[發明專利]基于元素反演礦物的隧道內地質異常識別與預報系統及方法

在審

• 申請號: 202110565717.0
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113310916A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 許振浩;邵瑞琦;余騰飛;謝輝輝;林鵬;王欣桐;劉福民
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N23/223;G01N1/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種基于元素反演礦物的隧道內地質異常識別與預報系統及方法，本公開考慮不良地質的形成機理，從地質角度展開預測，從元素和礦物開展地質異常識別和不良地質預報，不僅能識別掌子面前方的不良地質，還可從元素及礦物的異常展開不良地質在區域的聯系，可以獲得更為可靠的結果。

技術領域

本公開屬于隧道不良地質識別與預報技術領域，涉及一種基于元素反演礦物的隧道內地質異常識別與預報系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

不良地質是隧道建設過程中最大的威脅，嚴重影響隧道建設的進度和隧道施工安全，長久以來制約著隧道及其他地下工程的建設。因此，準確而可靠的隧道內地質異常識別與地質預報是隧道建設的重要保障。隧道中常見的不良地質體有斷層破碎帶、蝕變帶、巖溶等。這些不良地質體的本質則是構造作用對巖體的破壞與改造，構造作用過程中的應力、熱液流體等會破壞巖石的組成，導致組成巖石的元素以及礦物發生改變，進而巖體整體遭到破壞而形成不良地質，因此，不良地質巖體及其周圍環境巖體中元素礦物的異常特征非常明顯。

目前隧道中常用的不良地質預報方法是基于地球物理的識別和預報方法，此類預報方法的目的是探測和識別不良地質體的位置、形態、種類以及規模。這種方法只能針對解決某個不良地質展開預報并給出結果，對于其周圍環境的預測預報則難以判斷，缺乏依據。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種基于元素反演礦物的隧道內地質異常識別與預報系統及方法，本公開考慮不良地質的形成機理，從地質角度展開預測，從元素和礦物開展地質異常識別和不良地質預報，不僅能識別掌子面前方的不良地質，還可從元素及礦物的異常展開不良地質在區域的聯系，可以獲得更為可靠的結果。

根據一些實施例，本公開采用如下技術方案：

一種基于元素反演礦物的隧道內地質異常識別與預報方法，包括以下步驟：

獲取掌子面圍巖各采集點巖樣各類元素的百分含量；

獲取圍巖光譜學信息；

分析元素百分含量，并將其反演為礦物含量，用以判斷圍巖地質異常和不良地質預報，結合圍巖光譜學信息中的單獨礦物信息，構建圍巖礦物三維信息點云數據模型；

根據圍巖礦物三維點云模型進行不良地質識別與預報。

作為可選擇的實施方式，分析元素百分含量，并將其反演為礦物含量時采用CIPW標準礦物計算和巴爾特-尼格里標準礦物計算相結合的計算方法。

作為可選擇的實施方式，根據元素百分含量，確定圍巖地質異常和不良地質的具體過程包括：基于概率密度函數或概率分布函數描述隨機變量，判斷圍巖元素數據樣本是否符合正態分布；若元素數據不符合正態分布，剔除異常點使得數據符合正態分布；若元素符合正態分布，計算元素的富集異常下限和流失異常下限。

作為進一步的限定，所述元素的富集異常下限為樣本標準差與相關系數的乘積，與樣本均值之和。

作為進一步的限定，所述元素的流失異常下限為樣本均值減去樣本標準差與相關系數的乘積。

作為可選擇的實施方式，圍巖礦物三維點云數據模型的構建過程包括：

在隧道掌子面按點獲取圍巖元素數據和光譜數據；

每一次對掌子面或隧道圍巖的掃面會獲取一個平面信息，建立起當前掃面的元素和礦物信息，每一個平面的數據信息為一維的面信息，隨著隧道的不斷掘進，掃面面也不斷推進，多個面的數據信息不斷疊加，構建起深度的圍巖礦物三維點云數據信息，進行數據整合，構成三維點云模型。