pygimli

用途

pyGIMLi 是一个多方法地球物理建模与反演框架，主要用于近地表地球物理反演，包括电法电阻率层析成像（ERT）、地震折射层析成像（SRT）以及 IP 等方法。当任务涉及 ERT 反演或运行地震折射反演时，可使用该框架。

主要能力

框架的核心类包括：

pg.Mesh：有限元网格
pg.DataContainer：测量数据与几何
pg.Inversion：基础反演框架
ert.ERTManager：ERT 处理与反演
srt.SRTManager：地震折射反演

支持的数组类型包括：wa（Wenner-alpha）、wb（Wenner-beta）、dd（偶极-偶极）、pd（单极-偶极）、pp（单极-单极）、slm（Schlumberger）、gr（梯度）。

支持的数据格式包括：.ohm（BERT/pyGIMLi 统一数据格式、ABEM Terrameter）、.txt（Syscal / IRIS 导出）、.dat（Res2DInv 2D 反演格式）、.sgt（SRT 地震走时）。

使用方式

加载与查看 ERT 数据：

import pygimli as pg
from pygimli.physics import ert

data = ert.load("survey.ohm")
print(f"Measurements: {data.size()}")
ert.showData(data)  # Pseudosection

ERT 反演：

from pygimli.physics import ert

mgr = ert.ERTManager(data)
model = mgr.invert(
    lam=20,          # Regularization
    verbose=True
)
mgr.showResult()
resistivity = mgr.model

地震折射：

from pygimli.physics import srt

data = srt.load("traveltimes.sgt")
mgr = srt.SRTManager(data)
model = mgr.invert(lam=30, zWeight=0.3)
mgr.showResult()

创建自定义网格：

import pygimli as pg
from pygimli.physics import ert

data = ert.load("survey.ohm")
mesh = pg.meshtools.createParaMesh(
    data.sensors(),
    quality=34.0,
    paraMaxCellSize=5,
    boundary=2
)
pg.show(mesh)

保存与导出：

# Save mesh and model
mgr.mesh.save("result_mesh.bms")
pg.save(model, "resistivity_model.vector")

# Export to VTK for ParaView
mgr.mesh.exportVTK("result", mgr.model)

适用场景

使用常见数组的标准 ERT 反演：pyGIMLi 提供最简单的 API 与内置数组类型。
地震折射层析成像（SRT）：pyGIMLi 提供集成的 SRT 管理器。
基于有限元的地球物理建模：pyGIMLi 原生支持 FEM 网格。
当你需要近地表地球物理反演（ERT、SRT、IP）并希望以最少代码完成时，适合选择 pyGIMLi：其管理器类（ERTManager、SRTManager）在几行代码内处理从数据加载到反演再到可视化的完整工作流。

限制与替代方案

多方法反演（DC、磁法、重力、EM）：SimPEG 覆盖更广的方法。
需要商业级报告流程的 ERT 处理：Res2DInv 是行业标准、基于 GUI。
自定义正演算子或研究灵活性：SimPEG 设计更模块化。

当需要超出近地表范围的方法时（使用 SimPEG），或需要商业级报告流水线时，应避免使用 pyGIMLi。

常见工作流与反演提示

ERT 数据反演与可视化流程：

使用 ert.load("survey.ohm") 加载 ERT 数据文件
检查数据：使用 data.size() 查看测量数量，绘制伪剖面
移除异常值或坏数据点
使用数据创建 ERTManager
运行反演：mgr.invert(lam=20)（从较高的 lambda 开始）
检查卡方值（目标约为 1）
使用 mgr.showResult() 可视化结果
导出网格与模型到 VTK（供 ParaView 使用）：mgr.mesh.exportVTK()
如需要，调整 lambda 和 zWeight 后重新反演

反演提示：从较高的 lambda（50-100）开始并逐步降低；检查数据质量，在反演前移除异常值；对分层结构使用 zWeight < 1；检查覆盖度，低覆盖度意味着分辨率不佳；卡方值约为 1 表示拟合良好且未过拟合。

脚本

scripts/ert_inversion.py - 完整的 ERT 反演工作流。

参考资料

Geophysical Methods - 支持的方法与工作流
Mesh Generation - 网格创建与质量控制