基于不等式约束的最小二乘法三维电阻率反演及其算法优化 被引量：75

1

作者 刘斌 李术才 +5 位作者 李树忱 聂利超 钟世航 李利平 宋杰 刘征宇 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期260-268,共9页

基于光滑约束的最小二乘法是三维电阻率反演的主要方法,但该方法在某些情况下存在着多解性较强的问题,且普遍耗时较长,严重制约了三维反演方法的推广与发展.为改善上述问题,将表征模型参数变化范围的不等式约束作为先验信息引入最小二... 基于光滑约束的最小二乘法是三维电阻率反演的主要方法,但该方法在某些情况下存在着多解性较强的问题,且普遍耗时较长,严重制约了三维反演方法的推广与发展.为改善上述问题,将表征模型参数变化范围的不等式约束作为先验信息引入最小二乘线性反演方法中,有效地改善了反演结果的精度,降低了反演的多解性问题.为了解决耗时较长的问题,基于预条件共轭梯度(PCG)算法和Cholesky分解法的特点提出了一套优化三维电阻率反演计算效率的计算方案.在该方案中,Cholesky分解法被用来求解敏感度矩阵计算中的多个点源场的正演问题,Cholesky分解法只需对总体系数矩阵进行一次分解,然后对不同的右端向量进行回代即可.将预条件共轭梯度法引入到三维电阻率反演方程的求解中,将雅可比迭代中的对角阵作为预处理矩阵,其具有求逆方便、无需内存空间的特点,有效地加快了收敛速度.对合成数据以及实测数据的反演算例表明,借助不等式约束和反演效率优化方案,最小二乘反演方法可得到较为精确的反演结果,有效地提高了反演计算效率,具有良好的推广前景. 展开更多

关键词 三维电阻率反演 最小二乘反演 不等式约束 预条件共轭梯度算法 Cholesky分解算法 电阻率层析成像

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基于混合正则化的最小二乘三维电阻率反演成像 被引量：9

2

作者 尹洪东 杨怀章 +1 位作者 薛亚茹 刘得军 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期72-81,共10页

基于经典Tikhonov正则化(classical Tikhonov regularization)的最小二乘反演是三维电阻率反演的主要方法。对于电阻率分片连续的地质体,由于光滑反演解的光滑性使得目标区域与背景区域间边界模糊,不能很好地体现异常体的形态信息和位... 基于经典Tikhonov正则化(classical Tikhonov regularization)的最小二乘反演是三维电阻率反演的主要方法。对于电阻率分片连续的地质体,由于光滑反演解的光滑性使得目标区域与背景区域间边界模糊,不能很好地体现异常体的形态信息和位置信息,成像效果不好。将总变分正则化(total variation regularization)与经典Tikhonov正则化结合,提出混合正则化反演方法,通过模型分析比较经典Tikhonov正则化、TV正则化、混合正则化在反演结果上的不同,证明了引入混合正则化约束的最小二乘反演既保持了经典Tikhonov正则化方法解的稳定性,又具有TV正则化方法解的保边缘性,有效地改善了三维电阻率成像效果。最后将混合正则化的反演方法应用到实际工程,验证了该方法的有效性和实用性。 展开更多

关键词 TV正则化 经典Tikhonov正则化 混合正则化 三维电阻率反演

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基于并行改进遗传算法的三维电阻率反演方法 被引量：4

3

作者 刘斌 王传武 +3 位作者 杨为民 李术才 聂利超 宋杰 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1252-1261,共10页

计算效率极低是阻碍遗传算法用于三维电阻率反演的瓶颈,使得很多对改善反演效果和搜索质量有利但又很耗时的改进方法无法应用到遗传算法中。针对上述问题,基于遗传算法天然的并行计算特性,提出了新的多重主从并行计算策略及其算法。提... 计算效率极低是阻碍遗传算法用于三维电阻率反演的瓶颈,使得很多对改善反演效果和搜索质量有利但又很耗时的改进方法无法应用到遗传算法中。针对上述问题,基于遗传算法天然的并行计算特性,提出了新的多重主从并行计算策略及其算法。提出了初始群体的严格均布产生方法,以提高初始群体接近最优解的概率;提出了基于交叉个体适应度差异的比例随机算术交叉算法,以保证优良个体的遗传竞争优势;建立了混合变异算法,将传统的随机变异算法与线性反演中确定性搜索优化算法相结合,即保持了变异的随机性又控制了优化方向。最后将并行改进遗传算法用于合成算例和实际应用案例中,发现并行改进遗传算法的计算效率显著提高,且在寻找最优解、压制假异常、提高反演效果方面具有明显优势,为实际工程中电阻率探测的三维成像提供了有效途径。 展开更多

关键词 三维电阻率反演成像 并行改进遗传算法 多重主从并行算法 比例随机交叉算法 混合变异算法

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煤矿井下含/导水构造三维电阻率反演成像技术 被引量：26

4

作者 鲁晶津 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期687-695,共9页

为了实现煤矿井下含/导水构造的立体解释,预防和减少矿井水害的发生,开展了煤矿井下三维电阻率反演成像技术研究。应用全空间三维电阻率反演软件,建立含/导水构造模型并对其正演结果进行反演成像,对比分析了不同观测系统、数据采集密度... 为了实现煤矿井下含/导水构造的立体解释,预防和减少矿井水害的发生,开展了煤矿井下三维电阻率反演成像技术研究。应用全空间三维电阻率反演软件,建立含/导水构造模型并对其正演结果进行反演成像,对比分析了不同观测系统、数据采集密度、模型参数和噪音水平下的反演结果,并进行了复杂模型三维反演成像。结果表明,多巷道透视观测系统具有更高反演分辨率;当发射极距大于异常体尺寸而接收极距小于异常体尺寸时,可在较低数据采集密度下保持较高反演分辨率;反演所得电阻率值是模型尺寸、电阻率、埋深、水平位置及围岩电阻率等参数的综合反映;巷道空间影响等价约2%的噪声干扰,反演结果具有较强抗噪能力;可根据反演成像结果识别多个异常体并判断各异常立体展布范围,尽管尚难以准确圈定异常边界,但可采用电阻率等值面进行异常提取。 展开更多

关键词 含/导水构造 三维电阻率反演成像 多巷道透视 分辨率 立体展布范围 异常提取

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基于自适应加权光滑约束与PCG算法的三维电阻率探测反演成像 被引量：11

5

作者 刘斌 李术才 +5 位作者 聂利超 李利平 刘征宇 宋杰 隋斌 周宗青 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1646-1653,共8页

三维电阻率探测在实际工程中日益受到重视,但存在着深部分辨率低、反演效率低等关键问题,严重制约了三维电阻率探测技术的应用和推广。针对深部分辨率低的问题,提出了一种随三维模型网格尺寸自适应调整的加权光滑约束,改善了深部网格的... 三维电阻率探测在实际工程中日益受到重视,但存在着深部分辨率低、反演效率低等关键问题,严重制约了三维电阻率探测技术的应用和推广。针对深部分辨率低的问题,提出了一种随三维模型网格尺寸自适应调整的加权光滑约束,改善了深部网格的电阻率差异容许程度,实现了对不同深度网格约束的差异化加权处理,有效的提高了深部反演的分辨率和成像效果。针对反演计算耗时长、效率低的问题,基于预条件共轭梯度法求解快速稳定的优势,提出了三维电阻率快速稳定反演成像算法。在该算法中,将雅可比迭代中的对角阵作为预条件矩阵,其具有求逆方便、无需内存空间的特点,显著加快了收敛速度。最后,利用合成算例和隧道导水裂隙探测的工程实例验证了上述反演方法的可行性与有效性,表明借助于自适应调整加权光滑约束和预条件共轭梯度算法,有效的提高了深部分辨率和计算效率,显著改善了反演效果。 展开更多

关键词 三维电阻率反演 自适应加权光滑约束 深部分辨率 预条件共轭梯度算法 导水裂隙探测

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隧道三维电阻率E-SCAN超前探测反演与优化方法研究 被引量：8

6

作者 王传武 李术才 +4 位作者 聂利超 刘斌 郭谦 任玉晓 刘海东 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期218-227,共10页

超前地质预报是隧道施工中必不可少的环节,将地面三维电阻率E-SCAN观测模式引入到隧道超前预报中,其中供电与采集电极都布置在隧道掌子面,可有效降低旁侧干扰因素的影响,提出了基于三维电阻率E-SCAN的隧道超前探测新型观测模式。建立了... 超前地质预报是隧道施工中必不可少的环节,将地面三维电阻率E-SCAN观测模式引入到隧道超前预报中,其中供电与采集电极都布置在隧道掌子面,可有效降低旁侧干扰因素的影响,提出了基于三维电阻率E-SCAN的隧道超前探测新型观测模式。建立了隧道三维电阻率E-SCAN超前探测地电模型,获得了敏感度矩阵分布特征:矩阵元素数值较小且相差悬殊;元素绝对值随深度衰减迅速;靠近供电与采集电极位置元素绝对值较高。为改善反演的深度定位问题,对敏感度矩阵中元素施加不同大小的增益因子,对原有敏感度矩阵中高值元素进行抑制,对低值元素进行增益,形成了基于敏感度增益因子的隧道三维电阻率E-SCAN超前探测反演优化方法,在理论上可以提高异常体的深度定位精度。开展数值算例与物理模型试验研究,结果表明在隧道三维电阻率E-SCAN超前探测中,相较于常规光滑约束反演,反演优化方法在异常体的深度定位精度方面具有明显优势。 展开更多

关键词 隧道超前预报 三维电阻率反演 E-SCAN 敏感度矩阵 光滑约束权重 增益优化

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电阻率三维反演稳定性和可靠性研究 被引量：4

7

作者 吴小平 汪彤彤 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2002年第1期57-60,共4页

电阻率三维反演参数太多，将导致反演不稳定性和高度非唯一性等诸多方面的问题。比较传统的最小二乘反演方法，利用共轭梯度的电阻率三维最小构造反演显示了更好的效果。讨论了初始模型选择及数据误差对三维反演结果的影响，说明了反演... 电阻率三维反演参数太多，将导致反演不稳定性和高度非唯一性等诸多方面的问题。比较传统的最小二乘反演方法，利用共轭梯度的电阻率三维最小构造反演显示了更好的效果。讨论了初始模型选择及数据误差对三维反演结果的影响，说明了反演方法的稳定性和可靠性。 展开更多

关键词 电阻率三维反演 共轭梯度 稳定性 可靠性 数据误差

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多同性源阵列电阻率法隧道超前探测方法与物理模拟试验研究 被引量：35

8

作者 李术才 聂利超 +5 位作者 刘斌 田明禛 王传武 宋杰 刘征宇 王世睿 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1434-1446,共13页

直流电阻率法以其对含水构造响应敏感且适应性强的特点,是隧道施工期超前地质预报的常用方法.针对目前定点源三极观测方式易受到测线附近旁侧异常干扰与聚焦观测方式探测距离过短无法三维成像的问题,提出了一种基于多同性源阵列电阻率... 直流电阻率法以其对含水构造响应敏感且适应性强的特点,是隧道施工期超前地质预报的常用方法.针对目前定点源三极观测方式易受到测线附近旁侧异常干扰与聚焦观测方式探测距离过短无法三维成像的问题,提出了一种基于多同性源阵列电阻率的隧道超前探测新方法,利用环形布置的多同性源供电压制隧道掌子面后方的异常体的干扰,同时增强掌子面前方远处异常体的敏感度,阵列电极测量可为含水构造的三维反演成像提供三维数据.首先,开展了含水构造超前探测的数值正演模拟,发现多同性源方法的视电阻率纵向微分曲线极小值以及与横轴的交点位置可对异常体位置进行定性判断,探讨了多同性源方法对后方及侧向异常干扰的响应特征及识别方法.其次,将电阻率光滑约束与轨迹光滑策略引入蚁群反演算法,提出了一种最小二乘方法与改进蚁群算法相结合的混合反演算法,反演数值算例表明混合反演算法能够实现含水构造的三维成像,较好地反演出不同距离的含水构造位置,并使其边界较为清晰.为了验证多同性源探测方法的探测效果开展了物理模型试验,多同性源阵列电阻率法能较好的反映含水构造的存在,与实际含水构造的位置较为相符. 展开更多

关键词 隧道超前地质预报 多同性源电极阵列 三维电阻率反演 改进蚁群算法 混合反演 物理模型试验

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矿井直流电透视底板探测及三维反演解释 被引量：11

9

作者 李毛飞 刘树才 +2 位作者 姜志海 苏本玉 陈爽爽 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2708-2721,共14页

煤炭安全高效开采乃至智能开采对查明煤层围岩地质条件的精细程度要求越来越高,然而目前常用的矿井直流电透视法在探测范围、能力方面还没有完全了解,制约了该方法的应用效果。为实现矿井直流电透视技术的精细探测,通过数值模拟和实测... 煤炭安全高效开采乃至智能开采对查明煤层围岩地质条件的精细程度要求越来越高,然而目前常用的矿井直流电透视法在探测范围、能力方面还没有完全了解,制约了该方法的应用效果。为实现矿井直流电透视技术的精细探测,通过数值模拟和实测数据研究,分析了不同形状、不同电性、不同空间位置的地质体在电透视电位差曲线、视电阻率曲线中的表现形态,并对模拟数据分别进行了全空间高阻煤层约束反演和半空间反演。数值模拟与实测数据反演结果表明:在进行矿井直流电透视探测时,异常体在工作面底板附近的电透视曲线表现出与异常体相反的电性,异常体与工作面底板之间达到一定距离时,电透视曲线才可表现出与异常体相同的电性;异常体在接收点附近时比在发射点附近时对电透视曲线影响大;矿井直流电透视三维反演结果可以准确解译底板空间地质体电性及水平分布信息;全空间约束反演结果与半空间反演结果一致,半空间反演程序或软件可用于高阻煤层屏蔽下的全空间电透视数据反演;受高阻煤层屏蔽影响,当电极布设于底板时,可忽略顶板低阻体对观测数据的影响。随着无线通讯以及并行数据采集系统的发展,矿井直流电法一次施工可以获取多种装置数据,结合三维反演,可更加精细解译采煤工作面附近岩层电性信息,为采煤突水灾害防治提供可靠探测手段。 展开更多

关键词 矿井直流电透视 三维电阻率反演 电透视电位差曲线 视电阻率曲线 突水防治

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城市地铁岩溶隐患多孔电阻率联合成像技术研究 被引量：4

10

作者 欧元超 胡富彭 +2 位作者 谭磊 姜寒阳 陈兴海 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期141-146,共6页

为有效解决二维电法在探测异常体空间形态上的不足,基于有限差分算法,建立溶洞与跨孔电阻率组合模型,探讨溶洞剖面投影位置及偏移距与电阻率响应变化特征,将跨孔电阻率数据体进行跨孔三维联合反演成像。结果表明:溶洞模型距跨孔探测剖... 为有效解决二维电法在探测异常体空间形态上的不足,基于有限差分算法,建立溶洞与跨孔电阻率组合模型,探讨溶洞剖面投影位置及偏移距与电阻率响应变化特征,将跨孔电阻率数据体进行跨孔三维联合反演成像。结果表明:溶洞模型距跨孔探测剖面较近时,实际投影至剖面上位置不同,导致探测效果差异较大;随溶洞模型偏移距增大,溶洞投影中心位置电阻率整体表现为前期缓慢、中期迅速、后期减缓并最终趋于稳定的非线性变化趋势,溶洞模型旁侧效应影响范围约8 m。三维联合反演结果能立体可视化展示溶洞空间发育形态,在城市地铁超前地质灾害精准探测方面具有一定应用价值。 展开更多

关键词 隧道施工安全 地质灾害 溶洞探测 跨孔电阻率CT 三维电阻率反演

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直流电阻率法在煤层底板水害监测中的应用研究 被引量：17

11

作者 鲁晶津 《工矿自动化》 北大核心 2021年第2期18-25,共8页

目前针对直流电阻率法在煤层底板水害监测中应用的研究成果主要集中于底板变形与破坏的电阻率响应特征上,对导水通道动态发育过程的电阻率变化规律研究较少。针对华北型煤田面临的底板承压水害问题,采用直流电阻率法对采动影响下的底板... 目前针对直流电阻率法在煤层底板水害监测中应用的研究成果主要集中于底板变形与破坏的电阻率响应特征上,对导水通道动态发育过程的电阻率变化规律研究较少。针对华北型煤田面临的底板承压水害问题,采用直流电阻率法对采动影响下的底板含、导水异常构造进行监测。首先,介绍了采煤工作面直流电阻率监测系统工作原理和基于电阻率三维反演的监测数据自动处理解释方法;然后,构建了底板突水过程监测地质模型,对底板含、导水构造发育过程进行数值模拟研究;最后,在煤矿井下开展了底板直流电阻率监测试验。数值模拟结果表明:根据电阻率三维反演结果可识别含、导水异常构造在测线走向上的展布范围;根据电阻率随时间的变化趋势可推断异常构造的发育情况,随着含、导水异常构造向上发育,低阻异常响应逐渐增强,低阻异常在垂向的展布范围逐渐增大。井下试验结果表明:利用直流电阻率监测成功捕捉了采煤工作面底板出水过程,电阻率出现异常变化的时间早于工作面实际出水时间;工作面涌水量增加之前,低阻响应表现出逐渐增强的变化趋势,与数值模拟结果基本一致;工作面出水后,低阻异常逐渐减弱。研究结果表明可利用直流电阻率法进行工作面水害预警,但要准确判断异常构造的发育高度还需结合其他监测手段进行综合解释。 展开更多

关键词 煤矿水害 底板水害监测 突水监测 含、导水构造 直流电阻率法 电阻率三维反演

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孔间电阻率监测在注浆效果检测的应用研究 被引量：8

12

作者 王程 李博凡 +1 位作者 吴璋 鲁晶津 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第10期127-132,159,共7页

华北型煤田煤层底板岩溶水害防治的主要技术手段是对含水岩层进行注浆改造,目前注浆效果检测的手段主要是对注浆前后岩性特征进行分析,缺少对注浆全过程的跟踪动态监测,很难对注浆效果进行准确评价。针对上述问题,引入孔间电阻率监测系... 华北型煤田煤层底板岩溶水害防治的主要技术手段是对含水岩层进行注浆改造,目前注浆效果检测的手段主要是对注浆前后岩性特征进行分析,缺少对注浆全过程的跟踪动态监测,很难对注浆效果进行准确评价。针对上述问题,引入孔间电阻率监测系统对注浆改造岩层的电阻率变化特征进行全过程监测,以实现浆液扩散范围的精准探测。首先,采用改进电极和线缆装置将电阻率监测系统置于煤层底板长定向钻孔内,实现孔间的电阻率监测;然后,构建浆液扩散的地质模型,采用三维电阻率反演对模拟数据进行处理解释;最后,在煤矿井下注浆层位开展注浆全过程的孔间电阻率监测工程试验。模拟结果表明:孔间电阻率监测能识别浆液异常的扩散范围,根据电阻率随时间的变化趋势可推测浆液扩散范围,随着浆液逐渐扩散,异常区范围逐渐变大,异常强度逐渐增强。工程试验结果表明:通过钻孔将电阻率监测系统布置于注浆层位进行动态监测,监测数据经三维反演成像后能成功捕捉到浆液扩散导致的注浆层位电阻率变化特征,为煤矿注浆效果检测提供一种可行的技术方案。 展开更多

关键词 煤层底板长定向孔 孔间电阻率监测 超前区域注浆改造 注浆效果检测 浆液扩散 电阻率三维反演

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新疆大红柳滩伟晶岩型锂矿深部结构与区域成矿模型解释 被引量：4

13

作者 李文渊 高永宝 +3 位作者 任广利 刘诚 李侃 孔会磊 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1440-1451,共12页

为揭示花岗岩-伟晶岩型锂等稀有金属矿成矿系统的深部结构,对西昆仑造山带大红柳滩伟晶岩型锂矿集区开展了大地电磁测深法(MT)探测。通过MT三维反演电阻率模型,探测到两个0~20 km深度范围的高阻体,反映了出露于地表的大红柳滩复式花岗... 为揭示花岗岩-伟晶岩型锂等稀有金属矿成矿系统的深部结构,对西昆仑造山带大红柳滩伟晶岩型锂矿集区开展了大地电磁测深法(MT)探测。通过MT三维反演电阻率模型,探测到两个0~20 km深度范围的高阻体,反映了出露于地表的大红柳滩复式花岗岩基和半隐伏的大红柳滩东花岗岩基;20~80 km深度范围内发现的大范围高导异常,则反映了深达上地幔的地壳重熔形成的大规模长英质岩浆储库。可见,成矿母岩大红柳滩花岗岩基是有根的,而且是规模巨大深达上地幔的岩浆储库,它们为超大型大红柳滩伟晶岩型锂矿的形成提供了物源和热源。与松潘-甘孜甲基卡超大型伟晶岩型锂矿集区对比,尽管川西甲基卡地区地表出露的花岗岩有限,但MT三维反演电阻率模型显示,其也存在深达上地幔的大范围高导异常,同样反映了大规模长英质岩浆储库的存在,只是剥蚀深度浅,上侵的花岗岩未被剥蚀出来而已。从而,深剥蚀的大红柳滩地区表现为大面积花岗岩出露的“热隆”特征,而浅剥蚀的甲基卡地区则表现为花岗岩围岩“片麻岩穹隆”热变质构造特征。西昆仑-松潘-甘孜伟晶岩型锂等稀有金属巨型成矿带两端的晚三叠世超大型矿床是大规模地壳重熔长英质岩浆作用中心的产物,由于锂等稀有金属的喜水性,H2O的饱和度是造就伟晶岩型锂超常富集的关键,并在长英质岩浆储库、上侵花岗岩和伟晶岩不同分异演化阶段,锂的“预富集”为大规模伟晶岩型锂矿成矿奠定了重要基础。 展开更多

关键词 伟晶岩型锂矿 MT三维反演电阻率模型 区域成矿地质模式 西昆仑-松潘-甘孜造山带 巨型成矿带

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基于并行电法的重阳木根系空间分布探测试验研究 被引量：9

14

作者 欧元超 张平松 +2 位作者 李建宁 谭磊 汪武 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第10期131-135,共5页

探测树木根系的空间分布,对了解树木的生长及移栽等具有重要的作用。利用并行电法技术进行树木根系三维空间分布特征探测试验,通过在重阳木周边7.5 m×9.5 m范围内布置观测系统进行数据采集,对采集到的数据进行多测线联合反演得到... 探测树木根系的空间分布,对了解树木的生长及移栽等具有重要的作用。利用并行电法技术进行树木根系三维空间分布特征探测试验,通过在重阳木周边7.5 m×9.5 m范围内布置观测系统进行数据采集,对采集到的数据进行多测线联合反演得到三维电阻率图像。结果表明:探测范围内的根系分布呈现出南测密集,北侧稀少的特征;探测区域根系根径范围主要分布在200~300 mm;深度为0.46 m位置处根系量最大且根系生物量最多;重阳木根系下方土壤中含水充足,结果图呈现了根系与地下环境间的相互关系。该成果在研究树木根系空间分布范围及特征方面具有良好的应用前景。 展开更多

关键词 树木根系 并行电法 三维电阻率反演 重阳木 空间分布探测

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