基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法及系统技术方案

本公开提供了一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法及系统，将采集的所有电极测量数据整合为综合集，计算综合集的模型分辨率矩阵，从综合集中选择若干电极测量数据形成初始集；将不在初始集中电极的测量数据添加到初始集中，形成多个临时子集；根据模型分辨率矩阵，计算每个临时子集的深度分辨率平衡优度函数，选择深度分辨率平衡优度函数值最优的临时子集作为新的初始集，判断此时的初始集的平均相对模型分辨率是否满足优化要求；若不满足要求，则不断更新临时子集，否则输出此时的初始集；根据更新后的初始集确定掌子面测量电极的数目和位置，得到优化后的钻孔电阻率超前探测的有效观测模式。前探测的有效观测模式。前探测的有效观测模式。

【技术实现步骤摘要】
基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法及系统


[0001]本公开属于隧道电阻率超前探测观测
，具体涉及一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]随着隧道建设重点逐步向地形地质复杂的西部山区和水域阻隔的东部海峡地区转移，艰险山区深埋隧道和跨江越海隧道大量涌现，对于各类具有洞线长、埋深大等特点的深长隧道，对其进行地质调查更加困难。对于深埋长大隧道，由于各类不良地质赋存更隐蔽、致灾性更高，要求分辨率更高、目标更难探，对于隧道超前探测精度提出了更高的要求和挑战。目前传统的地表勘查条件和技术水平难以满足工程对探测深度和精细化探查的需求，而当前主流的隧道电阻率超前探测方法对含水体成像边界识别模糊、探不到、探不准，且对于一些亚米级甚至分米级的含导水构造难以有效识别，因此，需要一种新的隧道电阻率超前探测装置，能够对亚米级含水构造进行精细成像，即“孔中电极供电、掌子面阵列式测量”的隧道钻孔电阻率精细超前探测观测装置。
[0004]与隧道常规观测模式相比，隧道钻孔电阻率超前探测观测装置在精细化成像方面更具优势：1)具有更远的测深；2)可以获取钻孔周边异常体更丰富更直接的信息。因此，隧道钻孔电阻率超前探测在隧道电阻率超前探测中具有广阔的应用前景。
[0005]然而，据专利技术人了解，目前隧道钻孔电阻率超前探测基本观测模式仍存在以下关键问题尚未解决：
[0006]为了保证反演成像的效果，需要通过布设大量的电极来获得大量的观测数据，观测工作需要耗费大量的时间和人力，基本观测模式得到的大量数据对反演计算造成了极大的挑战，降低了观测效率。
[0007]同时，当前常规优化方法是提升整体的模型分辨率，是均一的提升，不能解决深部模型分辨率过分损失的问题。

技术实现思路

[0008]本公开为了解决上述问题，提出了一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法及系统，本公开对观测系统进行优化，优选出对模型分辨率贡献较大的测量电极点，在保证模型分辨率的基础上最终得到优化后的掌子面电极排列，精简了电极数量，提高了探测效率。
[0009]根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
[0010]一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法，包括以下步骤：
[0011](1)将采集的所有电极测量数据整合为综合集；
[0012](2)计算综合集的模型分辨率矩阵，从综合集中选择若干电极测量数据形成初始
集；
[0013](3)将不在初始集中电极的测量数据添加到初始集中，形成多个临时子集；
[0014](4)根据模型分辨率矩阵，计算每个临时子集的深度分辨率平衡优度函数，选择深度分辨率平衡优度函数值最优的临时子集作为新的初始集，判断此时的初始集的平均相对模型分辨率是否满足优化要求；若不满足要求，则返回步骤(3)，否则输出此时的初始集；
[0015](5)根据更新后的初始集确定掌子面测量电极的数目和位置，得到优化后的钻孔电阻率超前探测的有效观测模式。
[0016]作为可选择的实施方式，所述步骤(1)中，在隧道掌子面上布置钻孔，钻孔内布置电极，确定钻孔长度和电极间距；依据探测精度要求，确定正反演网格大小和掌子面上的电极数量和排列。
[0017]作为可选择的实施方式，所述步骤(1)中，使用全空间孔隧电阻率方法进行数据采集。
[0018]作为可选择的实施方式，所述步骤(2)中，选取掌子面上下两个测量电极所能采集的全部电位数据作为初始集。
[0019]作为可选择的实施方式，所述步骤(4)中，深度分辨率矩阵由分辨率平衡因子组成，且各分辨率平衡因子根据反演深度确定。
[0020]作为可选择的实施方式，所述步骤(4)中，每个临时子集的深度分辨率平衡优度函数为：
[0021][0022]作为可选择的实施方式，所述步骤(4)中，当前初始集的相对模型分辨率为此时的初始集模型分辨率矩阵的主对角线元素与综合集模型分辨率矩阵的主对角线元素的比值。
[0023]作为可选择的实施方式，所述步骤(4)中，平均相对模型分辨率为对相对模型分辨率中的元素求平均得到的。
[0024]作为可选择的实施方式，所述步骤(4)中，判断此时的初始集的平均相对模型分辨率是否满足优化要求的具体过程是，判断此时的初始集的平均相对模型分辨率的值是否大于设定值。
[0025]一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化系统，包括：
[0026]用于将采集的所有电极测量数据整合为综合集的模块；
[0027]用于计算综合集的模型分辨率矩阵，从综合集中选择若干电极测量数据形成初始集的模块；
[0028]用于将不在初始集中电极的测量数据添加到初始集中，形成多个临时子集的模块；
[0029]用于根据模型分辨率矩阵，计算每个临时子集的深度分辨率平衡优度函数，选择深度分辨率平衡优度函数值最优的临时子集作为新的初始集，判断此时的初始集的平均相对模型分辨率是否满足优化要求；若不满足要求，则返回重新添加另外电极的测量数据形成新的临时子集，否则输出此时的初始集的模块；
[0030]用于根据更新后的初始集确定掌子面测量电极的数目和位置的模块。
[0031]一种隧道电阻率超前探测观测系统，包括多个测量电极，所述测量电极的数目和位置根据所述一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法确定。
[0032]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0033]1、本公开一种隧道电阻率超前探测装置形式优化方法，本公开在孔中电极等间距均匀布置、掌子面阵列电极测量的基本型式的基础上，使用深度分辨率平衡优化的DRB方法对观测装置进行优化，优选出对模型分辨率贡献较大的测量电极点，在保证模型分辨率的基础上最终得到优化后的掌子面电极排列，精简了电极数量，提高了探测效率。
[0034]2、本公开在深度分辨率平衡优度函数中，引入了深度分辨率平衡矩阵H，可以结合先验信息，调整不同网格模型分辨率在DRB计算过程中的分辨率平衡度因子，可以通过适当增大某一深度区域的分辨率平衡度，使得这一区域网格的模型分辨率在DRB的计算中更为重要，最终使得算法能够优先提升这一深度区域的模型分辨率。
附图说明
[0035]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0036]图1是基于隧道钻孔电阻率超前探测装置深度分辨率平衡优化方法流程图；
[0037]图2是钻孔电阻率观测装置基本模式电极分布示意图；
[0038]图3是平均相对模型分辨率随迭代次数的变化曲线；
[0039]图4是优化后观测装置的掌子面测量电极分布示意图；
[0040]图5是深度分辨率平衡因子分布示意图；
[0041]图6是优化后的相对模型分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法，其特征是：包括以下步骤：(1)将采集的所有电极测量数据整合为综合集；(2)计算综合集的模型分辨率矩阵，从综合集中选择若干电极测量数据形成初始集；(3)将不在初始集中电极的测量数据添加到初始集中，形成多个临时子集；(4)根据模型分辨率矩阵，计算每个临时子集的深度分辨率平衡优度函数，选择深度分辨率平衡优度函数值最优的临时子集作为新的初始集，判断此时的初始集的平均相对模型分辨率是否满足优化要求；若不满足要求，则返回步骤(3)，否则输出此时的初始集；(5)根据更新后的初始集确定掌子面测量电极的数目和位置，得到优化后的钻孔电阻率超前探测的有效观测模式。2.如权利要求1所述的一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法，其特征是：所述步骤(1)中，在隧道掌子面上布置钻孔，钻孔内布置电极，确定钻孔长度和电极间距；依据探测精度要求，确定正反演网格大小和掌子面上的电极数量和排列。3.如权利要求1所述的一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法，其特征是：所述步骤(1)中，使用全空间孔隧电阻率方法进行数据采集。4.如权利要求1所述的一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法，其特征是：所述步骤(2)中，选取掌子面上下两个测量电极所能采集的全部电位数据作为初始集。5.如权利要求1所述的一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法，其特征是：所述步骤(4)中，深度分辨率矩阵由分辨率平衡因子组成，且各分辨率平衡因子根据反演深度确定。6.如权利要求1所述的一种基于深度分辨率的隧道电阻率超前探测优化方法，其特征是：所述步骤(4)中，每个临时子集的深度分辨率平衡优度函数为：M
t
储存着临时子集模型分辨率的主对角线元素,表示临时子集的分辨率向量，M

【专利技术属性】
技术研发人员：刘征宇，白鹏，张永恒，高雪池，许孝滨，庞永昊，马川义，聂利超，
申请(专利权)人：山东高速集团有限公司，
类型：发明
国别省市：