[发明专利]一种隧道超前地质预报瞬变电磁响应的金属干扰消除方法

说明书

一种隧道超前地质预报瞬变电磁响应的金属干扰消除方法，包括如下步骤：(1)通过现场试验获取隧道背景场以及金属体与探测线圈不同耦合情况下的瞬变电磁响应值；(2)分别计算步骤(1)中两种瞬变电磁响应的电阻极限值，并进一步求取金属体与探测线圈不同耦合情况下的电阻极限函数；(3)求取各测点低阻地质异常体瞬变电磁响应的电阻极限值；(4)以低阻地质异常体电阻极限值为特征值建立反演目标函数，求解计算低阻地质异常体的埋深及大小。本发明能够有效剔除金属体对瞬变电磁法探测结果的干扰，减少误判、提高隧道地质预报精度。

技术领域

本发明涉及隧道空间瞬变电磁法探测领域，尤其涉及一种隧道超前地质预报瞬变电磁响应的金属干扰消除方法。

背景技术

隧道开挖时掌子面前方经常会遇见富水断层、充水溶洞等低阻不良地质体，它们是隧道施工过程中重要安全隐患。成功预测掌子面前方低阻不良地质体成为保障隧道安全施工的重要措施，为此人们将瞬变电磁法引入到隧道超前地质预报中。然而隧道空间探测环境复杂，往往存在大量金属干扰体，已有研究表明这些金属体对探测数据及解译结果有较大的影响，有时甚至会导致误判。

目前，已有部分学者针对矿井瞬变电磁法金属干扰体进行了研究，但已有方法现场应用时仍存在局限性，如：对于给定的金属体和探测装置，金属体的瞬变电磁响应时间谱还取决于其与线圈的耦合情况；当有多个低阻体时，各个低阻体之间存在互感作用，瞬变电磁响应值并非单个低阻体的简单加减；屏蔽探头只适合中心回线，对地质异常响应较强的重叠回线不适合，且由于磁场线为闭合曲线，接收磁探头对后方信号的屏蔽效果还有待进一步验证。故需要一套有效的金属干扰消除方法，分离出低阻异常体的响应信号，准确反演低阻地质异常体位置及大小，对提高瞬变电磁法隧道超前地质预报精度具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，利用不同导体电阻极限值可简单加减的特点，提供了一种隧道超前地质预报瞬变电磁响应的金属干扰消除方法，从而有效剔除金属体对瞬变电磁法探测结果的干扰，减少误判、提高隧道地质预报精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种隧道超前地质预报瞬变电磁响应的金属干扰消除方法，包括以下步骤：

(1)通过现场试验获取隧道背景场以及金属体与探测线圈不同耦合情况下的瞬变电磁响应值；

(2)分别计算步骤(1)中两种瞬变电磁响应的电阻极限值，并进一步求取金属体与探测线圈不同耦合情况下的电阻极限函数；

瞬变电磁响应的电阻极限值计算方法，包括：

首先按式(1)对瞬变电磁响应值进行拟合，计算各展开指数项的振幅系数A_j与时间常数τ_j，然后按式(2)计算各测点电阻极限值。

式中t_i为不同采样时刻，V_i为不同时刻所采集的感应电压值；

式中，RL表示电阻极限值，j为所展开的项数；

所述展开指数项项数取10项，即可满足拟合精度要求；

所述电阻极限函数采用指数函数形式拟合求取；

(3)求取各测点低阻地质异常体瞬变电磁响应的电阻极限值；

(4)以低阻地质异常体电阻极限值为特征值建立反演目标函数，求解计算低阻地质异常体的埋深及大小，

所述反演目标函数是根据低阻地质异常体瞬变电磁响应的电阻极限解析式建立，其形式如下：