[发明专利]低密度电性重建数据体混合权重约束反演成像方法

说明书

本发明公开了一种低密度电性重建数据体混合权重约束反演成像方法：在井下工作面部署电法监测系统；对观测区域建立反演网格；确定观测点权重；确定深度权重；将观测点权重和深度权重进行融合形成混合权重；构建对角矩阵作为混合权重矩阵；对目标函数施加先验约束信息；对施加了先验约束的目标函数进行线性化和最小化得到施加混合权重约束的模型更新公式，为施加混合权重约束的反演问题；利用反演算法对施加混合权重约束的反演问题求解，实现对煤矿井下低密度电性重建数据体的三维反演成像。本发明通过施加基于观测点权重和深度权重形成的混合权重来改善反演结果沿工作面倾向和深度方向的成像分辨率，提升成像结果对深部异常的分辨能力。

技术领域

本发明涉及一种矿井物探数据成像方法，属于矿井物探领域，具体涉及一种低密度电性重建数据体混合权重约束反演成像方法。

背景技术

《煤矿防治水细则》规定，矿井水文地质勘探应当采用多种物探方法进行综合勘探，水文勘探主要以电法勘探为主。作为水文地质信息透明化的一种重要手段，电法勘探根据异常地质体与围岩间的电性差异来探测识别异常区域，对岩石含水性变化导致的低阻异常较为敏感，其中直流电阻率法可以根据探测目标的不同灵活地改变电极阵列布设方式，因此在煤矿井下水害防治中得到了广泛的应用。

直流电阻率法基于几何测深的原理，通过改变收发距实现对不同深度电性异常的探测，该方法在煤矿井下的应用过程中发展出了众多的观测方式，其中电剖面法和电透视法是在煤矿井下较为常见的两种观测方式。电剖面法一般在工作面一侧的巷道中布置若干电极，逐个对电极进行供电，其中一个供电电极发射信号时，其余的电极都作为接收电极观测、记录对应的电压数据，电压数据可以通过计算进一步转化为视电阻率，通过特殊的数据排列可以获得视电阻率拟断面图，对电压数据进行二维反演可以进一步获得测线下方的电阻率剖面。电透视法一般在工作面运输巷和回风巷中展开探测，在一条巷道中布置若干发射电极，在与其相对的另一条巷道中布置若干接收电极，逐个对发射电极供电并用接收电极观测、记录穿透工作面的电压数据，然后将两条巷道的电极互换再进行一遍发射和接收，对接收所得的电压数据进行CT成像或电阻率反演成像可以获得探测区域内的电阻率分布情况。电剖面法和电透视法都通过圈定电阻率异常区对探测区域内的异常地质构造进行分析解释。对煤矿井下的工作面而言，利用巷道进行直流电阻率法数据采集，无论采用何种观测方式，都只能利用工作面周围的巷道布置测线，相对地面的高密度电法而言，获得的电性重建数据体密度极低。

随着煤矿智能化建设对井下地质信息透明化的需求日益迫切，电阻率反演成像方法逐渐成为矿井直流电阻率法数据处理解释的重要手段。然而，由于煤矿井下观测空间受限，开展矿井直流电阻率法勘探获得的电性重建数据体密度较低，导致反演结果的多解性问题在煤矿井下的应用中显得尤为突出。鲁晶津(2016)在论文“煤矿井下含/导水构造三维电阻率反演成像技术”中指出，双巷道透视观测系统反演所得低阻区域呈条带状，并通过建立多巷道观测系统改善成像分辨率。然而，多巷道观测系统受煤矿井下观测空间限制，在工程实践中一般难以实现。李毛飞等(2022)在论文“矿井直流电透视底板探测及三维反演解释”中指出电透视法探测结果仅能给出工作面水害隐患的水平位置，无法准确得到异常顶、底界面。电透视法由于跨巷道观测，其收发距受到工作面倾向宽度的制约变化范围有限，难以区分异常体的深度变化，因此成像结果对异常体在深度方向的空间位置和展布范围分辨率较差。

多解性问题是电阻率反演的固有难题，一般在模型正则化约束的基础上，通过施加先验信息约束的方法来尽可能地降低多解性。先验信息一般基于电性参数的物理变化规律，或者来自于地质推断或其他地球物理勘探方法获得的异常体信息等。为了降低利用煤矿井下低密度电性重建数据体进行电阻率反演的多解性，亟需针对煤矿井下低密度电性重建数据体，对电阻率反演过程施加合适的先验信息加以约束，提高反演结果对异常体空间位置和展布范围的成像分辨率。

发明内容