基于音频大地电磁法的艰险山区大跨度硐室阵列勘察方法与流程

本发明涉及地球物理勘探，特别涉及一种基于音频大地电磁法的艰险山区大跨度硐室阵列勘察方法。

背景技术：

1、目前，地铁车站采取较密的浅孔钻探来确保地质勘察精度，场地开阔的城市地形给钻探提供了有利条件，艰险山区地形和地质条件较城市地区复杂多变，钻探勘察条件极为困难，针对山区复杂多变的情况，采用物探勘察实施更为有利。艰险山区地形地质条件复杂区域，且钻探条件极为有限，目前一般采用地面物探进行控制性剖面勘察，利用形成的二维物探电性剖面来判译地质条件，实际上地质体均以三维的形态附存，在地下硐室施工过程中，往往由于断层、蚀变带、岩溶管道或溶蚀裂隙等复杂地质体的空间展布不清，硐室施工揭示地质体情况与原设计变化较大。构造复杂山区地质体几何形态不规则，比如断层是由宽度、走向、倾向及倾角等多维度基本参数确定，而硐室，尤其是大跨度硐室与断层相交时，会出现在同一掌子面上不同部位、不同程度的揭示断层，设计仅依据地质剖面上标识的二维断层构造，施工过程中往往会遭遇掌子面揭示断层不准确，难以预测的断层突涌水或塌方可能会给硐室施工带来较大的危害。为此，探明地质体结构的空间展布是十分必要的，但地质体结构几何形态复杂多变，仅通过有限的钻探实现全面控制是难以实现的，尤其是艰险山区钻探实施难度大、安全隐患高、成本畸高。

2、国外在矿产资源勘察领域较早的采用区域重磁三维反演和可视化技术，阵列电磁系统在探矿领域也有所应用，国内的在矿产资源勘察行业一般较多的采用三维反射地震和航磁来查明目标矿体的空间分布，但基于音频大地电磁法阵列勘察以及三维电阻率构建方面仍较为罕见。铁路行业勘察至今，尚未形成地面物探的阵列勘察及三维电阻率构建成套体系，甚至在铁路行业内还未引入物探阵列三维勘察的思路。

3、国内在川藏铁路勘察过程中首次引入了航空电磁法，可根据测线二维数据联维数据，为处于复杂地形地质条件下的隧道选线提供了有力支撑，航空物探是一种使用大型直升机的非接触式物探方法，可用于线路左右2km宽的廊道内地质选线，但与接触式物探相比，仍存在成本畸高、精度较差的明显不足，故将航空物探用于大跨度硐室段的勘察并不是理想的选择。

4、在cn111965712a中公开了一种校正可控源音频大地电磁法静态效应的方法，该方法包括：沿可控源音频大地电磁法(csamt法)测线方向，以测点为四极法的测量中心进行中心对称布线的浅层大地电阻率四极法勘探，通过对四极法测量取得的大地电阻率数据进行反演，从而获得表层土壤的等效层状大地电阻率分布，并基于这一浅层大地模型用来校正csamt的静态效应。该方法是以二维单条测线的采集方式为主，来获得表层土壤的电阻率，勘探深度较浅。

技术实现思路

1、为了克服现有的艰险山区大跨度硐室勘察中所存在的钻探难度大，航空电磁精度差，成本高等问题，本发明提供了一种能够高效、全面地获取艰险山区大跨度硐室的地下地质体结构的基于音频大地电磁法的阵列勘察方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种基于音频大地电磁法的艰险山区大跨度硐室阵列勘察方法，所述方法包括：

4、获取目标硐室的第一边长和第二边长，所述第一边长的长度大于所述第二边长；

5、确定目标硐室的中线，所述中线与所述第一边长平行；

6、根据所述中线和所述第二边长，生成目标硐室的测线几何阵列；

7、其中，所述测线几何阵列包括测线和测点；

8、所述测线包括中央测线，所述中央测线沿所述中线布置，并在两端延伸预设长度，其余测线与所述中央测线对称布置，每条测线之间的间距与所述第二边长相等；

9、所述测点沿所述测线等距布置，所述测点之间的间距与所述第二边长相等；

10、根据所述测线几何阵列上的测点布置物探采集点，并按照测试深度通过所述物探采集点使用音频大地电磁法获取目标硐室的电阻率。

11、一般而言，上述第一边长为目标硐室的长度，第二边长为目标硐室的宽度，本发明提供的勘察方法确保测点在横向、纵向的间距均与目标硐室的宽度等同，达到测点分布均匀的目的，一方面实现了采用此测点间距获取的物探数据精度满足大跨度硐室的结构尺寸，为电阻率三维联合反演提供的电阻率节点分布均匀，反应地质结构更为精确；另一方面测点数量是物探计价的重要内容，通过本发明的测点布置方式在保证物探数据的质量和精度的同时，还能节约物探成本。

12、进一步地，本发明通过设置测线延伸预设长度，确保延伸范围内有测点，克服了测线两端物探数据边缘效应的不利影响，能够消除后续的三维电阻率构建的边界效应对硐室范围内物探数据精度的影响。

13、根据一种具体的实施方式，上述勘察方法中，所述测线共设置五条。

14、根据一种具体的实施方式，上述勘察方法中，所述预设长度为所述第二边长的两倍。延伸预设长度是根据硐室结构尺寸来确定的，实现消除边缘效应的同时选择合适的测线长度，从而节约成本。

15、根据一种具体的实施方式，上述勘察方法中，按照测试深度通过所述物探采集点使用音频大地电磁法获取目标硐室的电阻率，计算公式为：

16、

17、

18、其中，h为测试深度，ρa为视电阻率，ω为角频率，μ为真空磁导率，ρ为电阻率，电阻率的计算采用bositck反演。

19、根据一种具体的实施方式，上述勘察方法中，所述测试深度包括目标硐室的最大埋深，以及预设深度，所述预设深度为所述第二边长的三倍。

20、根据一种具体的实施方式，上述勘察方法中，所述方法还包括：

21、根据每个测点获取到的目标硐室的电阻率形成测线剖面电阻率，联合反演每条测线的测线剖面电阻率，获取目标硐室的三维电阻率模型。所述三维电阻模型能更全面、直观的判译地质体空间形态，同时能基于不同的需求提取任意剖面的电阻率，便于地质解译及设计工作开展，能够更为真实反应地质体空间结构，为艰险山区大跨度硐室的设计提供更为准确的地质资料，与常规的高密度钻探勘察相比，具有高效率、低成本、更安全的优点。

22、根据一种具体的实施方式，上述勘察方法中，所述联合反演包括：

23、根据所述测线剖面电阻率提取电阻率属性特征值，根据所述电阻率属性特征值采用插值算法，生成三维电阻率模型。

24、根据一种具体的实施方式，上述勘察方法中，所述插值算法采用克里金插值法。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果：

26、本发明提供的勘察方法确保测点在横向、纵向的间距均与目标硐室的宽度等同，达到测点分布均匀的目的，一方面实现了采用此测点间距获取的物探数据精度满足大跨度硐室的结构尺寸，为电阻率三维联合反演提供的电阻率节点分布均匀，反应地质结构更为精确；另一方面测点数量是物探计价的重要内容，通过本发明的测点布置方式在保证物探数据的质量和精度的同时，还能节约物探成本。同时，本发明通过设置测线延伸预设长度，确保延伸范围内有测点，克服了测线两端物探数据边缘效应的不利影响，能够消除后续的三维电阻率构建的边界效应对硐室范围内物探数据精度的影响。