基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，所述方法采用高密度电法对目标区域进行整体探测，以发现岩溶整体位置；通过地震波法对采空区岩溶地质体进行探测，圈定小范围岩溶发育区域；采用高密度电法反演方程，输入反演方程参数，结合有限元数值模拟实现最终定位，反演采空区岩溶地质体的精确位置、规模与精确结构特征。本发明专利技术通过对采空区岩溶地质体地球物理性质为基础，运用地质体岩土信息的地球物理勘探信息，对采空区岩溶地质体地球物理场特征进行反演研究，克服了现有技术中不能有效探查地形和地质结构复杂背景和采空区及岩溶的缺陷。构复杂背景和采空区及岩溶的缺陷。构复杂背景和采空区及岩溶的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法


[0001]本专利技术属于工程地质领域，涉及一种基于地球物理场特征反演地下采空区岩溶体的分布范围、空间形态等精细特征的方法。

技术介绍

[0002]随着地质勘探的深入和各种地球物理探测技术不断发展和完善，采用地球物理方法探测地质体，从而取得地质体结构参数已经是比较普遍的手段。常用探测方法主要有三维地震法、高密度电法和瞬变电磁法。但是目探测路基岩溶及采空区仍面临以下问题：(1)单独任意一种地球物理方法，在大范围的工程场地测量中，其探测深度受限、精确度差；(2)目前用于岩溶及采空区的综合探测方法大部分为多种单一地球物理方法的单独探测，然后对所得数据进行人为解译，很少有将某一种或多种探测结果作为先验信息加入到其他探测反演方程中去进行解译。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，采用三维插值算法并结合概率和统计方法，实现对采空区岩溶地质的有限探测与模拟。本专利技术通过对采空区岩溶地质体地球物理性质为基础，运用地质体岩土信息的地球物理勘探信息，对采空区岩溶地质体地球物理场特征进行反演研究，克服了现有技术中不能有效探查地形和地质结构复杂背景和采空区及岩溶的缺陷。本专利技术基于地球物理勘探成果所反演的采空区岩溶地质结构能展示采空区岩溶地质体内部结构、形态等特征，实现对采空区和岩溶分布的有效探测，精确表达岩溶体内部结构表征与差异性特征，为工程施工的安全进行提供有效保证。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：结合探测区域的地质资料和钻探资料，采用高密度电法对目标区域进行整体探测，确认采空区岩溶地质体的整体位置；
[0007]步骤2：结合地震检波器，利用地质体震动信息中的散射波与反射波，对采空区岩溶地质体进行探测，对地震波射线进行追踪反演，重构地层波速数据模型，圈定小范围岩溶发育区域；
[0008]步骤3：将地震波法、高密度电法探测的地球物理探测结果和地质勘探结果作为先验信息，加入到高密度电法的反演方程中进行约束反演，得到采空区岩溶地质体及定位、范围及结构信息；
[0009]步骤4：制定三维可视的基于地球物理特征反演采空区岩溶地质体精细结构特征图。
[0010]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：
[0011]1、本专利技术针对某大型采空区岩溶地质体工程项目，采用“整体探测和局部精细化
探测相结合、多种地球物理方法约束反演解译”的探测思想，利用高密度电法、地震波法联合探测，将基于地球物理的探测结果作为先验信息施加到高密度电法的反演方程中，减少了反演多解性，增加了反演准确性，实现了对采空区岩溶地质体的精确定位、范围大小的探测和精细结构特征的表达，对采空区施工有较好的指导意义。
[0012]2、本专利技术中地震波探测建立在散射理论基础上，不但适合大的连续界面，更适合于横向剧烈变化的场合；其中地震波法利用的散射波可以有效的发现孤立的溶洞和采空区，且不管溶洞和采空区是否有填充，综合利用散射波和反射波，实现对采空区和岩溶分布在局部信息上的有效探测，这就为建筑施工的安全进行提供了前提保证。
[0013]3、本专利技术与单一的地球物理探测方法相比，两种地球物理方法综合勘探对采空区岩溶地质体的定位以及范围圈定更加准确。
附图说明
[0014]图1为基于地球物理场特征反演采空区岩溶地质体精细结构特征的流程图；
[0015]图2为高密度电法测线电极布置图；
[0016]图3为地震检波器和机械震源的布设方式示意图；
[0017]图4为高密度电法二维反演效果图；
[0018]图5为高密度电法三维反演效果图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0020]本专利技术提供了一种基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体精细空间结构特征的方法，采用高密度电法对目标区域进行整体探测，以发现岩溶整体位置；通过地震波法对采空区岩溶地质体进行探测，圈定小范围岩溶发育区域；采用高密度电法反演方程，输入反演方程参数，结合有限元数值模拟实现最终定位，反演采空区岩溶地质体的精确位置、规模与精确结构特征。如图1所示，所述方法包括如下步骤：
[0021]步骤1：结合探测区域的地质资料和钻探资料，采用高密度电法对目标区域进行整体探测，确认采空区岩溶地质体的整体位置。具体步骤如下：
[0022]步骤1.1：根据目标区域工程情况，对岩溶区域沿剖面布设2～4条高密度电法测线，分为60道，道间距保持3～5m，每条长度可设180m左右，共计360～720m，沿着高密度电法测线钻孔，以各钻孔为观测点进行分别测试，得到各观测点的电阻率。
[0023]电阻率的计算方法如下：采用超级数字直流电法仪向目标区域的一个观测点供电，记录供电AB回路电流I及观测电位差
△
U，根据
△
U和I便可以计算得到观测点的电阻率ρ。
[0024]工作时，通过A、B电极向地下供电(电流为I)，然后测量M、N极电位差
△
U，从而求得该记录点的电阻率值ρ＝K
×△
U/I。电极转换器按照控制器的指令，按一定的组合次序向预定的电极供电，并同时测量供电电极的供电电流I和观测电极的电压
△
U，并进行计算，可依次求出测线上各点视电阻率ρ值。
[0025]步骤1.2：对实测的电阻率剖面进行计算、分析、处理，即可获得地层中的电阻率分布情况，推断大范围、深部的岩溶及采空区的边界，获取岩溶区域的空间分布与整体位置。
[0026]步骤2：结合地震波法，利用地质体震动信息中的散射波与反射波，对采空区岩溶地质体进行探测，对地震波射线进行追踪反演，重构地层波速数据模型，圈定小范围内岩溶地质体的规模，得到局部岩溶发育区域。具体步骤如下：
[0027]步骤2.1：在待探测区内布设检测系统，所述检测系统主要包括用于产生地震波的机械震源、用于采集地下震动信息的地震检波器、用于进行信号数字化和数据处理的主控机，布设方式如图3所示，在岩溶地质体区域布设多个地震检波器和机械震源，形成多条测线，机械震源激发产生地震波，地震检波器采集地下震动信息，即滤除杂波后的地下采空区和岩溶的散射波和反射波，计算获得散射波和反射波的能量分布谱，将其转变为电信号发送至地表上的主控机，主控机接收到地震检波器发送的地下震动信息，先将上述震动信息进行数字化，再对其进行延时校正、数据增益处理，即去除采集到的检测现场的干扰噪声信号，并对信息进行同步和增益放大，然后对初步处理之后生成的地震记录信息进行保存。
[0028]步骤2.2：主控机对散射波和反射波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤1：结合探测区域的地质资料和钻探资料，采用高密度电法对目标区域进行整体探测，确认采空区岩溶地质体的整体位置；步骤2：结合地震检波器，利用地质体震动信息中的散射波与反射波，对采空区岩溶地质体进行探测，对地震波射线进行追踪反演，重构地层波速数据模型，圈定小范围岩溶发育区域；步骤3：将地震波法、高密度电法探测的地球物理探测结果和地质勘探结果作为先验信息，加入到高密度电法的反演方程中进行约束反演，得到采空区岩溶地质体及定位、范围及结构信息；步骤4：制定三维可视的基于地球物理特征反演采空区岩溶地质体精细结构特征图。2.根据权利要求1所述的基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，其特征在于所述步骤1的具体步骤如下：步骤1.1：根据目标区域工程情况，对岩溶区域沿剖面布设2～4条高密度电法测线；步骤1.2：对实测的电阻率剖面进行计算、分析、处理，即可获得地层中的电阻率分布情况，推断大范围、深部的岩溶及采空区的边界，获取岩溶区域的空间分布与整体位置。3.根据权利要求2所述的基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，其特征在于所述步骤1.1中，测线分为60道，道间距保持3～5m，每条长度设180m，共计360～720m，沿着高密度电法测线钻孔，以各钻孔为观测点进行分别测试，得到各观测点的电阻率。4.根据权利要求1所述的基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，其特征在于所述步骤2的具体步骤如下：步骤2.1：在待探测区内布设检测系统，所述检测系统主要包括用于产生地震波的机械震源、用于采集地下震动信息的地震检波器、用于进行信号数字化和数据处理的主控机，在岩溶地质体区域布设多个地震检波器和机械震源，形成多条测线，机械震源激发产生地震波，地震检波器采集地下震动信息，即滤除杂波后的地下采空区和岩溶的散射波和反射波，计算获得散射波和反射波的能量分布谱，将其转变为电信号发送至地表上的主控机，主控机接收到地震检波器发送的地下震动信息，先将上...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐文冲，杨宇航，唐亮，丛晟亦，凌贤长，陈宏伟，邱瑞，王欣亮，何会盟，王宇，张勇，曲宝军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学重庆研究院中铁十七局集团有限公司中铁十二局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：