專利名稱：井間電磁波層析成像多孔對(duì)聯(lián)合反演方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用地球物理領(lǐng)域的孔間電磁波層析成像反演方法，特別涉及一種用 于井間電磁波層析成像的多孔對(duì)聯(lián)合反演方法。
背景技術(shù)：
自從百余年前在鉆孔中使用電的和電磁的地球物理方法，至今已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)很 高的科技水平。首先是鉆孔測(cè)量，最大限度地接近巖石和流體以準(zhǔn)確地測(cè)量其物理屬性。其 次是鉆孔地球物理，擴(kuò)展勘探范圍，可以進(jìn)行地球資源的調(diào)查、評(píng)價(jià)和有關(guān)地球的研究?？?間電磁波透視采用兩個(gè)鉆孔組成一個(gè)孔對(duì)，一個(gè)作為發(fā)射孔，另一個(gè)作為接收孔，在發(fā)射孔 中發(fā)射電磁波，電磁波傳播通過(guò)兩鉆孔間的介質(zhì)到達(dá)接收孔，并接收孔中的接收儀器接收， 在傳播過(guò)程中電磁波被通過(guò)的介質(zhì)吸收，會(huì)發(fā)生衰減，通過(guò)一定反演技術(shù)，可以計(jì)算出兩孔 間介質(zhì)的吸收系數(shù)分布情況，從而得到勘探目的?，F(xiàn)有的電磁波層析成像技術(shù)只能對(duì)存單一孔對(duì)進(jìn)行成像，即將鉆孔1和鉆孔2組 成的剖面剖分成邊長(zhǎng)為a的多個(gè)正方形網(wǎng)格，假設(shè)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收系數(shù)是 相同的，網(wǎng)格間不一定相等。對(duì)獨(dú)立鉆孔對(duì)成像剖面采用直射線方法，線性化后可得成像方 程Ax = b，其中其中b為已知的殘差矩陣，A為微分系數(shù)矩陣(或Jacobi矩陣)，χ為各網(wǎng)格 內(nèi)的吸收系數(shù)值，解此大型稀疏線性方程組即可獲得X。但在實(shí)際工程勘察工作中，常常需 要完成同一地區(qū)幾對(duì)，甚至幾十對(duì)孔的成像調(diào)查，目前的做法是對(duì)每一對(duì)孔進(jìn)行單獨(dú)反演 成像，再將各孔對(duì)成像結(jié)果連接起來(lái)形成完整的大剖面，但往往因?yàn)楦骺讓?duì)間迭代次數(shù)、隨 機(jī)誤差等因素不同，造成剖面聯(lián)結(jié)孔的成像結(jié)果不吻合，相連剖面背景差異大，無(wú)法連接， 更無(wú)法自圓其說(shuō)，相互矛盾，造成整體的成像結(jié)果不可靠的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種井間電磁波層析成像的多孔對(duì)聯(lián)合反演 方法，提高成像結(jié)果分辨率，且與鉆探揭示的地質(zhì)情況相互吻合，使所獲取地質(zhì)資料真實(shí)可罪。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明的井間電磁波層析成像多孔對(duì)聯(lián)合反演方法包括如下步驟①劃分網(wǎng)格將多孔對(duì)組成一條反演剖面，并根據(jù)勘探精度要求和發(fā)射、接收點(diǎn)的 點(diǎn)距大小綜合分析確定剖分剖面的網(wǎng)格邊長(zhǎng)a，使連接鉆孔位置位于成像剖面上某一列網(wǎng) 格中心線附近，使該列網(wǎng)格對(duì)左右孔對(duì)影響的權(quán)重相當(dāng)或相近；②建立聯(lián)合反演成像矩陣方程組首先建立由相鄰兩孔組成的各獨(dú)立孔對(duì)，線性化
后形各自獨(dú)立的成像方程Al * Xl = B1、A2 * X2 = B2、A3 * X3 = B3、......，由于連接
鉆孔的存在，使第一和第二方程組、第二和第三方程組、第三和第四方程組........間有相
同的變量X(連接鉆孔所在共有網(wǎng)格)，因此將各自獨(dú)立的成像方程組成聯(lián)合反演成像的大 型稀疏線性方程組Ax = B;
③求解聯(lián)合反演成像的大型稀疏線性方程組Ax = B,獲得大剖面地下介質(zhì)吸收系 數(shù)分布圖像。所述步驟①中，網(wǎng)格邊長(zhǎng)a的確定方法是Ll + a興整數(shù)、(L1+L2)+a興整數(shù)、
(L1+L2+L3) +a乒整數(shù)，小數(shù)部分取值范圍為0. 3 0. 5，式中L1、L2、L3.......為組成聯(lián)
合成像剖面的孔間距，其物理意義見(jiàn)圖3。所述步驟③中，所述聯(lián)合反演成像的大型稀疏線性方程組Ax = B采用最小平方正 交分解法求解。本發(fā)明的有益效果是，成像結(jié)果縱、橫向異常分辨率高，鉆探揭示的地質(zhì)情況相互 吻合，獲取的地質(zhì)資料真實(shí)可靠，完全解決了現(xiàn)行單一孔對(duì)反演方法因?yàn)榈螖?shù)、隨機(jī)誤 差等因素造成剖面聯(lián)結(jié)孔處的成像結(jié)果不吻合，相臨剖面背景差異大，形成物性突變，無(wú)法 連接，造成整體的成像結(jié)果不可靠的問(wèn)題。


本說(shuō)明書(shū)包括如下十三幅附圖圖1是單一孔對(duì)反演方法的網(wǎng)格剖分示意圖；圖2是單一孔對(duì)反演方法成像后再連接在一起的圖像；圖3是多孔對(duì)聯(lián)合反演方法網(wǎng)格剖分及成像方程建立示意圖；圖4是多孔對(duì)聯(lián)合反演方法中多孔對(duì)聯(lián)合反演成像矩陣方程組示意圖；圖5、圖6、圖7、圖8是實(shí)施例1剖面成像質(zhì)量對(duì)比圖；圖9是實(shí)施例2剖面成像質(zhì)量對(duì)比圖；圖10、圖11、圖12是實(shí)施例3剖面成像質(zhì)量對(duì)比圖；圖13是實(shí)施例4剖面成像質(zhì)量對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明?，F(xiàn)有的電磁波層析成像技術(shù)只能對(duì)存單一孔對(duì)進(jìn)行成像。參照?qǐng)D1，單一孔對(duì)反演 方法的網(wǎng)格剖分是將鉆孔1和鉆孔2組成的剖面剖分成邊長(zhǎng)為a的多個(gè)正方形，假設(shè)每個(gè) 網(wǎng)格內(nèi)介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收系數(shù)是相同的，網(wǎng)格間不一定相等。對(duì)獨(dú)立鉆孔對(duì)成像剖面采 用直射線方法，線性化后可得成像方程Ax = b，其中其中b為已知的殘差矩陣，A為微分系 數(shù)矩陣(或Jacobi矩陣)，χ為各網(wǎng)格內(nèi)的吸收系數(shù)值，解此大型稀疏線性方程組即可獲得 χ。圖2示出的單一孔對(duì)反演方法成像后再連接在一起的圖像，因?yàn)楦骺讓?duì)間迭代次數(shù)、隨 機(jī)誤差等因素不同造成剖面聯(lián)結(jié)孔的成像結(jié)果不吻合，相連剖面背景差異大，無(wú)法連接，更 無(wú)法自圓其說(shuō)，相互矛盾，造成整體的成像結(jié)果不可靠的現(xiàn)象。本發(fā)明的本發(fā)明的井間電磁波層析成像多孔對(duì)聯(lián)合反演方法包括如下步驟1.劃分網(wǎng)格。如圖3所示，將多孔對(duì)組成一條反演剖面，并根據(jù)勘探精度要求和發(fā)射、接收點(diǎn)的 點(diǎn)距大小綜合分析確定剖分剖面的網(wǎng)格邊長(zhǎng)a，使連接鉆孔位置位于某一列網(wǎng)格中心線附 近，使該列網(wǎng)格對(duì)左右孔對(duì)影響的權(quán)重相當(dāng)或相近。網(wǎng)格邊長(zhǎng)a的確定方法是Ll + a興整 數(shù)、(L1+L2) +a乒整數(shù)、(L1+L2+L3) +a乒整數(shù)，小數(shù)部分取值范圍為0. 3 0. 5，式中Li、
4L2、L3、......為孔間距。2.建立聯(lián)合反演成像矩陣方程組。首先建立由相鄰兩孔組成的各獨(dú)立孔對(duì)的成像方程A1*X1 = Bi、A2*X2 = B2、 A3*X3 = B3.......，線性化后組成聯(lián)合反演成像矩陣方程組Ax = B (如圖4所示)。參照?qǐng)D3，兩個(gè)鉆孔組成一個(gè)獨(dú)立孔對(duì)(剖面)，三個(gè)鉆孔組成兩個(gè)獨(dú)立孔對(duì)、四個(gè)
鉆孔組成三個(gè)獨(dú)立孔對(duì)，........四個(gè)鉆孔構(gòu)成了三個(gè)獨(dú)立的剖面，可以建立三個(gè)方程，
A1*X1 = Bi，A2*X2 = B2，A3*X3 = B3，由于每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)各點(diǎn)的吸收系數(shù)是相等的，即同一 網(wǎng)格吸收系數(shù)相等，因而鉆孔2和鉆孔3使三個(gè)剖面的邊界點(diǎn)(圖中陰影部分)是重合的。 也就是說(shuō)，第一個(gè)和第二個(gè)剖面方程有相同的點(diǎn)(X)，第二個(gè)和第三個(gè)剖面方程中有相同的 點(diǎn)(X)。這樣，將三個(gè)方程放在一起求解，利用這些相同的點(diǎn)進(jìn)行彼此間相互約束，達(dá)到聯(lián)合 反演成像的目的。3.求解聯(lián)合反演成像矩陣方程組Ax = B,生成剖面成像圖。聯(lián)合反演成像矩陣方程組最的求解常用的是代數(shù)重建技術(shù)ART、阻尼代數(shù)重建技 術(shù)DART和聯(lián)合迭代重建技術(shù)SIRT，這類運(yùn)算方法只能保證最小范數(shù)解，一般適于處理參數(shù) 變化不大的直線層析反演問(wèn)題。目前，在實(shí)用的層析成像重建算法中，以最小二乘共軛梯度 法(LSCG)和基于QR投影分解的最小平方正交分解法(LSQR)最受人們青睞，而后者對(duì)病態(tài) 方程組比前者能給出更好的解，因此本發(fā)明聯(lián)合反演的成像矩陣Ax = B方程組優(yōu)選采用最 小平方正交分解法(LSQR)求解。實(shí)施例1—渝懷鐵路K419+700 +850段病害勘探渝懷鐵路K419+700 +850段位于龍池至秀山之間，呈丘陵地貌，地面高程為300 至380m，相對(duì)高差約80m。山坡坡面較平緩，局部較陡，植被一般，線路以路基通過(guò)。地表覆 蓋沖積層弱 中等膨脹性黏土，一般厚2 15m，最大厚約30m。測(cè)段地表覆蓋第四系全新 統(tǒng)、基巖為寒武系中上統(tǒng)白云巖、灰?guī)r。2008年8月18日，路局涪陵工務(wù)段在雨后巡檢時(shí) 發(fā)現(xiàn)K419+700 +850段右側(cè)路提坡腳外側(cè)出現(xiàn)共4處地表塌陷第一處，K419+800右側(cè) 坡腳排水溝處出現(xiàn)陷穴一處，陷穴順線路方向長(zhǎng)約4米、橫向?qū)捈s7米、深2. 5米，坡腳骨架 護(hù)坡坍塌。距陷穴2米外有大陷坑一處，長(zhǎng)約27米、寬約12米、深約4 5米。第二處， K419+770處路提坡腳墻外3米有陷坑一處，長(zhǎng)約2. 7米、寬約2. 2米、深約1. 5米。第三處， K419+770距路提坡腳墻外7米處有一大陷坑，長(zhǎng)約7米、寬約8米、深約4. 5米，底部尚有部 分積水。第四處，K419+817蓋板箱涵(長(zhǎng)20米，共6節(jié)、每節(jié)長(zhǎng)3米)，從第1節(jié)至第6節(jié) 沉降縫均有不同程度下沉，最大處是第3、4節(jié)間沉降縫處蓋板上下錯(cuò)臺(tái)40毫米、縫寬30毫 米。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明線路右移7mm，下沉約40mm。采用電磁波CT和電測(cè)深法進(jìn)行綜合物探， 結(jié)合鉆探、地面地質(zhì)調(diào)繪等勘探手段，查明K419+700 +850段路基巖溶發(fā)育情況，為巖溶 整治設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)資料。采用本發(fā)明井間電磁波層析成像多孔對(duì)聯(lián)合反演方法，分別于鐵路K419+735、 +765、+795、+815、+840等五處左7 11. 5m、右11. 5 12. 7m位置分別布置鉆孔，共10個(gè) 鉆孔，組成21個(gè)獨(dú)立孔對(duì)電磁波層析成像剖面進(jìn)行野外資料采集，野外工作于2008年9月 6日開(kāi)始，9月27日結(jié)束，電磁波層析成像方法的野外數(shù)據(jù)采集使用一孔定點(diǎn)發(fā)射，另一孔 移動(dòng)接收，發(fā)射點(diǎn)距為2m，接收點(diǎn)距為lm，掃頻范圍為12MHZ 32MHZ，掃頻間隔為4MHz ；資 料處理時(shí)，由其中的16個(gè)獨(dú)立孔對(duì)組成1-3-5-7-9、2-4-6-8-10、1-4-5-8-9、2-3-6-7-10四條聯(lián)合反演剖面進(jìn)行反演成像。圖5為渝懷鐵路秀山病害工點(diǎn)1-3-5-7-9剖面單一孔對(duì)成像結(jié)果和多孔對(duì)聯(lián)合反 演成像對(duì)比圖。從該圖上圖可以看出，單一孔對(duì)反演結(jié)果在3號(hào)和7號(hào)鉆孔兩側(cè)存在明顯的 巖層吸收系數(shù)突變情況，3號(hào)鉆孔上圖突變處左側(cè)吸收系數(shù)為2. 6dB，右側(cè)為2. 2 2. 4dB， 下圖突變處左邊吸收系數(shù)小于1. 8dB，右側(cè)吸收系數(shù)大于2. 8dB，7號(hào)鉆孔左側(cè)吸收系數(shù)大 于2. 8dB，右側(cè)小于2. 4dB，這種突變?cè)诘刭|(zhì)上解釋為由于斷層或其它透鏡體的存在導(dǎo)致的 地層突變，而3號(hào)和7號(hào)鉆孔在這些部位并沒(méi)有揭示溶洞或斷層的存在，因此是不合理或不 合乎常規(guī)的。該圖下圖為采用4個(gè)孔對(duì)聯(lián)合反演的結(jié)果，該圖上異常閉合圈清晰，分辨率較 上圖明顯提高，同時(shí)，3號(hào)和7號(hào)鉆孔處巖層吸收系數(shù)突變現(xiàn)象消失，說(shuō)明了多孔對(duì)聯(lián)合反 演方法在該處取得了較好的成像效果。圖6為渝懷鐵路秀山病害工點(diǎn)2-4-6-8-10剖面單一孔對(duì)成像結(jié)果和多孔對(duì)聯(lián)合 反演成像對(duì)比圖。從該圖上圖可以看出，單一孔對(duì)反演結(jié)果在4號(hào)、6號(hào)和8號(hào)鉆孔兩側(cè) 均存在明顯的巖層吸收系數(shù)突變情況，4號(hào)鉆孔突變處左側(cè)吸收系數(shù)小于2. OdB，右側(cè)大于 3. OdB, 6號(hào)鉆孔上圖突變處左側(cè)吸收系數(shù)為3. 4dB，右側(cè)小于2. 8dB，下圖突變處左邊吸收 系數(shù)小于2. 6dB，右側(cè)吸收系數(shù)大于3. 2dB，8號(hào)鉆孔上圖突變處左側(cè)吸收系數(shù)小于2. OdB, 右側(cè)大于3. OdB，下圖突變處左邊吸收系數(shù)小于3. 2dB，右側(cè)吸收系數(shù)大于3. 4dB，這種突變 在地質(zhì)上是不合理的，或不合乎常規(guī)的。該圖下圖為采用4個(gè)孔對(duì)聯(lián)合反演的結(jié)果，該圖上 異常閉合圈清晰，4號(hào)和8號(hào)鉆孔揭示的溶洞清晰可辨，分辨率明顯高于該圖上圖，同時(shí)，所 有突變現(xiàn)象都消失了，說(shuō)明了多孔對(duì)聯(lián)合反演方法在該處取得了較好的成像效果。圖7為渝懷鐵路秀山病害工點(diǎn)1-4-5-8-9剖面單一孔對(duì)成像結(jié)果和多孔對(duì)聯(lián)合反 演成像對(duì)比圖。從該圖上圖可以看出，單一孔對(duì)反演結(jié)果在4號(hào)、5號(hào)和8號(hào)鉆孔兩側(cè)均存在 明顯的巖層吸收系數(shù)突變情況，4號(hào)鉆孔突變處左側(cè)吸收系數(shù)小于2. OdB，右側(cè)大于2. 4dB， 5號(hào)鉆孔突變處左側(cè)吸收系數(shù)小于2. OdB,右側(cè)大于2. 4dB，8號(hào)鉆孔突變處左側(cè)吸收系數(shù)大 于2. 6dB，右側(cè)小于2. OdB，這種突變?cè)诘刭|(zhì)上是不合理的，或不合乎常規(guī)的；下圖為采用4 個(gè)孔對(duì)聯(lián)合反演的結(jié)果，該圖上異常閉合圈清晰，4號(hào)和8號(hào)鉆孔揭示的溶洞清晰可辨，分 辨率明顯高于上圖，同時(shí)，所有突變現(xiàn)象都消失了，反映出多孔對(duì)聯(lián)合反演方法在該處取得 了較好的成像效果。圖8為渝懷鐵路秀山病害工點(diǎn)2-3-6-7-10剖面單一孔對(duì)成像結(jié)果和多孔對(duì)聯(lián)合 反演成像對(duì)比圖。該圖上圖為單一孔對(duì)成像結(jié)果，下圖為多孔對(duì)聯(lián)合反演成像結(jié)果，從上圖 中可以看出，單一孔對(duì)反演結(jié)果在3號(hào)、6號(hào)和7號(hào)鉆孔兩側(cè)均存在明顯的巖層吸收系數(shù)突 變情況，3號(hào)鉆孔上圖突變處左側(cè)吸收系數(shù)大于2. OdB，右側(cè)小于1. 8dB，下圖突變處左邊吸 收系數(shù)小于2. 2dB，右側(cè)吸收系數(shù)大于2. 4dB，6號(hào)鉆孔上圖突變處左側(cè)吸收系數(shù)為1. 8 2. OdB,右側(cè)大于2. 4dB，下圖突變處左邊吸收系數(shù)大于2. OdB,右側(cè)吸收系數(shù)小于1. 6dB，7 號(hào)鉆孔上圖突變處左側(cè)吸收系數(shù)小于2. OdB，右側(cè)大于2. 6dB，下圖突變處左邊吸收系數(shù)小 于1. 8dB，右側(cè)吸收系數(shù)大于2. OdB，這些突變?cè)诘刭|(zhì)上是不合理的，或不合乎常規(guī)的；下圖 為采用4個(gè)孔對(duì)聯(lián)合反演的結(jié)果，該圖上異常閉合圈清晰，3號(hào)和7號(hào)鉆孔揭示的巖體破碎、 漏水處異常清晰可辨，分辨率明顯高于上圖，同時(shí)，所有突變現(xiàn)象都消失了，說(shuō)明了多孔對(duì) 聯(lián)合反演方法在該處取得了較好的成像效果。實(shí)施例2— 二連浩特至河口國(guó)道主干線橋址巖溶勘探
工區(qū)位于四川廣元市朝天區(qū)雪溪洞溶洞風(fēng)景區(qū)的上方地面及附近，洞內(nèi)照明和通 風(fēng)設(shè)備密集，對(duì)工區(qū)野外數(shù)據(jù)采集形成較大電磁干擾。采用國(guó)土資源部物化探研究所生產(chǎn) 的JW-5Q型地下電磁波儀，在兩個(gè)鉆孔中分別發(fā)射和接收無(wú)線電波。工作頻率12 32MHz， 觀測(cè)時(shí)，定發(fā)點(diǎn)距為2. 0m，測(cè)點(diǎn)距為1. Om，各孔對(duì)均做了發(fā)射機(jī)與接收機(jī)位置互換測(cè)量，以 保證觀測(cè)質(zhì)量。圖9為二連浩特至河口國(guó)道主干線橋址巖溶勘探剖面成像對(duì)比圖。上圖為單一 孔對(duì)成像結(jié)果，下圖為多孔對(duì)聯(lián)合反演成像結(jié)果。K20325R6鉆探結(jié)果揭示高程617. 06 627. 17范圍內(nèi)為低液限粘土，K20320L7. 6揭示覆蓋層2. 5m,K20350R8. 1孔揭示覆蓋層厚度 為Om。上圖異常收斂性差，吸收系數(shù)分布呈片(層)狀反映，與鉆探資料揭示情況不符，仔 細(xì)分析K20320L7. 6和K20325R6孔兩對(duì)孔接頭處依然存在一定的脫節(jié)現(xiàn)象，形成陡變接口， 在地質(zhì)上無(wú)法解釋該現(xiàn)象，同時(shí)，基本看不出K20325R6孔揭示的溶槽異常。從下圖可以看 出，覆蓋土、較完整灰?guī)r、溶蝕破碎帶和巖溶洞穴吸收系數(shù)大小存在較明顯的差異，其中覆 蓋土的吸收系數(shù)較高，一般為0. 15 0. 4奈培/米，局部可以達(dá)到0. 6奈培/米，較完整灰 巖吸收系數(shù)較低，為0. 05 0. 25奈培/米，溶蝕破碎帶吸收系數(shù)為0. 25 0. 4奈培/米， 巖溶洞穴吸收系數(shù)為0. 4 0. 6奈培/米，根據(jù)吸收系數(shù)的相對(duì)大小，結(jié)合鉆探資料對(duì)各剖 面進(jìn)行了資料判譯解釋，CT剖面揭示K20325R6鉆孔位置為一溶蝕洼地，與鉆探資料吻合， 同時(shí)K20290L1. 6和K20350R8. 1鉆探揭示的溶洞位置與CT剖面中的高吸收異常區(qū)完全對(duì) 應(yīng)。實(shí)施例3—南寧至廣州鐵路下水泡特大橋橋址巖溶勘探工區(qū)位于新建鐵路南廣線黎塘西至桂平段下水泡雙線特大橋(DK17+230 +485 段)，屬河灘，地層主要為粉質(zhì)黏土、卵石土、粗圓礫土和角礫狀灰?guī)r。工區(qū)有施工便道相通， 交通較方便，人文電磁干擾較小。在工區(qū)內(nèi)共布置13個(gè)物探測(cè)試孔及勘探孔，編號(hào)分別為 DZ-02-WT-01 DZ-02-WT-13，鉆孔深度47. 3 51. lm，其中6孔揭示11個(gè)溶洞，溶洞直徑 最小為0. 8m,最大為5. 2m,溶洞直徑大于3m的有4個(gè)，因此工區(qū)屬巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)。電磁 波 CT 法沿左線布置 DZ-02-WT-01、DZ-02-WT-03、DZ-02-WT-05、DZ-02-WT-06、DZ-02-WT-07、 DZ-02-WT-09、DZ-02-WT-ll、DZ-02-WT-13 共 8 個(gè)鉆孔，組成 01 03、05 06 07 和 09 11 13 三條 CT 剖面，沿右線布置 DZ-02-WT-02、DZ-02-WT-04、DZ-02-WT-08、DZ-02-WT-10、 DZ-02-WT-12共5個(gè)鉆孔，組成02 04和08 10 12兩條CT剖面；采用國(guó)土資源部物 化探研究所生產(chǎn)的JW-5Q型地下電磁波儀進(jìn)行勘探。工作頻率12 32MHz，觀測(cè)時(shí)，定發(fā)點(diǎn) 距為2. Om，測(cè)點(diǎn)距為1. Om，剖面均做了發(fā)射與接收機(jī)位置互換對(duì)調(diào)測(cè)量，以保證觀測(cè)質(zhì)量。 電磁波CT勘探野外工作于2009年4月24日開(kāi)始，5月24日結(jié)束，嚴(yán)格按《鐵路工程物理 勘探規(guī)程》(TB10013-2004J340-2004)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，共完成電磁波透射8個(gè)孔對(duì)28054個(gè) 射線對(duì)。圖10為8-10-12鉆孔電磁波層析成像結(jié)果，上下圖對(duì)覆蓋層反映均明顯，鉆探揭 示的溶洞在上下圖中均有反映，且都反映為一個(gè)高吸收系數(shù)異常，但10號(hào)鉆孔揭示的溶槽 形狀和范圍二者有較大差異，上圖單孔對(duì)反演結(jié)果異常呈擴(kuò)散狀的喇叭形，在10號(hào)鉆孔位 置被一分為二，呈分離狀，不連續(xù)，邊界不清晰。下圖異常收斂，邊界清晰，為一高吸收系數(shù) 區(qū)域，與鉆探資料吻合，12號(hào)孔在高程為57 67m間揭示的充填溶洞反映為吸收系數(shù)大于 0. 3Np/m的高吸收系數(shù)異常，而上圖單孔對(duì)反演結(jié)果基本沒(méi)有反映。
圖11為09-11-13剖面鉆孔電磁波層析成像結(jié)果，下圖對(duì)覆蓋層反映較明顯，覆蓋 層內(nèi)物質(zhì)較均勻，與鉆探資料吻合，09和11號(hào)鉆孔揭示的溶洞在下圖均有明顯反映，且邊 界清晰，空間位置與鉆探資料吻合，特別是剖面中間鉆孔(11號(hào)孔)附近的溶槽在上圖反映 明顯；上圖中09-11孔對(duì)和11-13孔對(duì)間存在明顯的電性突變，淺部突變處11號(hào)孔左側(cè)吸 收系數(shù)小于1. SdB,右側(cè)吸收系數(shù)大于2. 2dB，深部突變處11號(hào)左側(cè)吸收系數(shù)大于2. OdB,右 側(cè)吸收系數(shù)小于1. 8dB，反映的異常與鉆探結(jié)果在深度上存在一定差異。圖12為5-6-7鉆孔電磁波層析成像結(jié)果，上下圖對(duì)覆蓋層反映均明顯，鉆探揭示 的溶洞在上下圖中均有反映，且都反映為一個(gè)高吸收系數(shù)異常，但6號(hào)孔旁的異常下圖反 映較上圖明顯，特別是深部異常，單孔對(duì)反演結(jié)果沒(méi)有反映；單孔對(duì)反演結(jié)果存在上下兩處 突變處，上部突變處左側(cè)吸收系數(shù)大于1. SdB,右側(cè)吸收系數(shù)大于2. SdB,下部突變處左側(cè) 吸收系數(shù)小于1. 2dB，右側(cè)大于1. 6dB。實(shí)施例4一六盤水至沾益鐵路烏蒙山2#隧道巖溶勘探施工至2010年03月16日，烏蒙山2#隧道正洞上導(dǎo)坑掘進(jìn)至DK280+805，掌子 面附近地下水較豐富，上導(dǎo)坑施工過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)暗河，其中DK280+900 +850段巖溶裂隙 水和管道水發(fā)育，地下水豐富，水量目測(cè)約30000m3/d ；正洞下導(dǎo)坑正在分左右側(cè)施工，左 側(cè)施工至DK281+020，右側(cè)施工至DK281+030，下導(dǎo)坑開(kāi)挖及超前鉆均暫時(shí)未發(fā)現(xiàn)暗河跡 象。現(xiàn)場(chǎng)揭示巖層為中層狀灰黑色灰?guī)r，局部夾薄層頁(yè)巖，巖層產(chǎn)狀平緩，傾角50 70， III級(jí)圍巖。根據(jù)平導(dǎo)暗河涌水點(diǎn)ZPK280+955及兩次迂回平導(dǎo)探測(cè)出水點(diǎn)，推測(cè)正洞里程 為DK280+965附近可能有暗河通過(guò)。為查明暗河的空間位置及過(guò)暗河段設(shè)計(jì)處理方案，故 提出對(duì)該隧道基底進(jìn)行巖溶物探要求。在DK280+880 DK281+010段的右2. 5m位置，沿線 路方向共布置 4 組(SZ-wmz-5 SZ-wmz-4、SZ-wmz_4 SZ-wmz-3 > SZ-wmz-3 SZ-wmz-2、 SZ-wmz-2 SZimz-1)跨孔電磁波層析成像(電磁波CT)工作，采用定點(diǎn)發(fā)射，移動(dòng)接收， 多頻段掃頻觀測(cè)方式，發(fā)射和接收點(diǎn)距均為1米。鉆探揭示巖性均為灰?guī)r，深灰、灰黑色，致密塊狀，弱風(fēng)化，巖石完整堅(jiān)硬，發(fā)育1 組垂直節(jié)理，巖心節(jié)長(zhǎng)0. 2-0. 6m,巖心采取率約90% ;SZ-wmz-5孔涌水量為8L/m，水頭高度 約5cm，SZ-wmz-4孔涌水量為8L/m，水頭高度約5cm，SZ-wmz-3孔涌水量為24L/m，水頭高度 約15cm，,SZ-wmz-3孔涌水量為20L/m，水頭高度約2cm， SZ-wmz-2孔涌水量為20L/m，水 頭高度約10cm，SZ-wmz-1孔涌水量為20L/m，水頭高度約20cm，未揭示溶洞或暗河。如圖13所示，宏觀分析多孔對(duì)聯(lián)合反演結(jié)果(下圖)的吸收系數(shù)分布圖，大于
0.13Np/m的高吸收系數(shù)區(qū)域主要分布在SZ-wmz-4、3、2、1號(hào)鉆孔之間，物探推測(cè)該高吸收 系數(shù)區(qū)域?yàn)槿芪g破碎帶，且富水，與鉆探巖心資料和涌水量資料吻合，因此，涌水主要來(lái)自 巖溶裂隙水。在DK280+937. 5 (57. 5號(hào)點(diǎn))位置隧底存在一吸收系數(shù)大于0. 4Np/m的異常， 物探判釋為暗河，不排除巖體極破碎富水的可能，因此，采用隧道施工炮眼的風(fēng)槍鉆探驗(yàn)證 未發(fā)現(xiàn)暗河或溶洞，但隧道施工開(kāi)挖揭露到該異常區(qū)域時(shí)出現(xiàn)大量涌水，為裂隙水，證實(shí)了 物探資料的準(zhǔn)確性，同時(shí)也說(shuō)明了 SZimz-3孔涌水量和水頭高度大的原因，但該異常在上 圖單孔對(duì)成像結(jié)果中沒(méi)有反映。單孔對(duì)成像結(jié)果(見(jiàn)上圖)在SZ-wmz-4、3、2孔處均存在接頭突變處，SZ-wmz-4 孔突變處左側(cè)吸收系數(shù)大于0. 8dB，右側(cè)小于0. 9dB, SZ-wmz-3孔突變處左側(cè)吸收系數(shù)小于
1.OdB，右側(cè)大于1. 3dB, SZ-wmz-2孔上部突變處左側(cè)吸收系數(shù)大于1. 7dB，右側(cè)小于1. IdB,
8下部突變處左側(cè)吸收系數(shù)大于1. OdB，右側(cè)小于0. 9dB，誤導(dǎo)資料解釋者認(rèn)為此3個(gè)鉆孔處 存在巖性突變，與實(shí)際地質(zhì)情況不符。
權(quán)利要求
井間電磁波層析成像多孔對(duì)聯(lián)合反演方法，包括如下步驟①劃分網(wǎng)格，將多孔對(duì)組成一條反演剖面，并根據(jù)勘探精度要求和發(fā)射、接收點(diǎn)的點(diǎn)距大小綜合分析確定剖分剖面的網(wǎng)格邊長(zhǎng)a，使連接鉆孔位置位于某一列網(wǎng)格中心線附近，使該列網(wǎng)格對(duì)左右孔對(duì)影響的權(quán)重相當(dāng)或相近；②建立聯(lián)合反演成像矩陣方程組，首先建立由相鄰兩孔組成的各獨(dú)立孔對(duì)的成像方程A1*X1＝B1、A2*X2＝B2、A3*X3＝B3、......，線性化后組成聯(lián)合反演成像矩陣方程組Ax＝B；③求解聯(lián)合反演成像矩陣方程組Ax＝B，生成剖面成像圖。
2.如權(quán)利要求1所述的井間電磁波層析成像多孔對(duì)聯(lián)合反演方法，其特征是所述步 驟①中，網(wǎng)格邊長(zhǎng)a的確定方法是Ll+ a興整數(shù)、(L1+L2) +a興整數(shù)、(L1+L2+L3) +a興整 數(shù)，小數(shù)部分取值范圍為0. 3 0. 5，式中Li、L2、L3.......為孔間距。
3.如權(quán)利要求1所述的井間電磁波層析成像多孔對(duì)聯(lián)合反演方法，其特征是所述步 驟③中，所述聯(lián)合反演的成像矩陣Ax = B方程組采用最小平方正交分解法求解。
全文摘要
井間電磁波層析成像多孔對(duì)聯(lián)合反演方法，旨在提高成像結(jié)果分辨率，且與鉆探揭示的地質(zhì)情況相互吻合，使所獲取地質(zhì)資料真實(shí)可靠。包括如下步驟①劃分網(wǎng)格，將多孔對(duì)組成一條反演剖面，并根據(jù)勘探精度要求和發(fā)射、接收點(diǎn)的點(diǎn)距大小綜合分析確定剖分剖面的網(wǎng)格邊長(zhǎng)a，使連接鉆孔位置位于某一列網(wǎng)格中心線附近，使該列網(wǎng)格對(duì)左右孔對(duì)影響的權(quán)重相當(dāng)或相近；②建立聯(lián)合反演成像矩陣方程組，首先建立由相鄰兩孔組成的各獨(dú)立孔對(duì)的成像方程A1*X1＝B1、A2*X2＝B2、A3*X3＝B3、......，線性化后組成聯(lián)合反演成像矩陣方程組Ax＝B；③求解聯(lián)合反演成像矩陣方程組Ax＝B，生成剖面成像圖。
文檔編號(hào)G01V3/30GK101930083SQ20101024005
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者雷旭友 申請(qǐng)人:中鐵二院成都勘巖土工程有限責(zé)任公司