，重建物体特定层面上的二维图像以及依据一系列上述二维图像构成三维图像的技术[1]。
目前CT 技术已经十分成熟,是重要的工程物探方法之一。
主要应用包括:工程地质条件勘探,混凝土构件和堤坝防渗墙质量检测,地基处理或加固效果评价,铁路和高速公路路基病害探测等方面。
1弹性波CT 技术1．1弹性波CT 技术的分类根据工作的频段不同，弹性波CT 方法可以分为地震波CT 和声波(超声波)CT 。
在实际工作中，可以根据对分辨率和探测距离的要求选择适当的工作频段。
根据勘探布局方式的不同，弹性波CT 可以分为地表反射(或折射)层析成像、井间层析成像、VSP 层析成像和反向VSP 层析成像[2]在弹性波CT 的成像方法中，以射线追踪为基础的反演方法较为成熟。
该方法属于射线理论成像方法类，在工程技术领域得到广泛应用，由于观测系统地激发点和接收点是按一定规律排列，因此采用射线法模拟计算地震记录，就是求解给定端点的射线路径，即两点射线追踪问题。
根据费马原理和Dijkstra 最佳路径算法进行快速射线追踪较普通方法具有明显的优越性。
设剖面离散结点数为n,其计算次数由O (n1)降低到O (n2)。
然而如果在整个CT 剖面内进行射线追踪,由于n 很大,计算速度仍然受到限制。
应用“椭圆约束”方法可以实现更快速射线追踪。
具体方法是,首先以激发点和接收点为焦点作一个椭圆,根据椭圆方程性质,如果首波射线路径任意一点弯曲到椭圆之外,射线路径将会大于2a (a 为椭圆长轴),由于首波走时必须最小,即弯曲射线路径较直射线路径不可能偏离太多,所以只要适当选择椭圆长轴a 值,然后在椭圆区域内进行弯曲射线追踪即可[3]。
高密度电法在溶洞探测中的应用
河南科技Henan Science and Technology 工业技术总773期第三期2022年2月高密度电法在溶洞探测中的应用潘纪顺王晓雷（华北水利水电大学地球科学与工程学院，河南郑州450046）摘要：地下溶洞易引发建筑物沉降、地面塌陷等灾害，为保障安全，在施工前进行溶洞勘察很有必要。
高密度电法因其操作方便、探测准确，在溶洞探测中得到广泛应用。
通过高密度电法在南方某机场溶洞探测中的应用，结合地质资料，明确了工区电性异常的分布情况，圈定了多个异常靶区，查明了隐伏岩溶分布范围，指导钻探验证工程，为工区地质环境保护与治理提供了可利用的直接依据。
根据钻探结果，印证了高密度电法在溶洞探测中的有效性。
关键词：高密度电法；溶洞探测；温纳中图分类号：U442.2文献标志码：A文章编号：1003-5168（2022）3-0030-04 DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2022.03.007Application of Electrical Resistivity Tomography Method in Karst CaveDetectionPAN Jishun WANG Xiaolei（College of Geosciences and Engineering,North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou450046,China）Abstract:Underground karst cave is easy to cause disasters such as building settlement and ground col⁃lapse.In order to ensure safety,it is necessary to carry out karst cave survey before construction.Electri⁃cal resistivity tomography method is widely used in karst cave detection because of its convenient opera⁃tion and accurate detection.By expounding the application of electrical resistivity tomography method in karst cave detection of an airport in South China,combined with geological data,the author defines the distribution of electrical anomalies in the work area,delineates multiple abnormal target areas,finds out the distribution range of concealed karst,guides drilling verification engineering,and provides an avail⁃able direct basis for geological environment protection and treatment in the work area.According to the drilling results,the effectiveness of electrical resistivity tomography method in karst cave exploration is confirmed.Keywords:electrical resistivity tomography;cave detection;wenner0引言我国岩溶地貌分布广，溶洞是岩溶发育地区的主要不良地质现象［1］。
地面核磁共振信号相位求取电阻率
收稿日期：2015-08-17。 基金项目：天然气水合物勘查与试采专项（GZHL20110304；GZHL20110324）。
42
CT 理论与应用研究
1 层状介质 SNMR 信号计算
当激发电流终止后，接收线圈接到的核磁共振（NMR）信号 E(t, q) 如下[8]
= E(t, q)
E0 (q) exp
为 2 044 Hz。含水层的模型分别为：0～25 m 含水率为 5％，地层电阻率为 50 Ωm；25～50 m 含水率为 30％，地层电阻率为 5 Ωm；50～100 m 含水率为 5％，地层电阻率为 50 Ωm。
核函数矩阵计算模型与计算条件为：激发线圈直径为 100 m，地磁倾角为 60°，激发频 率为 2 044 Hz。地层电阻率为 100 Ωm。
（6）重复进行步骤（2）至（5），直到满足循环次数要求，则将当前最优解的模型参
数值输出，结束计算。
模型
ρ1 / Ω·m ρ2 / Ω·m ρ3 / Ω·m
真实模型 50 5 50
表 1 SA 反演结果 Table 1 Inversion results of SA method
初始模型 1 40 3.0 60
模拟退火（simulated annealing，SA）法作为一种非常重要的非线性反演方法，在地 球物理资料的反演问题中已被广泛地应用。它不依赖于初始模型的选择，不需要计算雅可 比矩阵，收敛于局部极小的几率比其他非线性反演方法要小。模拟退火法有两种算法，即 Metropolis 算法（简称 MSA）和 Heat Bath 算法（简称 HBSA）[9－10]。
CT检测的原理
CT检测的原理、方法及应用简介：CT（Computerized Tomography）——计算机断层成像，是一种在不破坏物体结构的前提下，根据物体周边所获取的某种物理量（如波速、X 线光强、电子束强等）的投影数据，运用一定的数学方法，通过计算机处理，重建物体特定层面上的二维图像以及依据一系列上述二维图像构成三维图像的技术。
Radon 变换是CT 技术的主要理论基础，1917 年，数学家Radon证明，已知所有入射角的投影函数u可以恢复唯一的图像函数f (x, y)。
以此为基础发展起来的断层成像技术最先在医学领域得到应用，极大地推动了现代医学前进的步伐。
随着CT 技术和各专业学科的发展，CT 在物质探测方面所具有的巨大的优势使得CT 技术在非医学领域如工业、地球物理、工程、农业、安全检测等行业得到了广泛的应用。
CT设备简介：•①扫描部分，由X 射线源、探测器和扫描架组成•②计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存运算•③图像显示和存储系统，将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下CT技术的原理：CT 是用X 线束对被检测对象具体部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X 线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字，输入计算机处理。
图像形成的处理有如将选定层面分成若干个体积相同的长方体称之为体素。
扫描所得信息经计算而获得每个体素的X 线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵。
数字矩阵可存储于磁盘或光盘中。
经数字/模拟转换器把数字矩阵钟的每个数位转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素，并按矩阵排列，即构成CT 图像。
CT 的物理和数学模型：CT技术的应用及发展：•医学方面CT 最引人注目的应用是在医学诊断领域，其理论研究及设备制造技术在相当程度上与医科学有关。
从1971 年Hounsfielld 发明头颅CT 到20 世纪80 年代，CT 技术的发展主要在于扫描部位的延伸，即从单一的头部检查拓展到体部检查；从80 年代到90 年代，主要是扫描速度的角逐，突破了亚秒的扫描速度；20 世纪90 年代到2000 年代，螺旋CT 技术使横断CT 向可以连续扫描的螺旋CT 过渡，多层螺旋CT 从4/16/32/40 层到64 层CT 广泛的临床应用，大大拓展了CT 的临床价值。
环井眼微电阻率扫描成像测井原理方法应用 (修复的)
环井眼微电阻率扫描成像测井原理方法及应用一．原理1.目前，地层微电阻率成像测井的基本原理是相同的．它用密集排列的纽扣电极测量井壁附近的地层电导率或电阻率的相对变化。
在测量过程中．仪器通过极板和电极向地层发射电流，该电流的一部分从极板上的纽扣电极流出．但大部分是从极板流出．用来聚焦纽扣电极，以便使仪器具有适当的探测深度和较高的地层分辨率．纽扣电极电流记录成～组曲线．这些曲线就反映了地层井壁附近电阻率的相对变化。
在成像测井资料数据处理过程中，首先，对成像测井原始数据进行加速度校正深度配等一系列预处理。
然后，用一种渐变的色板对成像测井数据进行刻度，把每个数据点变成一个色元进行成像显示，形成彩色成像图。
成像图一般分为静态平衡图像和动态加强图像两种。
静态平衡图像采用全井段统一配色，目的是反映全井段的相对电阻率的变化。
动态加强图像是为解决有限的颜色刻度与全井段大范围的电阻率变化之问的矛盾。
一般采用每半米井段配一次色，其所形成的动态图像的分辨能力很强，常用于详细的地层分析，但图像的颜色仅代表半米内的电阻率的变化。
在形成彩色成像图时，通常按“黑一黄一白”顺序对成像测井数据进行颜色级别划分。
由黑到白，电成像代表电阻率变化由低到高。
地层微电阻率成像图像是一个伪井壁图像，它可以反映井壁上细微的岩性、物性(如孔隙度)及井壁结构(如：裂缝、井壁破损、井壁取心孔等)，但它的颜色与实际岩石的颜色不相干；另外，每口井的微电阻率变化范围由于井之间的差异而有所不同，因此口井的某个颜色与另一口井的同一个颜色可能对应着不同的电阻率值。
地层微电阻率成像解释与岩心描述有很多相似之处，其内容包括沉积构造、构造及裂缝、孔洞分析、成岩作用现象、岩相等。
不同的是地层微电阻率成像测井为井壁描述，井壁上的诱导缝及破损反映了地应力的影响，而层理及裂缝的定向数据也是岩心上很难得到的。
但是，岩心是地下岩层的直接采样，是最为准确的资料．将两者进行标定后，将使地层描述更为准确。
EIT在呼吸系统疾病中的应用进展
REVIEW引言电阻抗断层成像（Electrical Impedance Tomography，EIT）是近几年发展起来的一门新兴成像技术，具有无创性、无辐射性、灵活性、低成本、操作简单等突出优势。
目前EIT的临床应用研究包括肺功能、胃排空、大脑功能、乳房成像等方面[1-3]，其中肺功能成像为最主要的应用领域，涉及肺通气成像、肺灌注成像、肺血栓栓塞、人工机械通气等方面[4-6]。
现阶段，临床医生在呼吸系统疾病诊疗的过程中面临以下主要问题：首先，胸部X线、CT等具有辐射剂量的检查在疾病诊疗中的应用次数受到了限制，因此，反复的X线及CT检查既增加了患者受辐射的剂量，也不利于医患交流与沟通；其次，临床医生在面对行动不便、危重症等无法外出配合检查的患者，无法适时地评估患者病情，更甚者影响患者的预后。
目前，随着EIT的应用与发展，能够有效解决上述出现的两大问题，不仅便于得到公众的认可，还能辅助临床医生对疾病病情实时作出准确的评估，提高临床医生的工作效率以及提高医疗水平。
1 EIT肺功能成像基本原理EIT将一条含16个电极的电极缚带缠缚到胸壁上，多置于第4或第5肋间[7]，并将另一端的参比电极连接到身体中央部位。
参比电极可确保所有不同电极对的阻抗测量均参照相同的电位，根据恒定电流和测得的电压判定通电电极和测量电极对之间的生物电阻抗。
通电和测量电极对的位置会依次轮换围绕整个胸前持续进行，轮换一圈后的测量结果为一帧，通过一定的重构算法即可得到相应的人体胸廓电阻抗成像图像，该图像不但包含了解剖学结构性信息，更重要的是可以给出与人体病理和生理状态相对应的功能性图像结果[6]。
值得注意的是，EIT在电极模式应用方面尚无统一标准。
1983年Barber等[8]研制出了Sheffield Mark I原理样机系统，该系统在人体表面一圈采用16个等距的电极方式进行数据采集，这种采集方式被大多数EIT系统采用，成为研究人员进行肺功能成像的主要电极选择模式[9]。
微电阻率扫描测井应用
FMI仪器 斯仑贝谢
211 127 160 533 138 175 裸眼井 水基 550 微电扣 192(8×24) 0.5 80%
STARII 仪器 阿特拉斯
MCI-A 国产
MCI_B 国产
二、 岩性识别与岩相分析
火山角砾岩(牛东9-10)
静态图为亮黄色，动 态图上岩性颗粒分选 差、具棱角状，杂乱 排列，整体具有块状 特征。
二、 岩性识别与岩相分析
马17井
二、 岩性识别与岩相分析
1、火山碎屑岩-火山集块岩
马17井
通常是50％以上的 火山碎屑物粒度>64mm。 常混入较小的火山角 砾和火山灰等， 分选 性差、磨圆差，大的 岩块直径可达1m以上。
一、微电阻率扫描成像测井原理 二、岩性识别及岩相分析 三、裂缝特征分析 四、孔洞特征分析 五、井旁构造分析 六、地应力分析
四、孔洞特征分析
1、气孔特征
灰色油迹玄武岩 性硬,致密，有气 孔
马19井
四、孔洞特征分析
2、溶蚀孔特征
马801井
汇报提纲
牛东9-8井
二、 岩性识别与岩相分析
牛东9-8井
二、 岩性识别与岩相分析
牛东9-8井
二、 岩性识别与岩相分析
牛东9-8井
二、 岩性识别与岩相分析
牛东9-8井
二、 岩性识别与岩相分析
牛东9-8井
汇报提纲
一、微电阻率扫描成像测井原理 二、岩性识别及岩相分析 三、裂缝特征分析 四、孔洞特征分析 五、井旁构造分析 六、地应力分析
微电阻率扫描成像测井资料应用
汇报提纲
跨孔电阻率法CT
验证
•结合反演电阻率剖面分析，距离WT01钻孔2～6m，深度9～15m有 一电阻率高阻区，与围岩差异明显，解释为花岗岩球状体位置； 黄色竖线为验证孔位，对应左边是验证孔柱状图。
评价
•物探探测结果与CK17钻探孔揭露位置9.8～12.2m较吻合，在钻孔 位置很吻合，同时和WT01-WT02勘探剖面解译结果也基本一致； 说明此孔间比例下勘探效果同小孔间距一样理想。
电话：13805216922 ricky000305@
2.跨孔超高密度电法在花岗岩球状风化体勘探中的试验研究
高程 （m）
0.0
WT01
0 0
WT02 5
-5.0 5
-10.0 10
-15.0 15
-20.0 20
图名
说明：黄色线条表示CK17钻孔位置，影像图右边是该钻 孔的柱状图。
-20.0 20
20
-25.0 25
25
-30.0 30 0
30
5
10 15
跨孔电阻率CT剖面图
验证孔钻孔柱状图
高程 钻孔1#
（m）
0
5 10
0.0 0
钻孔2#
15 0
-5.0 5
5
-10.0 10
10
-15.0 15
15
溶沟
-20.0 20
20
-25.0 25
25
-30.0
30
30
0
5
10 15
跨孔电阻率CT地质解释剖面
评价
•物探成果与钻探结果吻合很好，基岩面标定准确，在电阻率数值 较高地方无溶洞裂隙发育，基岩面处相对其他剖面阻值较高，这 是成图软件插值造成的，说明该方法对溶洞探测无假象和漏探。
电阻率反演及其应用
第24卷 第3期 CT理论与应用研究 Vol.24, No.3 2015年5月（377-382） CT Theory and Applications May, 2015宋文杰, 刘玉华, 葛孚刚, 等. 电阻率反演及其应用[J]. CT理论与应用研究, 2015, 24(3): 377-382. doi:10.15953/j. 1004-4140.2015.24.03.06.Song WJ，Liu YH，Ge FG, et al. Resistivity inversion and its application[J]. CT Theory and Applications, 2015, 24(3): 377-382. (in Chinese). doi:10.15953/j.1004-4140.2015.24.03.06.电阻率反演及其应用宋文杰1 ，刘玉华2，葛孚刚1，吕春帅1，田丹11.山东省地震局，济南2501022.山东省国土测绘院，济南250013摘要：针对大部分沉积岩具有层理结构,从其电性上来看,它们是由各种不同电阻率的地层组成的,这样的地层其电阻率呈现出各向异性。
在对电阻率断面进行观测时，要在层状介质背景剖面的基础上，利用二维电阻率扰动反演方法，将背景场环境中的电性层结构进行掌控，并对敏感矩阵进行计算，通过实验得到良好的效果。
关键词：电阻率；反演；层状介质doi:10.15953/j.1004-4140.2015.24.03.06 中图分类号：P631.3+22 文献标志码：A在进行浅层地球勘探时，常规的地球物理探测方法是电阻率法。
随着科学技术的不断进步，高密度电阻率成像法也得到了普遍应用，并用来探测地质条件较为复杂的岩层电阻率，以了解其存在的差异性。
目前的研究，在电法勘探收集相关数据方面，能够更好地利用电法仪器对大规模的电流、电压信息进行快速而准确地获取。
当计算范围较小时，传统电阻率反演法面对大量数据会出现有效性衰减的情况，若要更好地解决高密度电阻率反演计算过程中出现的问题，就应当对非线性最优化情况进行合理地处理。
三维电阻率成像新方法及应用_郭秀娟
( 5)
1
基本原理
在非线性反演中 , 任何中间反复过程都可认为
且 BWm Wm ( mref - m ) 。 作为线性反演问题 , 方程 ( 5) 的结论包括发现
T ( 0)
A0 。即使是非常小的 3D 问题, 单元数目 也很容易 超过 10 , 参数点数据通常大于 10 , 且 A0 规模很大 , 不能直接实现求解 A0 反演, 而 CG 法能间接解决大
第1期
郭秀娟 , 张志毅 , 梁伟杰 : 三维 电阻率成像新方法及应用
[ 3]
119
电阻率反演更真实的地下电性结构图象 。 尽管 AEM 数据 3D 电阻率成像工作较少 , 但近 似 3D 因子却被广泛应用于表面 EM 数据反演中 , EM 法解译 应用的 数据量 比 AEM 法 解译 应用 的 少。在 3D 近似计算中, Bo rn 近似值已得到广泛的 应用。三维 EM 分布近似研 究, 即扩 展 Born 近似 值 和线性近似值计算
王华峰高密度电阻率法研究进展期刊论文地质与勘探20125微电阻率扫描成像测井方法应用及发展前景期刊论文地球物理学进展20052航空电磁法三维电阻率反演成像技术期刊论文石油物探20061三维电阻率层析成像应用初探期刊论文工程地球物理学报20095引用本文格式
第 35 卷 第 1 期 2005 年 1 月
[ 1] [ 2]
0
前
言
航空电磁法 ( AEM ) 勘测能够获得大量的数据 , 发展近似三维反演算法可为勘探地球物理问题及时 提供答案。在 AEM 数据解译时 , 电阻率成 像技术 能快速测定电阻率结构。多数电阻率成像法仅限于
收稿日期 : 2004 03 29
作者简介 : 郭秀娟 ( 1961 ) , 女 , 吉林德惠人 , 副教授 , 博士生 , 主要从事数据处理、 数据挖掘与 GIS 系统的开发及应用研 究, E - mail: gx j6126@ sina. co m 。
电阻抗断层成像
人体可看成是一个电解质电容器和电阻的并联电 路。 直流在细胞间隙流过；交流可通过细胞间隙 和细胞。
人体肌肉组织电阻率与频率的关系 0 频率 电阻率 90 100Hz 9.1 10kHz 7.7 10MHz 10GHz 2.0 0.8
生物电阻抗测量技术
通常是借助置于体表的电极系统向检测对 象送入一微小的交流测量电流或电压，检 测相应的电阻抗及其变化，然后根据不同 的应用目的，获取相关的生理和病理信息。
五、生物电学和生物磁学
主要内容
生物电学特性 生物电阻抗测量技术 生物磁现象 磁疗 生物磁测量技术，心、脑磁图
5.1 生物电特性
生物电现象
生命活动的基本特性。几乎所有生命过程都伴 随着生物电的产生。 生物电是以细胞为单位产生的。
生物电的发现
1939年两位生理学家Hodgkin和Huxley以枪乌贼 的直径为１mm的巨大神经轴突为实验材料， 采用细胞内记录的方法，证明了细胞生物电现 象的存在。
1）全身测量
在全身阻抗测量中，多采用四电极法，以减少 接触阻抗的影响，以其他参考方法，如皮褶计 法，水下称重法，双能X 射线吸收法，CT法等测 量人体成分作为对照， 即可得到基于阻抗分析 法的人体成分预测公式。
人体成分分析
2）分段测量
在全身阻抗测量中，上下肢的贡献和影响最大， 即全身测量难以正确反映身体各部位含水量及 其变化的真实情况。
单根血管与组织阻抗并联模型
阻抗血流图源自是生物阻抗技术应用最广泛的领域之一， 促进了血流图临床应用的进一步发展。 主要领域：
阻抗心动图：利用四电极法测量跨胸阻抗及其 微分图（或导纳），然后计算每搏输出量。
微电阻率成像测井及其应用
微电阻率成像测井及其应用
192条微电阻率曲线经过主副极板上四排电极的深度对齐、平衡 处理、加速度校正、标准化、坏电极处理、图象生成等一系列步骤 得到FMI图象。通常首先计算出微电阻率资料的频率直方图，然后 把它们分成42个等级，每个等级具有相同的数据点（这使得每种颜 色在最终图象上具有相同的面积），42个等级对应着42种颜色等级， 从白色（高电阻）到黄色，一直到黑色（低电阻）。或者由灰色变 化到褐色。FMI处理可提供三种图象：
3、精细描述裂缝，识别天然裂缝与钻井诱生裂缝，描述裂缝产 状、裂缝开度、裂缝孔隙度、裂缝有效性等，应用裂缝和其它构 造特征来分析现今和古应力场。
4、储集层综合评价（性质、成分、结构、沉积环境、区域展布）
5、沉积环境分析；
6、评价薄层
微电阻率成像测井及其应用
FMI识别岩性应用实例—泥岩、砂岩
微电阻率成像测井及其应用
4）一套冲积扇、辫状河流相 沉积的砂泥岩、砂砾岩。
本井裂缝、气孔主要集中在流纹岩和凝灰岩中，而火山角砾岩、砂砾岩井段 则不发育裂缝。裂缝性质以一条贯穿整个井壁的高角度垂直裂缝为主，在这条主 裂缝的两侧伴有同生的小的垂直裂缝和斜交裂缝，部分井段呈网状交织在一起， 主裂缝面不规则，锋内部充填的阻凝灰和泥质，主裂缝缝面倾角达80度以上，缝 宽大小不均。气孔较发育，具有微一电阻定率方成像向测性井，及其大应小用 不均，分布具一定规律，多发 育在3521.0~3625.0m流纹面较高的流纹岩中。
微电阻率成像测井及其应用
FMI识别裂缝应用实例—局部切割井眼的开启缝
微电阻率成像测井及其应用
FMI识别裂缝应用实例—与缝合线相交的垂直缝
微电阻率成像测井及其应用
高密度电阻率法
RS l
2020/3/16
高密度电阻率法
6
显然，电阻率在数值上等于电流垂直通过单位立方 体截面时，该导体所呈现的电阻。岩矿石的电阻率 值越大，其导电性就越差；反之，则导电性越好。 在国际单位制中，电阻R的单位为 （欧姆），长 度l的单位为米，截面积S的单位为 m2 ，电阻率的单 位为欧姆•米，写作•m 。电阻率的倒数即为电导率， 以 表示 ，它直接表征了岩石的导电性能。其单位 为西门子/米，或s/m. 电阻率是物质的一种属性。从导电机制来看，溶液 主要是借助于其中的带电离子导电；而固体矿物则 可以分为三种类型：金属导体、半导体和固体电解 质。各种天然金属都属于金属导体，由于它们含有 大量的自由电子，因此电阻率很低。比较重要的天 然金属有自然铜和自然金。此外，石墨也是具有某 些特殊性质的电子导电体。
高密度电阻率法是常规电阻率法的一个变种，就 其原理而言，与常规电阻率法完全相同，仍然以 岩、矿石的电性差异为基础，通过观测和研究人 工建立的地下稳定电场的分布规律来解决矿产资 源、环境和工程地质问题。当人工向地下加载直 流电流时，在地表利用相应仪器观测其电场分布， 通过研究这种人工施加电场的分布规律来达到要 解决地质问题的目的，研究在施加电场的作用下， 地层中传导电流的分布规律。求解其电场分布时， 在理论上一般采用解析法。其电场分布满足式 （1.1）的偏微分方程：
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摘要：层析成像方法的应用，使得物探技术变得更加简捷、高效和经济。本文介绍了电阻率成 像的基本概念，讨论了该方法的技术原理，并详细阐述了电阻率成像技术应用于煤矿采空区勘 察的操作方式、观测装置、数据处理等技术要素。结合某煤矿采空区勘察的工程实际，介绍了 煤矿采空区探测时的测区及布线概况。通过对 7 条测线数据的解释，详细分析了测量结果，并 对电阻率成像技术的发展前景做出了有益的探索。 关键词：高密度电阻率法；层析成像；勘察；采空区 中图分类号：P 319 文献标识码：A
收稿日期：2008-05-14。
制作者(版权所有):《
》编辑部,
3期
秦建增等：电阻率成像技术研究与应用
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电阻率成像的数学原理是稳定电流场中任一点的电流密度满足微观欧姆定律：
j=
E
ρ
（1）
式中 E 为电场强度， ρ 为电阻率，两边取散度，并令 E = −∇U ，得到电位 U 的解：
电阻率成像（resistivity tomography）法是近年来随着阵列置点勘探方法的发展而 兴起的一种探测新技术。电阻率成像属于阵列置点勘探方法，与常规电阻率法的工作原理 是相同的，它将剖面法和电测深法相结合，是一种二维探测方法，在探测时将几十至上百 个电极布置在探测剖面上，通过人工发送直流电，在地下形成稳定的电流场，继而通过程 控电极转换装置和微机工程电测仪进行观测和采集数据。电阻率成像技术的核心是在观测 上采用阵列电极系统、数据处理上实施二维或三维反演，由实测的视电阻率值得到真电阻 [1] 率的分布图像 。传统电磁波成像技术穿透深度小、精度不高，而地震波成像技术施工成本 高、数据采集复杂。较之这两种方法，电阻率成像同时具有效率高、速度快、成本低、信 息量大、分辨率高、穿透深度大，数据信息易于解释等特点，近些年来在工程勘察领域得 到了广泛应用。本文主要探讨电阻率成像方法的技术要点及其在河南省某煤矿采空区勘察 中的应用。
第 17 卷 第 3 期 2008 年 9 月（50-56）
CT 理论与应用研究 CT Theory and Applications
Vol.17, No.3 Sep., 2008
文章编号：1004-4140（2008）03-0050-07
电阻率成像技术研究与应用
秦建增 1，杨磊 2，贺为民 1，陈学林 3
3
观测装置
观测仪器可采用多维电阻率测量系统，系统一般由电极转换器、数字直流激电仪和电 法处理软件组成。 其中， 电极转换 A 器主要负责多路电极转换装置的 多路电极 微 直流 电 直流 控制 （包括对电极排列方式、 极距 B 转换 发送 接收 转换和扫描测点转换的控制） 和开 M 机 机 机 源 关阵列的自检。 数字直流激电仪主 N 要完成信号的发射和接收、 电阻率 A M N B 的测量、 测量结果的显示和存储等 功能。 高级电法处理软件主要完成 图 2 电法观测仪器装置示意图 数据接受和数据格式的转换、 编辑 绘图、电测深自动解释、高密度色谱图像处理和等值线与三维曲面图的绘制等。具体装置 系统如图 2。 电阻率成像观测装置采用阵列布置电极的方法，电极单位密度要比常规电阻率法高得 多。现场工作中，要根据装置的特点，在观测剖面上确定测点位置，将所有电极一次布置 完成。所有电极通过多芯电缆连接到程控式多路电极转换装置上，利用微机控制多路电极 转换装置对电极排列方式、极距和扫描测点进行转换控制，从而实现数据采集的自动化。 在自动转换的过程中获得全面的实测数据信息，并将测量结果存入存储器。 供电过程中要求电流稳定，电压连续可调，接收仪稳定、灵敏、抗干扰能力强。在装 置的布置过程中，要尽可能地排除地面干扰，充分利用设备的检测能力，全方位、高密度 布极，以获得高效和全面的图像资料。
1
技术原理
电阻率成像是以介质导电性差异为物性基础，通过人工激发形成地下直流电流场，观 测探测区周围不同方向由直流点电源激发电场所产生的电位差，通过积分变换（如 Radon 变换、Fourier 变换等） 、迭代反演（如奥克姆法、等位线追踪法、联合代数重建、最小二 乘共轭梯度法、奇异值分解法、正交变换投影法、模拟退火法和遗传算法等）来进行数据 的反演，重建地质体内部结构图像，精确描述电流场范围内地质目标体的几何形态和介质 分布的一种物探方法，是现代电法数字观测技术与计算机技术相结合的产物。
U=
1 4 π ∫σ
ρ ∇ ⋅ j + ∇U ⋅ ∇ ρ
r
1
dv
（2）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
这是将已知的电位 U 与未知的电阻率 ρ 联系起来的第一类非线性积分方程，是电阻率成像 的基本方程 。
[2]
2
操作方式
电阻率成像野外测量的方法有地表、单孔、跨孔及孔地等，以获得视电阻率参数，进 而对被测对象进行判读和解释。本次工作采用地表测量的方法，在实测过程中，发射电源 提供稳定电流，接收点持续接收携带地质体信息的电信号。电信号的发射和接收器的排列 将被测剖面划分成若干个等距的地质体单元，假设每一单元范围内的地质体都是均匀无差 别的，那么，一旦某些单元存在异常，成像过程中就能发现这些异常并判读它们的位置和 状态。 高密度电阻率剖面法常采用的测量装置有温纳四极装置、微分排列装置、偶极装置等， 采用不同装置获得的分辨率和测深度是不同的。微分装置的异常幅值最小，振荡出现最早； 温纳四极振荡稍好，但异常幅值不大；偶极装置的异常幅值相对较大，分辨能力较强，振 [3] 荡很剧烈，甚至高阻体上方出现低阻异常 。许 多观测仪器都支持多种极化装置， 在实际操作中， 可以根据不同的工程需求和地质条件选择其中一 种或几种。利用电阻率成像方法进行工程勘查， 如果同时观测η s ，采用对称四极装置可以利用η s A M N B 等值线断面图逐个剖面追踪和圈定极化体，测定 图 1 对称四极装置示意图 较大分布范围的极化体，获得较好的探测效果， 如图 1。 在对称四极装置布置中， 将电极等距排列， 即取 LAM＝LMN＝LNB＝a （LMN︰LAB＝1︰3） ， 这种布置方法又称温纳（Wenner）方法。在检测过程中，供电电极（A、B）向地下供电， 同时在测量电极（M、N）间观测电位差，并算出视电阻率，各电极可沿选定的测线同时（或 [4] 仅测量电极）逐点向前移动和观测 。这种装置下，视电阻率参数的计算公式为：
MN
ρs = 2 a π
∆U MN I
（3）
式中， ρ s 为视电阻率（Ω·m） ， ∆U 为电位差（V， ∆U 等于场强 E 和极距 LMN 的乘积） ，I
制作者(版权所有):《
》编辑部,
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CT 理论与应用研究
17 卷
为供电电流（A） ， a 为电极距（m） ， a = n ⋅ x （ n 为隔离系数， x 为点距） 。