CN110320576A - 超前地质预报方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的超前地质预报方法、装置及存储介质，利用音频大地电磁法(AMT)对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域；利用地震反射波法(TSP)对所述第一区域进行探测，得到第一探测结果；所述第一探测结果表征所述第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态；确定所述第一探测结果满足第一条件时，利用包含三维扇形瞬变电磁法(3D‑STEM)的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果；根据所述第二探测结果进行地质预报。

Description

超前地质预报方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，具体涉及一种超前地质预报方法、装置及存储介质。

背景技术

超前地质预报是利用物探、掌子面素描和钻探等手段探测隧道、地下厂房等地下工程的岩土体开挖面前方的地质情况，力图在施工前掌握前方的岩土体结构、性质、状态，以及地下水、瓦斯等的赋存情况、地应力情况等地质信息，为进一步的施工提供指导，以避免施工及运营过程中发生涌水、岩爆、大变形等等地质灾害，保证施工的安全和顺利进行。

然而，由于基岩裂隙水(基岩裂隙水为地下水的一种)在空间规模和速度阻抗差异方面均比较小，相关技术中对裂隙水的预报存在精度低及漏报的问题。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提出一种超前地质预报方法、装置、电子设备及存储介质，至少能够在一定程度上提高裂隙水预报的精度并减少裂隙水预报的漏报。

本发明实施例提供了一种超前地质预报方法，包括：

利用音频大地电磁法(AMT，audiomagnetotelluric method)对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域；

利用地震反射波法(TSP，temblor reflected wave method)对所述第一区域进行探测，得到第一探测结果；所述第一探测结果表征所述第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态；

确定所述第一探测结果满足第一条件时，利用包含三维扇形瞬变电磁法(3D-STEM，three-dimensional sector transient electromagnetic methods)的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果；

根据所述第二探测结果进行地质预报。

上述方案中，所述利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果，包括：

利用3D-STEM对所述第一区域进行探测，得到第三探测结果；所述第三探测结果表征所述第一区域中的第二距离段内的裂隙水的状态；所述第二距离小于所述第一距离；

利用地质雷达法(GPR，geological radar method)对所述第一区域进行探测，得到第四探测结果；所述第四探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第二距离；

确定所述第四探测结果满足第二条件时，将所述第四探测结果作为第二探测结果。

上述方案中，所述利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果，包括：

利用3D-STEM对所述第一区域进行探测，得到第三探测结果；所述第三探测结果表征所述第一区域中的第二距离段内的裂隙水的状态；所述第二距离小于所述第一距离；

利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第四探测结果；所述第四探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第二距离；

确定所述第四探测结果不满足第二条件时，利用钻探法对所述第一区域进行探测，将所述钻探法探测的结果作为第二探测结果。

上述方案中，所述方法还包括：

确定所述第一探测结果不满足第一条件时，利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第五探测结果；所述第五探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第一距离；

确定所述第五探测结果满足第三条件时，将所述第五探测结果作为第二探测结果。

上述方案中，所述方法还包括：

确定所述第一探测结果不满足第一条件时，利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第五探测结果；所述第五探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第一距离；

确定所述第五探测结果不满足第三条件时，利用钻探法对所述第一区域进行探测，将所述钻探法探测的结果作为第二探测结果。

上述方案中，所述利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域，包括：

将所述待探测地质划分为多个断面；所述多个断面间连续；

利用AMT对所述多个断面进行探测，得到所述多个断面的探测结果；

利用得到的所述多个断面的探测结果，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域。

上述方案中，所述利用AMT对所述多个断面进行探测，得到所述多个断面的探测结果，包括：

利用AMT对所述多个断面进行探测，获取所述多个断面内的电阻率分布情况；

根据获取的所述多个断面内的电阻率分布情况，得到所述多个断面的探测结果。

上述方案中，所述利用3D-STEM对所述第一区域中的第一距离段内的地质进行探测，得到第三探测结果，包括：

利用3D-STEM对所述第一区域中的第一距离段内的地质掌子面正前方及四周进行探测，获取所述掌子面正前方及四周的电阻率分布情况；

根据获取的掌子面正前方及四周的电阻率分布情况，得到第三探测结果。

上述方案中，在所述利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域之前，所述方法还包括：

获取所述待探测地质的调查与分析数据，得到所述待探测地质的地质情况；

确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域时，所述方法包括：

利用AMT对待探测地质进行探测，并结合得到的地质情况，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域。

本发明实施例还提供了一种超前地质预报装置，包括：

确定单元，用于利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域；

第一探测单元，用于利用地TSP对所述第一区域进行探测，得到第一探测结果；所述第一探测结果表征所述第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态；

第二探测单元，用于确定所述第一探测结果满足第一条件时，利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果；

预报单元，用于根据所述第二探测结果进行地质预报。

本发明实施例又提供了一种超前地质预报装置，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器；

其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行时实现上述任一方法的步骤。

本发明实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述方法的步骤。

本发明实施例提供的超前地质预报方法、装置及存储介质，利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域；利用TSP对所述第一区域进行探测，得到第一探测结果；所述第一探测结果表征所述第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态；确定所述第一探测结果满足第一条件时，利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果；根据所述第二探测结果进行地质预报。本发明实施例中，首先利用AMT确定出待探测地质疑似存在裂隙水的区域，并且由于AMT勘探属于体积勘探，探测到的裂隙水的异常规模大于实际规模，因此能够有效地防止裂隙水预报的漏报；然后对疑似存在裂隙水的区域还进一步采用了包含3D-STEM的探测策略进行探测，并且由于3D-STEM对裂隙水的识别能力强且对裂隙水空间分别预报精度高，因此提高了裂隙水的预报精确性。

附图说明

图1为本发明实施例超前地质预报方法的实现流程示意图；

图2为本发明实施例中利用AMT对待探测地质进行岩体破碎程度的分析的实现流程示意图；

图3a为本发明实施例中3D-STEM设计的探测扇形段面示意图一；

图3b为本发明实施例中3D-STEM设计的探测扇形段面示意图二；

图3c为本发明实施例中3D-STEM设计的探测扇形段面示意图三；

图3d为本发明实施例中3D-STEM设计的探测扇形段面示意图四；

图3e为本发明实施例中3D-STEM设计的探测扇形段面示意图五；

图3f为本发明实施例中3D-STEM设计的探测扇形段面示意图六；

图4为本发明实施例中3D-STEM在三维空间数据点的示意图；

图5为本发明应用实施例中适用于裂隙水的“七步法”超前地质预报方案的实现流程示意图；

图6为本发明实施例超前地质预报装置的结构示意图；

图7为本发明实施例超前地质预报装置的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例中的待探测地质可以包括隧道，但不限于此。

在相关技术中，一般采用远距离的TSP和近距离的GPR组合开展超前地质预报工作。TSP可以探测到围岩速度阻抗的变化，通过探测结果预报开挖面前方围岩的岩性变化、构造发育、结构特征和力学强度等力学要素，对断层、软弱带、破碎体的反映敏感；GPR对围岩的含水情况反映比较敏感，但探测距离较短，通常在30m以内。由于基岩裂隙水在空间规模和速度阻抗差异方面均比较小，因此TSP对裂隙水预报精度低，容易漏报，从而导致施工及运营过程中发生突泥、涌水等病害事故。

在相关技术中，还存在四阶段综合定量超前地质预报体系的预测方案，四阶段综合定量超前地质预报体系首先以地质分析为先导，然后对溶洞、断层、含水体等采用远距离、中距离、近距离的探测方法开展综合预报。四阶段综合定量超前地质预报体系以常规不良地质体为对象，缺乏大范围内对基岩裂隙水走向的预测，预报精度有限。

裂隙水富存于基岩裂隙中，裂隙水具有：较小波阻抗物性差异、窄带状三维空间分布和时变性(随隧道开挖应力变化后裂隙状态发生变化)三个方面的特征。这三个特征使得裂隙水超前地质预报相较于其他地质问题的预报而言更为困难。

基于此，本发明的各实施例中，针对基岩裂隙水的波阻抗物性差异较小的特征，引入了适用于地质表面的AMT和适用于地质内部的3D-STEM，即从两个方面不同尺度进行控制，以避免单独采用的TSP对波阻抗物性差异敏感度较低的问题；针对基岩裂隙水的窄带状三维空间分布的特征，引入了较常规TEM具有更广勘探范围的3D-STEM，采用3D-STEM，可以避免常规TEM仅能获得掌子面正前方有限空间的数据(在掌子面采用相互平行的垂直于掌子面的采集方式)，不利于裂隙空间分布形态的圈定，降低预报精度的问题；针对基岩裂隙水的时变性的特征，至少采用了AMT、远距离的TSP以及包含中距离3D-STEM的探测策略相结合的全空间、多属性、多尺度综合手段在全时间上进行预报。

本发明实施例提供一种超前地质预报方法，如图1所示，包括以下步骤：

S101：利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域；

S102：利用TSP对所述第一区域进行探测，得到第一探测结果；所述第一探测结果表征所述第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态；

S103：确定所述第一探测结果满足第一条件时，利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果；

S104：根据所述第二探测结果进行地质预报。

在步骤S101中，AMT的基本原理是：利用音频大地电磁场作为场源，观测互相垂直的两个方向上若干频率的电场和磁场之比，通过研究地电断面的变化，来解决寻找水和研究地质构造有关的地质问题。实际应用时，AMT通常在地表进行数据采集，具体到隧道超前地质预报时，通过分析隧道洞身范围的数据，可获得隧道断面内的电阻率分布情况。

本领域技术人员可以理解的是，根据岩石组分和结构的不同，在完整(或称为，未被破坏)的情况下，不同的岩层具备不同的电阻率特征，岩石的电阻率变化在一定范围内恒定。当岩层遭到破坏，比如出现裂隙、破碎等情况时，地下水可以渗入裂隙、破碎等地质构造中。因此，通过AMT，能够实现对超前地质预报的宏观指导性作用，即能够通过对待探测地质中岩体破碎程度的分析来预测待探测地质中疑似存在裂隙水的区域。

实际应用时，为了使确定出疑似存在裂隙水的区域无遗漏，利用AMT对待探测地质进行探测时，获得的探测结果必须为待测隧道的所有断面的结果，即需要对待探测地质进行全范围的探测。

基于此，在一实施例中，所述利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域，包括：

将所述待探测地质划分为多个断面；所述多个断面间连续；

利用AMT对所述多个断面进行探测，得到所述多个断面的探测结果；

利用得到的所述多个断面的探测结果，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域。

在一实施例中，所述利用AMT对所述多个断面进行探测，得到所述多个断面的探测结果，包括：

利用AMT对所述多个断面进行探测，获取所述多个断面内的电阻率分布情况；

根据获取的所述多个断面内的电阻率分布情况，得到所述多个断面的探测结果。

实际应用时，如图2所示，利用AMT对待探测地质进行岩体破碎程度的分析的流程包括：首先，针对探测的每个断面的音频大地电磁数据进行数据预处理(这里，预处理可以包括噪声压制、时间序列筛选、有效频率抽取、静态校正、地形校正、二维反演)得到每个断面的电阻率分布情况(这里，电阻率分布情况包括视电阻率、阻抗相位)；然后，根据地表电阻率或测井电阻率等辅助资料计算相位递推电阻率(相位递推电阻率在数值上逼近岩层真电阻率)，最后结合岩石电阻率得到岩体孔隙度和岩体完整性系数Kr。其中，岩体完整性系数Kr与岩体基本质量密切相关，直接反映了岩体的完整程度，因此可采用岩体完整性系数Kr作为单一指标进行岩体破碎程度的分析。表1示出了一般的岩体破碎程度的分析情况，即示出了岩体完整性系数Kr的分级。此时，可以根据岩体破碎程度的分析确定出所述待探测地质中疑似存在裂隙水的区域，如将岩体质量分级在Ⅲ级以上的区域(出现破碎的区域)确定为疑似存在裂隙水的区域。

表1

需要说明的是：待探测地质中出现破碎的岩体区域不一定存有裂隙水，但是存有裂隙水的区域的岩体一定出现了一定程度的破损，因此，AMT探测到的裂隙水的异常规模大于实际规模。

实际应用时，电阻率在端面的宏观电性特征应考虑实际地质背景，并与实际地质背景相吻合，因此需要结合前期地质调查、钻孔资料等进行综合评估。

基于此，在一实施例中，在所述利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域之前，所述方法还可以包括：

获取所述待探测地质的调查与分析数据，得到所述待探测地质的地质情况；

确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域时，所述方法包括：

利用AMT对待探测地质进行探测，并结合得到的地质情况，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域。

在步骤S102中，TSP的基本原理是：在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面(即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等)，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，从而探测掌子面前方岩体信息，达到预报的目的。

这里，TSP为超前预测方法中测量距离相对较远的一种探测方式，相较于TEM及GPR，TSP为远距离超前预测方法。所述第一距离相较GPR，TSP等预测方法的探测距离更远，可达到150m。这里，利用TSP对所述第一区域进行探测，可以得到待探测地质150m以内裂隙水等地质构造的识别与定位。

需要说明的是，在确定第一区域时，需要根据第一距离进行一定的调整，如可以将岩体破碎程度的分级处于Ⅲ级以上的区域作为为圆心，并基于确定的圆心，以第一距离为半径的区域确定为第一区域。

在步骤S103中，所述第一条件表征所述第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态异常。这里，将裂隙水会对工程施工或完工后的运营困难造成影响的状态称为异常。如，当裂隙水的含水量过高时，可能对工程施工或完工后运营的安全造成影响。

这里，在确定第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态异常时，需要进一步利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测。所述3D-STEM是对TEM进行改良后的探测方法。

TEM是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测法，TEM的基本原理是：利用不接地回线(磁源)或者接地电极(电偶源)向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲激励作用下，地下地质体产生的感应电流又将会激励起随时间变化的感应电磁场，即二次场，在脉冲的间歇期间，利用回线或接地电极接收感应二次场(或称为响应场)，通过对接收资料的处理、分析和解释，从而达到探测地下地质情况的目的。根据发射和接受线圈形成的装置不同可分为中心回线、偶极等方式，其中采用中心回线装置时可变动线圈的角度形成扇形的数据采集方式，这里将采用扇形的数据采集方式的TEM称为STEM。

通常的TEM都是基于隧道掌子面的单点数据采集方式，仅是一个或者两个断面的测量，依据二维视电阻率断面解释测线前方的地质异常情况，无法准确定位掌子面前方不良地质体的空间范围。

而3D-STEM，是在TEM的基础上，在隧道掌子面前方以多方向、多角度的扇形采集方式进行探测，可获取掌子面前方及四周更大范围内的电阻率分布特征，进而可以更精确的确定裂隙水在全空间的分布特征。

本发明实施例提供的超前地质预报方法，利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域；利用TSP对所述第一区域进行探测，得到第一探测结果；所述第一探测结果表征所述第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态；确定所述第一探测结果满足第一条件时，利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果；根据所述第二探测结果进行地质预报。本发明实施例中，首先利用AMT确定出待探测地质疑似存在裂隙水的区域，并且由于AMT勘探属于体积勘探，探测到的裂隙水的异常规模大于实际规模，因此能够有效的防止漏报；然后对疑似存在裂隙水的区域还进一步采用了包含3D-STEM的探测策略进行探测，并且由于3D-STEM对裂隙水的识别能力强且对裂隙水空间分别预报精度高，因此提高了裂隙水的预报精确性。

实际应用时，步骤S103可根据实际情况调整相应的探测策略。

基于此，在一实施例中，所述利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果，包括：

利用3D-STEM对所述第一区域进行探测，得到第三探测结果；所述第三探测结果表征所述第一区域中的第二距离段内的裂隙水的状态；所述第二距离小于所述第一距离；

利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第四探测结果；所述第四探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第二距离；

确定所述第四探测结果满足第二条件时，将所述第四探测结果作为第二探测结果。

在一实施例中，所述利用3D-STEM对所述第一区域中的第一距离段内的地质进行探测，得到第三探测结果，包括：

利用3D-STEM对所述第一区域中的第一距离段内的地质掌子面正前方及四周进行探测，获取所述掌子面正前方及四周的电阻率分布情况；

根据获取的掌子面正前方及四周的电阻率分布情况，得到第三探测结果。

实际应用时，待探测地质以隧道为例。基于多匝小回线收发线圈，发射使用2m边长、20匝的多芯铜线，接收使用磁探头，在隧道掌子面后方1m的轨面中心线上方1m左右进行多方向、多角度的扇形断面探测隧道掌子面前方80m、洞轴线周围30m岩体内的含水区域，探测方向设计如表2(剖面命名中V和H代表“垂直”和“水平”含义，数值代表夹角(下负上正，左负右正)，设计的探测扇形段面如图3a～3f(图3a～3f涉及待探测地质掌子面正前方及四周)、经坐标转换后的三维空间数据点如图4。

表2

将常规的二维扇形坐标转换成三维立体坐标，如图4所示(x轴表示隧道掌子面的水平左右方向，单位：m；Y轴表示隧道掌子面沿隧道开挖方向，单位：m；Z轴表示隧道掌子面垂直方向，单位：m)。将每个点的深度-视电阻值换算成对应的扇形坐标系对应的位置，然后把多个扇面的数据离散化到对应的三维空间中。即，将从时深反演处理得到的视电阻率深度数据转换成三维笛卡尔坐标系下的散点数据。将三维笛卡尔坐标系下的散点数据导入通用三维显示软件进行显示，如，采用Voxler软件，并利用Voxler软件的Gridder插值模块对所获得的离散数据点进行插值处理，然后在三维空间内对数据进行网格化处理，最后基于所获得的网格化数据在三维空间内进行出图。通过该软件的旋转功能，可以更好地显示异常体的位置及范围，从不同角度研究异常体的分布。

这里，3D-STEM的探测距离处于TSP及GPR之间，是一种中距离超前预测方法。所述第二距离，处于TSP及GPR等预测方法的探测距离之间，大概为80m。这里，利用3D-STEM对所述第一区域进行探测，可以得到待探测地质80m以内裂隙水等地质构造的识别与定位。

实际应用时，还可以利用3D-STEM对TSP确定的裂隙水异常地带进行探测，以提高探测的效率。

在进行3D-STEM探测后还需要进一步使用GPR进行探测。

这里，所述GPR的基本原理是：利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，由掌子面通过发射天线向前发射，当遇到异常地质体或介质分界面时发生反射并返回，被接收天线接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。根据接收到的电磁波特征，即波的旅行时间、幅度、频率和波形等，通过雷达图像的处理和分析，可确定掌子面前方近距离界面或目标体的空间位置或结构特征。

GPR为超前预测方法中测量距离相对较近的一种探测方式，相较于TSP及3D-STEM，GPR为近距离超前预测方法。所述第三距离，相较TSP及3D-STEM等预测方法的探测距离更近，大概为30m。这里，利用GPR对所述第一区域进行探测，可以得到待探测地质30m以内裂隙水等地质构造的识别与定位。

实际应用时，还可以利用GPR对3D-STEM确定的裂隙水异常地带进行探测，以提高探测的效率。

这里，所述第二条件表征所述第一区域中的第二距离段内的裂隙水的状态正常。这里，将裂隙水不会对工程施工或完工后运营的安全造成影响的状态称为正常。如，当裂隙水的含水量较小时，不会对工程施工或完工后运营的安全造成影响。

此时，待探测地质30m以内裂隙水的状态正常时，将正常结果作为预报的结果。

其中，在一实施例中，确定所述第四探测结果不满足第二条件时，利用钻探法对所述第一区域进行探测，将所述钻探法探测的结果作为第二探测结果。

这里，当待探测地质30m以内裂隙水的状态异常时，需要进一步采用钻探法对所述第一区域进行超前水平钻探，并对超前水平钻有突水的钻孔进行孔内摄像作业，确认30m范围内的裂隙水发育情况。

实际应用时，还可以利用钻探法对GPR确定出的异常区域地带进行探测，以提高探测的效率。

此时，将钻探法探测的结果作为预报的结果。

在一实施例中，所述方法还包括：

确定所述第一探测结果不满足第一条件时，利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第五探测结果；所述第五探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第一距离；

确定所述第五探测结果满足第三条件时，将所述第五探测结果作为第二探测结果。

这里，在确定第一区域中的第一距离段内的裂隙水的含水量状态正常时，可以进一步利用GPR对所述第一区域进行探测。

这里，利用GPR对待探测地质进行探测的具体实施过程与前述的相同。

这里，所述第三条件表征所述第一区域中的第三距离段内的裂隙水的状态正常。这里，将裂隙水不会对工程施工或完工后运营的安全造成影响的状态称为正常。如，当裂隙水的含水量较小时，不会对工程施工或完工后运营的安全造成影响。

此时，待探测地质30m以内裂隙水的状态正常时，将正常结果作为预报的结果。

其中，在一实施例中，确定所述第五探测结果不满足第三条件时，利用钻探法对所述第一区域进行探测，将所述钻探法探测的结果作为第二探测结果。

这里，当待探测地质30m以内裂隙水的状态异常时，需要进一步采用钻探法对所述第一进行超前水平钻探，并对超前水平钻有突水的钻孔进行孔内摄像作业，确认30m范围内的裂隙水发育情况。

实际应用时，还可以利用钻探法对GPR确定出的异常区域地带进行探测，以提高探测的效率。

此时，将钻探法探测的结果作为预报的结果。

本发明实施例中，一种应用场景是：待探测地质为隧道，本发明应用实施例提供了一种适用于裂隙水的“七步法”超前地质预报方案。如图5所示(图5中“超前地质预报”含义与“探测”相同，如“利用TSP进行超前地质预报”与“利用TSP进行探测”含义相同)，具体实现步骤如下：

第一阶段，工程地质调查与分析：通过地表和隧道内的工程地质调查与分析，了解隧道所处地段的地质结构特征，推断前方的地质情况，并在调查与分析结束后转到第二阶段；

对于工程地质调查与分析，具体实施时，调查地层的产出特征、断裂构造与节理的发育规律、岩溶带发育的部位、走向、形态和含水体大致分布区域等，预测隧道掌子面前方的不良地质现象可能的类型、部位、规模，推断前方的地质情况。

第二阶段，利用AMT成果进行探测：将勘察阶段的音频大地电磁资料引入到超前地质预报分析流程中，判别岩体中裂隙水等含水体可能富存区域，为后续洞内预报成果判识提供依据，并在探测结束后转到第二阶段；

对于AMT探测，具体实施时，收集全范围段的AMT成果资料，若出现确实情况进行补充勘探工作，判别地层岩体中裂隙水等含水体可能富存区域。

需要说明的是：在掌子面围岩较好，且采用TSP与采用AMT探测结果相矛盾时，需优先考虑AMT的结果。

第三阶段，利用TSP进行探测：实现150m以内含水体等地质构造的识别与定位，若TSP探测结果异常转到第四阶段，若TSP探测结果正常转到第五阶段；

对于TSP探测，具体实施时，采用弹性波反射法贯通施工隧道，在软弱破碎地层或岩溶发育区，每次预报距离应为100m左右，不宜超过150m；在岩体完整的硬质岩地层每次可预报120～150m，但不宜超过180m，连续预报时前后两次预报区段重叠长度不应少于20m。

第四阶段，利用3D-STEM进行探测：实现80m以内含水体等地质构造含水性辨识与三维空间定位，并在探测结束后转到第五阶段；

对于3D-STEM探测，具体实施时，在利用TSP确定出的含水风险段采用3D-STEM进行预报工作，每60m一次，且在异常预计边界前20m处开始预报工作。每次预报距离应为80m左右，不宜超过100m；在岩体完整的硬质岩地层每次可预报100～120m，但不宜超过120m，连续预报时前后两次预报区段重叠长度不应少于20m；实现80m以内的地质构造含水性辨识与定位。

第五阶段，利用GPR进行探测：实现30m以内裂隙水的三维定位与水量估算，并在GPR探测结果正常时转到第七阶段，在GPR探测结果异常时转到第六阶段；

对于GPR探测，具体实施时，每30m开展一次；在TSP探测异常、3D-STEM探测异常以及设计断层、节理密集带、岩性接触带、施工异常处前方20m加密布置地质雷达，连续不少于2次；实现30m以内裂隙水的三维空间定位与水量估算。

第六阶段，利用钻探法进行探测：确认30m范围内的裂隙水发育情况，并在探测结束后转到第七阶段；

对于钻探法探测，具体实施时，在前阶段预报成果中可能出现裂隙水段设计超前水平钻孔，揭露隧道掌子面前方地层岩性、构造、地下水、岩体完整性等资料，采取1～3孔超前水平钻探，断层、节理密集带或其他破碎富水地层每循环可只钻1孔，特殊地段加密，对超前水平钻有突水的孔进行孔内摄像作业，确认30m范围内的裂隙水发育情况。

第七阶段，形成超前预报成果报告和工程措施建议。

形成超前预报成果报告和工程措施建议，若不需要变更工程措施，预报工作结束。

本发明实施例中将ATM探测结果引入到超前地质预报分析流程中，在前期风险分析和后期资料解释中均可发挥作用，结合具有更广勘探范围的3D-STEM，可以精确地分析裂隙水在三维空间上的分布形态，从而提高待探测地质裂隙水预报的精度，减少裂隙水预报的漏报。

为了实现本发明实施例的方法，本发明实施例还提供一种超前地质预报装置，图6为本发明实施例装置的组成结构示意图，如图6所示，所述装置600包括：

确定单元601，用于利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域；

第一探测单元602，用于利用TSP对所述第一区域进行探测，得到第一探测结果；所述第一探测结果表征所述第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态；

第二探测单元603，用于确定所述第一探测结果满足第一条件时，利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果；

预报单元604，用于根据所述第二探测结果进行地质预报。

在一实施例中，所述第二探测单元603，还用于：

利用3D-STEM对所述第一区域进行探测，得到第三探测结果；所述第三探测结果表征所述第一区域中的第二距离段内的裂隙水的状态；所述第二距离小于所述第一距离；

利用地质雷达法GPR对所述第一区域进行探测，得到第四探测结果；所述第四探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第二距离；

确定所述第四探测结果满足第二条件时，将所述第四探测结果作为第二探测结果。

在一实施例中，所述第二探测单元603，还用于：

利用3D-STEM对所述第一区域进行探测，得到第三探测结果；所述第三探测结果表征所述第一区域中的第二距离段内的裂隙水的状态；所述第二距离小于所述第一距离；

利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第四探测结果；所述第四探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第二距离；

确定所述第四探测结果不满足第二条件时，利用钻探法对所述第一区域进行探测，将所述钻探法探测的结果作为第二探测结果。

在一实施例中，所述装置还包括第三探测单元，用于：

确定所述第一探测结果不满足第一条件时，利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第五探测结果；所述第五探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第一距离；

确定所述第五探测结果满足第三条件时，将所述第五探测结果作为第二探测结果。

在一实施例中，所述装置还包括第四探测单元，用于：

确定所述第一探测结果不满足第一条件时，利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第五探测结果；所述第五探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第一距离；

确定所述第五探测结果不满足第三条件时，利用钻探法对所述第一区域进行探测，将所述钻探法探测的结果作为第二探测结果。

在一实施例中，所述确定单元601，用于：

将所述待探测地质划分为多个断面；所述多个断面间连续；

利用AMT对所述多个断面进行探测，得到所述多个断面的探测结果；

利用得到的所述多个断面的探测结果，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域。

在一实施例中，所述确定单元601，用于：

利用AMT对所述多个断面进行探测，获取所述多个断面内的电阻率分布情况；

根据获取的所述多个断面内的电阻率分布情况，得到所述多个断面的探测结果。

在一实施例中，所述第二探测确定单元603，用于：

利用3D-STEM对所述第一区域中的第一距离段内的地质掌子面正前方及四周进行探测，获取所述掌子面正前方及四周的电阻率分布情况；

根据获取的掌子面正前方及四周的电阻率分布情况，得到第三探测结果。

在一实施例中，所述装置还包括获取单元，用于：

获取所述待探测地质的调查与分析数据，得到所述待探测地质的地质情况；

确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域时，所述确定单元601，用于：

利用AMT对待探测地质进行探测，并结合得到的地质情况，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域。

实际应用时，所述获取单元、确定单元601、第一探测单元602、第二探测单元603、第三探测单元、第四探测单元以及预报单元604可由超前地质预报装置中的处理器实现。

需要说明的是：上述实施例提供的超前地质预报装置在进行超前地质预报时，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述处理分配由不同的程序模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分处理。另外，上述实施例提供的超前地质预报装置与超前地质预报方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

基于上述程序模块的硬件实现，且为了实现本发明实施例的方法，本发明实施例提供一种超前地质预报装置，如图7所示，所述装置700包括：处理器701和配置为存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器702，其中：

所述处理器701配置为执行上述一个或多个技术方案提供的方法。

实际应用时，如图7所示，所述装置700中的各个组件通过总线系统703耦合在一起。可理解，总线系统703用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统703除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图7中将各种总线都标为总线系统703。

在示例性实施例中，本发明实施例还提供了一种存储介质，具体是计算机可读存储介质，例如包括计算机程序的存储器702，上述计算机程序可由超前地质预报装置700的处理器701执行，以完成前述方法所述步骤。计算机可读存储介质可以是移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

另外，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种超前地质预报方法，其特征在于，所述方法包括：

利用音频大地电磁法AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域；

利用地震反射波法TSP对所述第一区域进行探测，得到第一探测结果；所述第一探测结果表征所述第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态；

确定所述第一探测结果满足第一条件时，利用包含三维扇形瞬变电磁法3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果；

根据所述第二探测结果进行地质预报。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果，包括：

利用3D-STEM对所述第一区域进行探测，得到第三探测结果；所述第三探测结果表征所述第一区域中的第二距离段内的裂隙水的状态；所述第二距离小于所述第一距离；

利用地质雷达法GPR对所述第一区域进行探测，得到第四探测结果；所述第四探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第二距离；

确定所述第四探测结果满足第二条件时，将所述第四探测结果作为第二探测结果。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果，包括：

利用3D-STEM对所述第一区域进行探测，得到第三探测结果；所述第三探测结果表征所述第一区域中的第二距离段内的裂隙水的状态；所述第二距离小于所述第一距离；

利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第四探测结果；所述第四探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第二距离；

确定所述第四探测结果不满足第二条件时，利用钻探法对所述第一区域进行探测，将所述钻探法探测的结果作为第二探测结果。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述第一探测结果不满足第一条件时，利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第五探测结果；所述第五探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第一距离；

确定所述第五探测结果满足第三条件时，将所述第五探测结果作为第二探测结果。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述第一探测结果不满足第一条件时，利用GPR对所述第一区域进行探测，得到第五探测结果；所述第五探测结果表征所述第一区域中的第三距离段内裂隙水的状态；所述第三距离小于所述第一距离；

确定所述第五探测结果不满足第三条件时，利用钻探法对所述第一区域进行探测，将所述钻探法探测的结果作为第二探测结果。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域，包括：

将所述待探测地质划分为多个断面；所述多个断面间连续；

利用AMT对所述多个断面进行探测，得到所述多个断面的探测结果；

利用得到的所述多个断面的探测结果，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用AMT对所述多个断面进行探测，得到所述多个断面的探测结果，包括：

利用AMT对所述多个断面进行探测，获取所述多个断面内的电阻率分布情况；

根据获取的所述多个断面内的电阻率分布情况，得到所述多个断面的探测结果。

8.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述利用3D-STEM对所述第一区域中的第一距离段内的地质进行探测，得到第三探测结果，包括：

利用3D-STEM对所述第一区域中的第一距离段内的地质掌子面正前方及四周进行探测，获取所述掌子面正前方及四周的电阻率分布情况；

根据获取的掌子面正前方及四周的电阻率分布情况，得到第三探测结果。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域之前，所述方法还包括：

获取所述待探测地质的调查与分析数据，得到所述待探测地质的地质情况；

确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域时，所述方法包括：

利用AMT对待探测地质进行探测，并结合得到的地质情况，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域。

10.一种超前地质预报装置，其特征在于，所述装置包括：

确定单元，用于利用AMT对待探测地质进行探测，确定所述待探测地质中疑似存在裂隙水的第一区域；

第一探测单元，用于利用TSP对所述第一区域进行探测，得到第一探测结果；所述第一探测结果表征所述第一区域中的第一距离段内的裂隙水的状态；

第二探测单元，用于确定所述第一探测结果满足第一条件时，利用包含3D-STEM的探测策略对所述第一区域进行探测，得到第二探测结果；

预报单元，用于根据所述第二探测结果进行地质预报。

11.一种超前地质预报装置，其特征在于，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器；

其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行权利要求1至9任一项所述方法的步骤。

12.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9任一项所述方法的步骤。