[发明专利]基于先验梯度约束的四维电阻率跨孔CT监测成像方法

说明书

本发明公开了一种基于先验梯度约束的四维电阻率跨孔CT监测成像方法，利用多元地球物理手段进行探测，确定地质构造与环境状态信息，并根据探测结果划分重点监测区域；根据场地条件在选定的重点监测区域布置钻孔，钻孔内布置电极，形成四维跨孔电阻率CT的观测空间；在观测空间内确定正反演模型的范围，依据需要的精度和时间要求，确定电极间距以及正反演所建模型的网格大小；开展全空间四维电阻率跨孔CT方法进行监测，构造四维电阻率反演目标函数与反演方程；以探测的地质构造为指导，确定反演过程的初始模型，预先判断目标体的主要运移方向，作为先验信息，不断反演迭代得到一组电阻率反演结果，获得所监测区域动态变化的电导率图像。

技术领域

本发明涉及一种基于先验梯度约束的四维电阻率跨孔CT监测成像方法。

背景技术

近年来，四维电阻率监测方法已经广泛的应用于环境监测，工程建设和水文地球物理研究等领域。跨孔勘察技术提供了比地面勘测上更高的分辨率和深度穿透能力。其测量传感器布置于钻孔中，信号不随深度衰减，有效的避免了工作现场中随机噪声的干扰。四维跨孔电阻率CT监测方法结合了跨孔勘察和四维电阻率层析成像技术的优势，是一种精细化监测的好手段。

目前，四维电法监测的研究取得了一定的效果，但仍存在以下关键问题，尚未解决：

其一，由于监测区域的地质环境复杂，被监测过程是动态变化的，采集的电阻数据十分复杂。使得四维反演方程的病态程度高，极易出现假异常，对目标体的定位不准确。

其二，现有的四维电阻率沿不同方向变化的敏感性是相同的。然而，在实际监测某些特定过程时，例如地下水运移，灌浆过程等，人们往往可以预先判断其运移的主要方向，这种先验信息并没有加到反演方程中。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于先验梯度约束的四维电阻率跨孔CT监测成像方法，本发明通过增加先验信息约束的方法改进反演方程，以突显电阻率在反演迭代过程中沿某一“主要方向”的时间演化特性，同时压制其他方向的演化特性，进而更有针对性的捕获目标体的时空位置、展布形态、运移路径和演化趋势。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于先验梯度约束的四维电阻率跨孔CT监测成像方法，包括以下步骤：

利用多元地球物理手段进行探测，确定地质构造与环境状态信息，并根据探测结果划分重点监测区域；

根据场地条件在选定的重点监测区域布置钻孔，钻孔内布置电极，形成四维跨孔电阻率CT的观测空间；

在观测空间内确定正反演模型的范围，依据需要的精度和时间要求，确定电极间距以及正反演所建模型的网格大小；

开展全空间四维电阻率跨孔CT方法进行监测，构造四维电阻率反演目标函数与反演方程；

以探测的地质构造为指导，确定反演过程的初始模型，预先判断目标体的主要运移方向，作为先验信息，不断反演迭代得到一组电阻率反演结果，获得所监测区域动态变化的电导率图像。

进一步的，上述方法还包括根据获得的所监测区域动态变化的电导率图像，结合地质情况，解译目标体的时空位置、展布形态、运移路径和演化趋势。

进一步的，钻孔根据现场实际情况，选取合适地点，不需要严格的围成矩形，但尽量分布在目标体的四周。

进一步的，开展全空间四维电阻率跨孔CT精细监测时，利用不在同一直线上的三个或三个以上钻孔形成三维立体观测空间。

进一步的，在钻孔内布置测线，测线上均匀分布多个电极点，形成点源三维电场，对孔间地质结构进行多次覆盖采集和数据分析。

进一步的，所述四维电阻率反演目标函数为数据误差项、空间光滑约束项和时间光滑约束项之和。