[發明專利]地下工程不良地質探測多方法約束反演與聯合解釋方法

有效

• 申請號: 201810146848.3
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108345049B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 李術才;王寧;劉斌;劉征宇;聶利超;龐永昊
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01V11/00
• 分類號: G01V11/00;G01V3/00;G01V3/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本發明公開了地下工程不良地質探測多方法約束反演與聯合解釋方法，將鉆探獲得的巖體電阻率變化范圍作為不等式先驗約束信息和將前述綜合方法獲得的不良地質體的輪廓作為空間結構先驗約束信息施加到三維電阻率跨孔CT反演方程中，執行多元信息約束聯合反演，最終獲得探測區域精細化的三維地質結構成像結果。本發明提出的充分利用多種探測信息進行相互約束和聯合解譯方法，大大優于傳統多種探測手段依靠簡單對比、相互驗證的思路，能夠最大限度地發揮綜合探測的優勢，對地質異常的探查識別和定位精度方面有了顯著提高。

技術領域

本發明涉及地下工程探測技術領域，特別是涉及地下工程不良地質探測多方法約束反演與聯合解釋方法。

背景技術

近年來，我國地下工程建設進入飛速發展階段，由于地質結構發育和分布的復雜性和隱蔽性，在施工前期難以全面查清不良地質情況，導致在施工過程中經常會遇到塌方、地表沉陷等地質災害，災害一旦發生輕則沖毀機具、正常施工被迫中斷，重則造成重大的人員傷亡和巨大的經濟損失，甚至有些工程會因此而被迫停建。因此，如何避免和處理遇到的各種不良地質問題，成為在不良地質區修建地下工程的關鍵所在。然而，目前單一探查方法的探測準確率有限，利用多種地球物理手段“普查”和“詳查”聯合探測是目前工程中應用最多的方法。

但目前綜合探測大多數只是簡單地將各自的解譯結果進行比對分析、彼此驗證和補充，不同探測方法和數據之間不存在相互聯系和信息傳遞過程，缺乏系統性及聯合解譯準則。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了地下工程不良地質探測多方法約束反演與聯合解釋方法，采用多種探測結果信息作為先驗約束，實現了基于信息傳遞和多元地球物理信息的聯合反演解釋，顯著壓制了解譯的多解性，可以對地下目標體準確地進行三維定位和成像，提高了綜合探測的準確性和可靠性。

地下工程不良地質探測多方法約束反演與聯合解釋方法，包括：

在探測區域利用地表高密度電阻率法進行探測，獲得地下地層的電阻率分布結構；

在探測區域利用瞬變電磁法進行探測，將探測數據進行處理時，以利用地表高密度電阻率法獲得的電阻率分布結構作為背景場，獲得地層的視電阻率分布；

針對地層的視電阻率分布初步確定異常體發育區的范圍；

在異常體發育區的范圍內的地表布置鉆孔孔位，并在相應位置進行鉆孔取芯，獲得鉆探信息即巖體電阻率變化范圍；

綜合鉆探信息以及地表高密度電法和瞬變電磁法探測結果，給出地下異常體發育的輪廓；

將地表鉆探獲得的巖體電阻率變化范圍作為不等式先驗約束信息、將獲得的異常體發育的輪廓作為空間結構先驗約束信息施加到三維電阻率跨孔CT反演方程中，執行多元信息約束聯合反演，最終獲得探測區域精細化的三維地下異常體發育結構成像結果。

進一步的，所述三維電阻率跨孔CT反演方程中，電阻率CT反演目標函數如下：

Φ＝(Δd-AΔm)^T(Δd-AΔm)+λ(CΔm)^T(CΔm) (1)

式中，Δd為實際觀測數據與正演理論觀測數據的差向量，Δm為模型闡述的增量向量，A為偏導數矩陣，C為光滑度矩陣；λ為拉格朗日常數，代表光滑約束的權重。

進一步的，反演方程求解過程中增加已知先驗信息，將由鉆孔獲得的巖體電阻率的范圍作為不等式約束施加到反演方程中：

ρ_mini≤m_i≤ρ_maxi,i＝1,2,…,m

式中m_i為第i個網格的電阻率，ρ_mini和ρ_maxi分別為第i個網格的電阻率的下限和上限。