[发明专利]利用孔间声波层析成像技术探测岩性异常体的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种工程勘察及检测的方法及装置，特别是利用孔间声波层析成像技术探测岩性异常体的方法及装置。

背景技术

溶洞、断层破碎带、采空区等岩性异常体对水利水电、市政、交通等工程的建设会造成重大的安全隐患，需要使用各种勘探方法对这些岩性异常体进行探测，以便消除安全隐患。由于溶洞、断层破碎带、采空区等岩性异常体具有隐蔽性和不确定性，通过钻探进行勘探，不仅成本极高、效率低、局限性大、盲目性大，而且也难以调查出它们的大小、规模、分布范围。工程物探方法是调查岩性异常体的重要手段，可以弥补钻探的这些不足。国内外有关资料表明，勘探溶洞、断层破碎带、采空区等岩性异常体通常采取以物探为主，钻探验证相结合的方法。目前，主要的物探方法有: 地震映像法、地震反射波法、高密度电阻率法、地质雷达法、瞬变电磁法、电磁波CT（层析成像）法、声波CT法等，互有优缺点。

声波在不同类型的介质中具有不同的传播特征。当介质的成分、结构和密度等因素发生变化时，声波的传播速度、能量衰减及频谱成分等亦将发生相应变化，在弹性性质不同的介质分界面上还会发生波的折射和反射。因此，用声波仪探测声波在介质中的传播速度、振幅及频谱特征等，便可推断被测介质的结构和致密完整程度，从而对其作出评价，目前最常用的是波速测定。

用声波仪测试声源激发的声波在岩体中的传播情况，借以研究岩体的物理性质和构造特征的方法，称为声波探测，其声波频率一般为一千赫兹至几兆赫兹。由于声波的频率高、波长短、受岩石的吸收和散射比较严重，因此声波探测对岩体的了解较为细致，具有简便、快速、经济、便于重复测试、对测试的岩体无破坏作用等优点。声波探测已经是工程建设中应用最广泛、最有效的一种勘探手段，但现有声波探测的探测范围相对较小。

20世纪90年代以来，孔间声波层析技术逐步进入实用化阶段，其反映的是两个钻孔之间剖面上的地质特征，对各种工程探测的岩性异常体如岩溶、陷落柱、裂隙、裂缝、断裂破碎带、采空区软弱夹层、地下空洞和不明埋设物等具有很好的效果，对重点部位的剖面，利用层析技术反演该剖面波速场或吸收场，可以很好的判断和评价目标体。但现有设备的孔间声波穿透距离大多为3m～5m，极少有穿透距离在10m以上且具有较好的地质效果的设备，更谈不上30m以上。

目前，对岩性异常体进行探测时，运用传统方法存在成本高，效率低，探测具有局限性与盲目性等问题，不能够精确探测岩性异常体的大小、规模与分布范围；现有的声波探测设备存在穿透距离小、初至波不清淅、工作效率低、探测成本较高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于，提供利用孔间声波层析成像技术探测岩性异常体的方法及装置。本发明满足岩性异常体探测需求，且本发明的装置具有价格低廉、穿透距离大、初至波清晰、探测范围较大、探测结果精确的优点，在对岩性异常体进行探测时，可减少探测的次数，提高探测效率，降低探测成本。

本发明的技术方案：利用孔间声波层析成像技术探测岩性异常体的方法，该方法是通过声波对穿获取初至波信息，从而对岩性异常体进行探测。

前述的利用孔间声波层析成像技术探测岩性异常体的方法中，所述方法是将发射探头和接收探头分别放入注满水的发射钻孔与接收钻孔中，发射探头发射声波，接收探头接收声波，通过测定初至波到达的时间与波形数据，从而对岩性异常体进行探测。

前述的利用孔间声波层析成像技术探测岩性异常体的方法中，所述方法是通过电火花震源蓄积能量后，通过发射探头瞬间释放能量将周围的介质汽化产生声波，同时产生同步信号发送给主机，主机采集初至波到达接收探头的时间与波形数据，采集到的数据经CT处理软件进行处理，即可得出发射钻孔与接收钻孔之间的CT地质剖面图，通过观察发射钻孔与接收钻孔之间CT地质剖面图可以判断出岩性异常体的位置、空间分布和形态。

前述的利用孔间声波层析成像技术探测岩性异常体的方法中，所述方法是通过在孔间施测范围内划分多组规则的成像单元，实现透视空间离散化，并通过对各组成像单元的声波数据进行反演计算，重建出声波所扫描区域内的岩体波速分布，从而探测出岩性异常体的位置、空间分布和形态。

前述的利用孔间声波层析成像技术探测岩性异常体的方法中，所述CT处理软件包括正演模块、预处理模块和反演模块；所述正演模块用于构建正演模型，为反演模块提供验证支撑；预处理模块包括定点分组预处理、同步分组预处理和互换分组预处理三个子模块，用于对采集数据进行可视化拖拽编辑和数值编辑；反演模块用于孔间声波CT剖面成果图的生成、处理与结果输出，可为岩性异常体判断提供基础资料。