[发明专利]一种固源瞬变电磁三维隧道超前预报方法

说明书

本发明公开了一种固源瞬变电磁三维隧道超前预报方法，通过沿着隧道掌子面整个轮廓边缘布置发射线圈；在掌子面上安置多个接收点，在发射回线内，布置多条相互平行的接收测线，使接收点基本布满整个掌子面；获取各个接收点的感应电动势值，对其进行归一化和校正处理，计算得到等效动源类瞬变电磁方法测得的感应电动势值，并计算视电阻率；得到的所有视电阻率‑深度曲线数据进行反演和三维成像，实现固源瞬变电磁三维隧道超前地质预报。本发明有利于减小发射回线和接收线圈之间的互感效应，提高了数据质量。充满整个掌子面的丰富的数据还可以进行精细三维成像，有效的实现了隧道的三维超前预报。

技术领域

本发明涉及隧道超前地质预报电磁类勘探领域，尤其是一种固源瞬变电磁三维隧道超前预报方法。

背景技术

随着中国交通网的快速发展，隧道修建工程越来越多。为了保证隧道施工的安全，隧道超前地质预报是隧道施工过程中尤为重要的一环。瞬变电磁法是目前被广泛采用的一种地球物理电磁类勘探方法，其基本原理为：利用不接地回线向地下或前方发射阶跃脉冲磁场，接收回线或探头在脉冲间隙期间采集由异常地质体涡流产生的二次感生电磁场的衰减数据信号，并通过分析解释这些数据探测出大地中的各种目标体。

目前，瞬变电磁法在隧道超前地质预报流域多采用中心回线动源类装置，即在数据采集过程中保持发射回线和接收回线的相对位置不变，沿测线方向逐点同步移动进行数据采集。这种采集方法存在较多的缺陷。首先，由于发射回线必须是正方形且要做多点测量，其探测效果会严重受制于掌子面的大小和形状，其勘探深度往往较小，数据量少，探测精度低；其次，中心回线动源类瞬变电磁装置的接收点的位置距发射回线较近，使得发射回线和接收回线之间的互感效应明显，数据质量相对较差；最后，动源类瞬变电磁装置需要不断移动发射回线和接收回线，工作效率低。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种固源瞬变电磁三维隧道超前预报方法，本发明有助于扩大隧道超前地质预报的深度范围。与动源类中心回线装置相比，吻合于隧道掌子面的不规则发射回线，相对增加了发射回线的面积，从而能够增加隧道超前地质预报的深度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固源瞬变电磁三维隧道超前预报方法，包括以下步骤：

(1)沿着隧道掌子面整个轮廓边缘布置发射线圈；

(2)在掌子面上安置多个接收点，在发射回线内，布置多条相互平行的接收测线，使接收点基本布满整个掌子面；

(3)获取各个接收点的感应电动势值，对其进行归一化和校正处理，计算得到等效动源类瞬变电磁方法测得的感应电动势值，并计算视电阻率；

(4)得到的所有视电阻率-深度曲线数据进行反演和三维成像，实现固源瞬变电磁三维隧道超前地质预报。

所述步骤(3)中，校正的退步骤包括：

(3-1)采用数值模拟三维正演方法，构造一个均匀介质的半空间模型，并在该模型表面布置发射线圈；

(3-2)在所构造模型的发射线圈内，由上至下布置多条相互平行的接收测线，每条侧线上的接收点间距固定；

(3-3)利用数值模拟计算获得发射回线内各接收点的感应电动势值，对感应电动势值进行电流、接收面积归一化处理，得到归一化后的感应电动势值；

(3-4)将构造杂模型上的线圈的面积等效为规则线圈，分别以每个接收点为中心，等效规则线圈为发射线圈，发射电流大小不变，采用中心回线瞬变电磁装置进行测量，计算等效动源类瞬变电磁方法感应电动势值，并对其进行归一化处理；

(3-5)根据归一化后的感应电动势值和归一化的等效动源类瞬变电磁方法感应电动势值，确定固源瞬变电磁三维隧道超前预报方法相对于动源类瞬变电磁方法的校正函数。