[发明专利]一种基于多波的单孔孤石立体探测方法

说明书

本发明公开了一种基于多波的单孔孤石立体探测方法，具体涉及工程地质勘查技术领域。其解决了现有单孔弹性波孤石探测技术只利用单一类型波信号而无法实现全域探测的不足。该方法具体包括：选用中低频脉冲震源，八分量加速度传感器和姿态传感器组成接收探头，以及信号记录仪组成单孔多波信号采集系统；对同一孔中采集的数据进行旋转、合成、选排和波场分离；通过绕射速度分析，实施深度‑时间波形记录实施偏移成像；分别基于管波信号和反射波成像结果，联合解释得到以钻孔为中心的圆柱体空间中，孤石的尺度及空间展布信息。从而为隧道盾构施工及其他建筑工程建设中排除孤石影响，提供准确的地质信息。

技术领域

本发明涉及工程地质勘查技术领域，具体涉及一种基于多波的单孔孤石立体探测方法。

背景技术

孤石是指花岗岩和凝灰岩的不均匀风化所致而形成的孤立岩石体，其形状各异，粒径从亚米到米级不等。孤石在我国南方地区普片存在，广东、福建更为集中。孤石的存在不仅对隧道盾构掘进造成困难，而且会对盾构机刀片产生严重磨损，同时对施工作业区域地层造成强扰动，影响施工安全。此外，孤石的存在还容易造成边坡失稳、建筑基础差异沉降及桩基沉桩断桩等工程地质问题。因此查明孤石的空间分布对工程建设十分重要。

根据孤石与周围介质的物性参数差异，孤石探测方法主要有电阻率CT(Computertomograpy，层析成像)，弹性波(或声波)CT，电磁波CT和微动探测法。由于孤石和土层的速度、密度差异很大，因此，相比其他方法，弹性波(声波)探测法具有较好的物性基础。运用这些方法，既可以从隧道里进行超前探测，也可以从地面上进行探测。在地面上探测具有不中断盾构施工的优点，但由于地面干扰强，浅地表结构复杂，在地面上基于钻孔的探测方法的分辨率更高。相比两孔或多孔的孔间弹性波探测，单孔弹性波探测不需要大量钻孔，具有探测成本低，施工准备快的特点。近几年在声波测井技术的基础上单孔弹性波探测孔旁地质异常体的方法得到了快速发展，主要有管波探测、共振波探测和声波远探测等方法。

管波探测是利用一种沿着钻孔传播的瑞雷面波对孔旁溶洞、软弱夹层等不良地质体有效探测的方法。该方法只能对井旁极小小范围地质情况进行探测，不能对远孔区域进行探测，且该方法无法确定异常方位。共振波探测主要依赖地质异常体受激诱发的共振信号进行目标体的定位，因共振信号产生的条件较为严苛，且其能量极弱，很难在钻孔中接收并提取出共振信号。因此，这种方法尚未见较好的实际应用效果的文献报道。声波远探测方法主要用于油气田测井中，受不能破坏油气井井壁的限制，其采用压电陶瓷换能器发射的声波功率不能太高，且频率较高。由于孤石主要分布于沉积土层中，属于慢速地层，高频信号衰减快，探测距离不大。此外，该方法运用的信号源是反射波，根据其探测原理可知，其无法对近孔区域异常体成像不佳。

专利号为CN1245637C(03/2006)、CN102565848B(11/2015)、CN103558637B(01/2016)、CN105589103B(02/2018)、CN208000384U(10/2018)、CN105604557B(03/2018)、CN106324683A(01/2017)、CN105804763B(03/2017)、CN103790594B(02/2016)、CN108693249A(10/2018)、CN107065014A(08/2017)的中国专利。

李学文，等.管波及其工程应用.《物探与化探》，2005，第29卷(第5期)，第463-466页.

张玉池，等.管波探测方法在岩土工程中的应用.《工程勘察》，2010，增刊(第s1期)，第640-645页.

唐晓明，等.偶极横波远探测测井技术进展及其应用.《测井技术》，2013，第37卷(第4期)，第333-339页.

李国英，等.方位远探测反射声波成像测井仪器.《测井技术》，2018，第42卷(第2期)，第221-226页.