[發明專利]一種在電阻率法超前探測中考慮圍巖各向異性影響的方法

有效

• 申請號: 202110362383.7
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113031076B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 胡代明;岳明鑫;吳小平;楊曉冬
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01V3/00
• 分類號: G01V3/00;G01V3/38
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明提出了一種在電阻率法超前探測中考慮圍巖各向異性影響的方法。目前已有的電阻率法巷道超前探測的預測模型中，大多基于地球介質的各向同性假設和簡單物理模型試驗，突水透水事故頻發，準確性值得懷疑。而實際地下介質電阻率各向異性的分布復雜且真實存在，本發明通過大量模擬隨機的圍巖各向異性，利用統計的方法來預測含水斷層的位置并進行評價。該方法結合視電阻率極小值的橫坐標位置，根據通過巖石物理實驗測得的隧道圍巖各向異性系數，進而得到預測含水斷層位置的預測方程。本發明提出的基于圍巖各向異性的預測模型的方法，對于隧道數據解釋具有指導性的理論價值。

技術領域

本發明涉及隧道探測、礦井災害探測領域，具體涉及一種在電阻率法超前探測中考慮圍巖各向異性影響的方法。

背景技術

電阻率法超前探測已經發展形成了多種方法，如直流聚焦法，三極超前探測法等。但這些方法都基于地球介質電阻率的簡單各向同性的基礎上，實際反應效果不好，近年來礦井隧道水害事故頻發，原因很可能是現存提出的預測模型不夠復雜，真實地下介質電阻率任意分布，電阻率各向異性亦客觀存在，有學者提出具有明顯層理面的真實復雜地質構造表現出不同程度的各向異性。對于傳統的地面直流電阻率法，電阻率各向異性一直是許多地球物理勘探領域的熱點問題。各向異性系數電阻率的有效值通常在1到3之間，而且在石灰巖地層中甚至可能高達3.7或4.5。有文獻指出即使各向異性系數為1.1，各向異性的影響無法忽略。如果介質各向異性系數被簡化為各向同性，它可以帶來含水構造預測中不容忽視的誤差。不幸的是，目前還沒有超前探測的預測模型中考慮電阻率各向異性的，這種考慮圍巖各向異性的復雜預測模型是亟需解決礦井隧道事故頻發的關鍵技術之一。本方法利用非結構采用有限單元法，提出了一種在電阻率法超前探測中考慮圍巖各向異性影響的預測模型的方法，為隧道工作人員提供了定量的數據解釋工具。

發明內容

本發明提出的一種在電阻率法超前探測中考慮圍巖各向異性影響的預測模型的方法，可解決巷道超前探測電阻率法在實際勘探應用中，因為巷道圍巖各向異性的存在導致數據失真，預測不準的問題。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種在電阻率法超前探測中考慮圍巖各向異性影響的方法，該方法結合視電阻率極小值的橫坐標位置，根據通過巖石物理實驗測得的隧道圍巖各向異性系數，進而得到預測含水斷層位置的預測方程，具體包括：

d^pre＝f(x_min,λ)＝c₁·x_min+c₂·λ+c₃

其中，d^pre表示預測距離，x_min是極小值位置，λ表示各向異性系數，以及c₁＝0.393，c₂＝-1.574和c₃＝-1.989。

一種在電阻率法超前探測中考慮圍巖各向異性影響的方法，具體包括如下步驟：

步驟S1、在隧道采集巖石樣品，通過物理實驗測出其圍巖的各向異性系數或各向異性系數的范圍，記錄該地區背景圍巖的各向異性電性參數特征；

步驟S2、建立含水斷層的巷道地質模型，斷層厚度4m，如圖3所示。在隧道內布置供電電極A和測量電極M、N，利用三極裝置，采集M、N電位差數據，測量參數：AO/m；I/mA，AO是電極距；是電壓差；I是供電電流；

步驟S3、通過三極裝置轉換公式得到視電阻率剖面ρ_s/Ωm，其中K^AMN是三極裝置系數；

步驟S4、模擬12組巷道斷層模型，在不同異常體距離和不同圍巖各向異性系數的條件下，提取視電阻率剖面極小值的橫坐標位置，結合隧道圍巖各向異性系數，提出本發明的預測方程，如圖4所示，可定量地預測含水斷層的位置。