基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统。三维并行电法观测系统包括地面电极组、以及与多个钻孔相对应的多个孔中电极串。孔中电极串设置：每个钻孔中设置一电极串，电极串由若干个固定间距的电极构成，其长度为L，电极串位于相应钻孔底部，且固定电极串中各电极之间的间距，固定钻孔中电极在相应钻孔内的位置。地面电极组设置：网格状电极组设置在地面上，网格状电极组中各电极之间的间距分别为a且网格范围覆盖孔中电极所在钻孔的平面范围。本实用新型专利技术可同时对多孔进行三维跨孔电法CT探测，并结合地面网格状布置电极，形成地面和孔中的全三维观测系统，覆盖范围更大，所获数据量巨大。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种三维并行电法观测系统，尤其涉及一种基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统。
技术介绍
地下隐伏地质体如溶洞、孤石等对各种工程项目具有较大的威胁，特别是一些小范围的、地面测线无法布置的区域一般都会施工钻孔进行勘查，如公路下方的岩溶空洞问题，常常会导致路面的塌陷，对人民的生命财产构成严重威胁；盾构过程中盾构机前方的孤石等给盾构机的掘进构成重大风险等，故如何查明这种小范围的精细要求的地下隐伏地质体极其重要。针对此类问题，目前的探查方法是地球物理方法和钻探法，钻探对于局部点位的地质情况揭露较为准确，但对于连续区域的地质情况难以揭露，具有“一孔之见”的局限性。钻孔之外的隐患分布情况难以确定，通过钻探能够揭露到的地质隐患十分有限。地球物理探查是根据地质体与周围介质的物性差异如电阻率、极化率、介电常数、弹性波速度等，利用专用的仪器，通过天然场源或激发人工场源进行观测。可获取一块区域的物性特征，突破钻探“一孔之见”的局限性。所以利用地面的勘查钻孔，进行钻孔、地面物探，可获得比钻探更好的探测效果。但进行孔内地球物理探查也存在很多问题，有的方法虽然在理论上技术可行，但实际运用过程中并不适用。比如广州地铁在建设过程中受到孤石影响较大，先后选用了多达十几种物探方法进行工程物探方法试验和专题研究，结果表明：瞬变电磁、地面地质雷达、地震映像法都不能取得良好的探测效果，但钻孔物探内的密度电法CT和地震波CT具有良好的探测效果，但探测范围为二维剖面，三维探测技术尚未成熟，目前用于跨孔电法CT的观测系统多为孔孔对穿，而忽略了地面布置电极与孔中电极之间的信号，从而丢失了孔地之间的地质信息，同时由于其数据采集方式为串行组合采集，采集效率低。
技术实现思路
本技术是为了解决目前跨孔探测方式存在的不足，提出了一种基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统，其包括地面电极组、以及与多个钻孔相对应的多个孔中电极串；孔中电极串设置：每个钻孔中设置一电极串，电极串由若干个固定间距的电极构成，其长度为L，电极串位于相应钻孔底部，且固定电极串中各电极之间的间距，固定钻孔中电极在相应钻孔内的位置；地面电极组设置：网格状电极组设置在地面上，网格状电极组中各电极之间的间距分别为a且网格范围覆盖孔中电极所在钻孔的平面范围。作为上述方案的进一步改进，所述三维并行电法观测系统还包括放置在无穷远处的公共电极B，无穷远处定义为测线长度的3～5倍以外。进一步地，所述三维并行电法观测系统还包括放置在任意位置的公共比较电极N。优选地，公共电极B、公共比较电极N、钻孔内各电极串、地面电极组分别通过并行电法仪相连接，通过多孔与地面的同步电法观测，查明隐伏地质异常。作为上述方案的进一步改进，孔中电极串通过坠重物送入钻孔底部。作为上述方案的进一步改进，孔中电极串通过捆绑在细杆上送入钻孔底部。作为上述方案的进一步改进，电极串中各电极之间的间距为0.2m～1m。进一步地，网格状电极组中各电极之间的间距为1m～5m。作为上述方案的进一步改进，钻孔直径为90mm，钻孔间距20m时，每个钻孔中电极串上的相邻两个电极之间的间距为40cm，每条电极串长度为6m。进一步地，地面网格状电极组的相邻两个电极之间的间距为4m，范围覆盖这些电极串所在钻孔的平面范围。本技术的有益效果如下：1.本技术中由于并行电法独特的数据采集方式，突破了传统高密度电法仪单个电极或两个电极供电时，两个电极接收的限制，其为单点供电，所有电极全部采集电位信息，采集数据量巨大，现场数据采集效率高；2.由于并行电法仪的可扩展性，本技术可同时对多孔进行三维跨孔电法CT探测，并结合地面网格状布置电极，形成地面和孔中的全三维观测系统，覆盖范围更大，所获数据量巨大；3.获取参数多：每个供电周期内可以获取自然场、一次场、二次场的电位数据，同时通过每个供电周期供电时间长短可以获取不同频率的一次场电位响应，获取探测区域的极化率参数，在特殊项目中可进行相关参数提取分析；4.全三维空间电阻率反演，结果更加直观，同时还可通过软件提取三维数据体中任意两个钻孔之间的剖面。附图说明图1是本技术三维并行电法观测系统的平面布置示意图；图2是图1中三维并行电法观测系统的立体结构示意图；图3是图2中发射电极与接收电极关系示意图；图4是利用本技术一种三维并行电法观测系统及地质体探查方法的现场探测示意图；图5是实际现场探测三维立体结果图；图中：1-钻孔中电极；2-地面电极；3-钻孔；4-供电电极。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。请结合图1及图2本技术的基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统包括地面电极组、与多个钻孔相对应的多个孔中电极串、放置在无穷远处的公共电极B、放置在任意位置的公共比较电极N。无穷远处定义为测线长度的3～5倍以外。孔中电极串设置：每个钻孔3中设置一电极串，电极串由若干个固定间距的电极1构成，其长度为L，电极串位于相应钻孔3底部，且固定电极串中各电极1之间的间距，固定钻孔3中电极1在相应钻孔3内的位置。地面电极组设置：网格状电极组设置在地面上，网格状电极组中各电极2之间的间距分别为a且网格范围覆盖孔中电极1所在钻孔3的平面范围。公共电极B、公共比较电极N、钻孔内各电极串、地面电极组分别通过并行电法仪相连接，通过多孔与地面的同步电法观测，查明隐伏地质异常。利用本技术的基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统，在实施时主要包括以下步骤。一、在施工地质勘查孔时，对已经完成的勘查孔进行相关处理，以最大程度的利用现场钻孔，节约勘查成本。当然这步的工作可以省略，直接进入第二个步骤。在施工地质勘查孔时，对已经完成的勘查孔进行加非金属套管(如PVC套管)处理，套管选用筛管，若无筛管的情况下，将套管外按20cm的间距布置若干排小孔用以替代筛管。二、基于多个钻孔和地面布置三维并行电法观测系统。采用基于多个钻孔和地面布置的三维并行电法观测系统：按照地面电极和孔中电极相结合的方式布置三维并行电法观测系统，具体如下。(1)孔中电极布置：每个钻孔3中布置一电极串，电极串由若干个固定间距的电极1构成，其长度为L，将电法电极串送入相应钻孔底部，并保证电极串中各电极1之间的间距，保证钻孔3中电极1在相应钻孔3内的位置；(2)地面电极组布置：在地面布置网格状电极组，网格状电极组中各电极2之间的间距分别为a且网格范围覆盖孔中电极1所在钻孔3的平面范围。(3)将公共电极B放置在无穷远处，而将公共比较电极N放置在任意位置；公共电极B、公共比较电极N、钻孔中各电极串、地面电极组分别通过并行电法仪相连接，通过多孔与地面的同步电法观测，查明隐伏地质异常。本技术的关键点：通过地面和钻孔同时布置电极阵列，形成地面和孔中的全三维观测系统，覆盖范围更大，所获数据量巨大。获取参数多：每个供电周期内可以获取自然场、一次场、二次场的电位数据，同时通过供电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统，其包括地面电极组、以及与多个钻孔相对应的多个孔中电极串；其特征在于：孔中电极串设置：每个钻孔中设置一电极串，电极串由若干个固定间距的电极构成，其长度为L，电极串位于相应钻孔底部，且固定电极串中各电极之间的间距，固定钻孔中电极在相应钻孔内的位置；地面电极组设置：网格状电极组设置在地面上，网格状电极组中各电极之间的间距分别为a且网格范围覆盖孔中电极所在钻孔的平面范围。

【技术特征摘要】
1.一种基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统，其包括地面电极组、以及与多个钻孔相对应的多个孔中电极串；其特征在于：孔中电极串设置：每个钻孔中设置一电极串，电极串由若干个固定间距的电极构成，其长度为L，电极串位于相应钻孔底部，且固定电极串中各电极之间的间距，固定钻孔中电极在相应钻孔内的位置；地面电极组设置：网格状电极组设置在地面上，网格状电极组中各电极之间的间距分别为a且网格范围覆盖孔中电极所在钻孔的平面范围。2.如权利要求1所述的基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统，其特征在于：所述三维并行电法观测系统还包括放置在无穷远处的公共电极B，无穷远处定义为测线长度的3～5倍以外。3.如权利要求2所述的基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统，其特征在于：所述三维并行电法观测系统还包括放置在任意位置的公共比较电极N。4.如权利要求3所述的基于多个钻孔和地面同步布置的三维并行电法观测系统，其特征在于：公共电极B、公共比较电极N、钻孔内各电极串、地面电极组分别通过并行电法仪相连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周官群，刘惠洲，潘乐荀，陈光明，陈兴海，邓涛，李雪峰，钱同对，王奇，
申请(专利权)人：安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34