[发明专利]基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法

权利要求书

1.一种基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤1：结合探测区域的地质资料和钻探资料，采用高密度电法对目标区域进行整体探测，确认采空区岩溶地质体的整体位置；

步骤2：结合地震检波器，利用地质体震动信息中的散射波与反射波，对采空区岩溶地质体进行探测，对地震波射线进行追踪反演，重构地层波速数据模型，圈定小范围岩溶发育区域；

步骤3：将地震波法、高密度电法探测的地球物理探测结果和地质勘探结果作为先验信息，加入到高密度电法的反演方程中进行约束反演，得到采空区岩溶地质体及定位、范围及结构信息；

步骤4：制定三维可视的基于地球物理特征反演采空区岩溶地质体精细结构特征图。

2.根据权利要求1所述的基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，其特征在于所述步骤1的具体步骤如下：

步骤1.1：根据目标区域工程情况，对岩溶区域沿剖面布设2～4条高密度电法测线；

步骤1.2：对实测的电阻率剖面进行计算、分析、处理，即可获得地层中的电阻率分布情况，推断大范围、深部的岩溶及采空区的边界，获取岩溶区域的空间分布与整体位置。

3.根据权利要求2所述的基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，其特征在于所述步骤1.1中，测线分为60道，道间距保持3～5m，每条长度设180m，共计360～720m，沿着高密度电法测线钻孔，以各钻孔为观测点进行分别测试，得到各观测点的电阻率。

4.根据权利要求1所述的基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，其特征在于所述步骤2的具体步骤如下：

步骤2.1：在待探测区内布设检测系统，所述检测系统主要包括用于产生地震波的机械震源、用于采集地下震动信息的地震检波器、用于进行信号数字化和数据处理的主控机，在岩溶地质体区域布设多个地震检波器和机械震源，形成多条测线，机械震源激发产生地震波，地震检波器采集地下震动信息，即滤除杂波后的地下采空区和岩溶的散射波和反射波，计算获得散射波和反射波的能量分布谱，将其转变为电信号发送至地表上的主控机，主控机接收到地震检波器发送的地下震动信息，先将上述震动信息进行数字化，再对其进行延时校正、数据增益处理，即去除采集到的检测现场的干扰噪声信号，并对信息进行同步和增益放大，然后对初步处理之后生成的地震记录信息进行保存；

步骤2.2：主控机对散射波和反射波进行速度扫描，确定不同地段不同深度的围岩波速分布情况，对待探测区域地下散射波与反射波的偏移叠加能量求极值，递进改变波速计算叠加能量，当叠加能量取极值时对应的波速就是最佳波速；

步骤2.3：计算不同部位、不同速度对应的像点值，选取各部位的最大像点值对应的速度，得到各个深度岩石的最佳波速分布谱，根据偏移叠加后的图像来识别采空区岩溶地质体的位置、形态和力学性质。

5.根据权利要求4所述的基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，其特征在于所述步骤2.2中，不同部位的最佳波速计算公式如下：

其中，v为介质波速，为待求量，它反应介质的力学性状；h和x分别代表垂直方向和水平方向的距离，其中，h为距离地面的深度；x为水平方向的坐标。

6.根据权利要求4所述的基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，其特征在于所述步骤2.3中，若速度低，则代表岩石强度低、岩石破碎程度高，该区域为采空区或者岩溶区；若速度高，则代表岩石强度高、岩石坚硬、完整度好。

7.一种基于地球物理电磁特征的采空区岩溶空间探测系统，其特征在于所述系统用于实现权利要求1-6任一项所述基于地球物理场电磁特征反演岩溶地质体空间结构的方法，所述系统包括高密度电阻率法模块、地震波探测模块和反演推算模块，其中：

所述高密度电法模块用于对目标区域进行整体探测，以圈定采空区岩溶地质体的大范围整体位置；

所述地震波探测模块用于对采空区岩溶地质体进行小范围探测，综合利用散射波和反射波，以获取小范围内岩溶地质体的发育范围、规模及基岩面起伏形态，准确获取小范围内岩溶发育区域；

所述反演推算模块用于将地震波法、高密度电法探测的地球物理探测结果和地质勘探结果作为先验信息，加入到地表高密度电法的反演方程中进行约束反演，得到岩溶的精确位置、精确规模及埋深。