CN112162323B - 基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法及系统 - Google Patents

基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法，其技术方案要点是：根据布置方式获取各个勘测点的定位信息；根据勘测点的布置顺序通过第一滤波器从波形电流信号中截取相互之间不重叠的连续性波段，将连续性波段向地质内部输入作为工激励场源；通过对应第二滤波器将非波形发生器输出频率接收范围的波形电流信号过滤；模拟计算出各个勘测点发出连续性波段的三维空间传输路径；根据各个连续性波段的三维空间传输路径建立三维地质模型，并得到不良地质模型；根据不良地质模型的求解不良地质分布位置信息、分布形状信息。本发明通过对定位信息进行二次纠偏定位，使得各个勘测点实际定位信息精确度高，从而提高地下不良地质勘测准确度。

Description

基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法及系统
技术领域
本发明涉及地质勘测技术领域，更具体地说，它涉及基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法及系统。
背景技术
地质勘测，即是通过各种手段、方法对地质进行勘查、探测，确定合适的持力层，根据持力层的地基承载力，确定基础类型，计算基础参数的调查研究活动。是在对矿产普查中发现有工业意义的矿床，为查明矿产的质和量，以及开采利用的技术条件，提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质资料，对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行调查研究工作。
人工场源频率域电法，是指以人造场源研究大地稳态响应随频率变化的方法，频率域电法又可分为频率域激电法和频率域电磁法。频率域电法勘探作为地质勘探的重要手段之一，主要研究大地复视电阻率随信号频率的变化，其测深的基本原理可简单地归结为电磁波的“集肤效应”。当电磁波在地下传输时会带有所经过地层的地电信息，而不同频率的电磁波在地下传播的深度是不同的，频率较高的探测地层较浅，频率较低的探测地层较深。频率域电法在寻找地下金属矿藏、水资源分布、煤炭、油气等资源勘查方面都有着十分广泛的应用。
现检索到公告号为CN102590869B的中国专利，公开了一种人工场源频率域电法勘探方法及勘探系统，通过向地下供入一系列频率随机变化的波形电流信号作为人工激励场源，其频率变化的随机性类似于白噪声，同时同步记录发送信号和接收信号波形，依据信号相关性的原理，通过发送信号与接收信号相关可去除与发送信号和接收信号相关性为0的干扰信号，得到地质勘探所需要的信息，进而提高地质探测信号的信噪比和地下探测的分辨率。应用本发明勘探方法的勘探系统，由发送机用于一次性发送整个预设频率范围内的随机方波或钟形波信号，由接收机接收发送机发送的带有地电信息的随机方波或钟形波信号，发送机和接收机之间采用GPS进行同步控制，适用于我国多山区矿藏状况的勘测。
然而，上述的勘探方法在人工场源向地下供入波形电流信号时，布置在各个勘测点的人工激励场源的定位信息获取通过GPS定位进行获取的，而各个勘测点场源距离为数米到数十公里的范围内，GPS定位误差一般5-10m内，GPS定位误差在一定程度上将影响到频率域电法勘探精度。因此，如何研究设计一种高精度定位的基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有人工场源频率域电法勘探方法中人工激励场源的GPS定位误差在一定程度上将影响到频率域电法勘探精度的问题，本发明的目的是提供基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法及系统。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法，包括以下步骤：
S101：地质勘测区域内以阵列方式布置多个勘测点，并根据布置方式获取各个勘测点的定位信息；
S102：通过波形发生器输出连续性线性变化的波形电流信号，各个勘测点一一对应设置第一滤波器，根据勘测点的布置顺序通过第一滤波器从波形电流信号中截取相互之间不重叠的连续性波段，将连续性波段向地质内部输入作为工激励场源；
S103：各个勘测点一一对应设置波形接收机、第二滤波器，通过波形接收机接收对应勘测点能够接收到的波形电流信号，并通过对应第二滤波器将非波形发生器输出频率接收范围的波形电流信号过滤；
S104：根据连续性波段的接收发时间信息、位置变换信息、干扰特性单独模拟计算出各个勘测点发出连续性波段的三维空间传输路径；
S105：根据各个连续性波段的三维空间传输路径建立三维地质模型，并将三维地质模型中三维空间传输路径未分布区域进行标定，得到不良地质模型；
S106：根据不良地质模型的求解不良地质分布位置信息、分布形状信息。
进一步的，所述定位信息具体为：
以阵列排布初始点为原点建立初始二维坐标系，并获取各个勘测点的初始二维坐标信息A，具体为：
A＝{a1(x1,y1),...,an(xi,yj)}；
以最短距离的相邻勘测点对中心勘测点进行辅助定位，获得中心勘测点相对于各个相邻勘测点的位移量信息B，具体为：
式中，(x1 n,y1 n)为中心勘测点an相对于第一个相邻勘测点的位移量；(x2 n,y2 n)为中心勘测点an相对于第二个相邻勘测点的位移量；(x3 n,y3 n)为中心勘测点an相对于第三个相邻勘测点的位移量；(x4 n,y4 n)为中心勘测点an相对于第四个相邻勘测点的位移量；
根据各个相邻勘测点的初始二维坐标和中心勘测点的位移量以矢量相加法则计算出中心勘测点纠偏二维坐标信息Aj,具体为：
Aj＝{aj1(xj1,yj1),...,ajn(xji,yjj)}
式中，ajn(xji,yjj)为中心勘测点a1纠偏后的纠偏二维坐标信息。
进一步的，所述勘测点的连续性波段的频率区间与顺序排列的相邻勘测点之间距离呈正比，具体为：
|fc-fz|＝KS
式中，fc为连续性波段的初始频率大小值；fz为连续性波段的终止频率大小值；K为比例系数；S为相邻勘测点之间距离值。
进一步的，所述三维空间传输路径具体为：
根据位置变换信息计算连续性波段在两个勘测点的平面传播方向；
根据接收发时间信息、平面传播方向、干扰特性模拟计算出两个勘测点之间三维空间传输路径、对应的传播转折点。
进一步的，所述三维地质模型具体为：根据所有连续性波段传输的三维空间传输路径、接收发时间信息模拟训练后得到地内深度层的地质信息，通过对不同地内深度层进行赋值后建立沿深度方向的三维地质模型。
进一步的，所述不良地质模型具体为：通过对所有连续性波段传输的传播转折点在三位空间中进行集成后形成密封性曲面；将密封性曲面内部区域标定后构成不良地质模型。
进一步的，所述分布位置信息为不良地质模型在水平面内的分布区域，分布形状信息为不良地质模型在三维空间内分布体积信息、分布外貌信息。
第二方面，提供了基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测系统，包括：
定位模块，用于在地质勘测区域内以阵列方式布置多个勘测点，并根据布置方式获取各个勘测点的定位信息；
波形输出模块，用于通过波形发生器输出连续性线性变化的波形电流信号，各个勘测点一一对应设置第一滤波器，根据勘测点的布置顺序通过第一滤波器从波形电流信号中截取相互之间不重叠的连续性波段，将连续性波段向地质内部输入作为工激励场源；
波形接收模块，用于在各个勘测点一一对应设置波形接收机、第二滤波器，通过波形接收机接收对应勘测点能够接收到的波形电流信号，并通过对应第二滤波器将非波形发生器输出频率接收范围的波形电流信号过滤；
路径计算模块，用于根据连续性波段的接收发时间信息、位置变换信息、干扰特性单独模拟计算出各个勘测点发出连续性波段的三维空间传输路径；
建模模块，用于根据各个连续性波段的三维空间传输路径建立三维地质模型，并将三维地质模型中三维空间传输路径未分布区域进行标定，得到不良地质模型；
数据计算模块，用于根据不良地质模型的求解不良地质分布位置信息、分布形状信息。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过对各个勘测点的定位信息进行二次纠偏定位，使得各个勘测点实际定位信息精确度高，从而提高基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测准确度；
2、本发明根据各个勘测点输出连续性波段的三维空间传输路径进行模拟计算后，能够直观准确的构建体现在深度方向不同类型的地质层；
3、本发明通过获取各个三维空间传输路径的传播转折点在三维空间中的位置信息，并将各个传播转折点关联连接后构成密封性曲面，以此体现不良地质的表面分布状态，即能够获取不良地质的分布位置信息，又能够获取不良地质的分布形态信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中的流程图；
图2是本发明实施例中勘测点布置示意图；
图3是本发明实施例中定位信息纠偏示意图；
图4是本发明实施例中不良地质模型构建示意图；
图5是本发明实施例中三维地质模型效果图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图1-5及实施例1-2，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1：基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法及系统，
第一方面，提供了基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法，包括以下步骤：
S101：地质勘测区域内以阵列方式布置多个勘测点，并根据布置方式获取各个勘测点的定位信息；
S102：通过波形发生器输出连续性线性变化的波形电流信号，各个勘测点一一对应设置第一滤波器，根据勘测点的布置顺序通过第一滤波器从波形电流信号中截取相互之间不重叠的连续性波段，将连续性波段向地质内部输入作为工激励场源；
S103：各个勘测点一一对应设置波形接收机、第二滤波器，通过波形接收机接收对应勘测点能够接收到的波形电流信号，并通过对应第二滤波器将非波形发生器输出频率接收范围的波形电流信号过滤；
S104：根据连续性波段的接收发时间信息、位置变换信息、干扰特性单独模拟计算出各个勘测点发出连续性波段的三维空间传输路径；
S105：根据各个连续性波段的三维空间传输路径建立三维地质模型，并将三维地质模型中三维空间传输路径未分布区域进行标定，得到不良地质模型；
S106：根据不良地质模型的求解不良地质分布位置信息、分布形状信息。
进一步的，所述定位信息具体为：
以阵列排布初始点为原点建立初始二维坐标系，并获取各个勘测点的初始二维坐标信息A，具体为：
A＝{a1(x1,y1),...,an(xi,yj)}；
以最短距离的相邻勘测点对中心勘测点进行辅助定位，获得中心勘测点相对于各个相邻勘测点的位移量信息B，具体为：
式中，(x1 n,y1 n)为中心勘测点an相对于第一个相邻勘测点的位移量；(x2 n,y2 n)为中心勘测点an相对于第二个相邻勘测点的位移量；(x3 n,y3 n)为中心勘测点an相对于第三个相邻勘测点的位移量；(x4 n,y4 n)为中心勘测点an相对于第四个相邻勘测点的位移量；
根据各个相邻勘测点的初始二维坐标和中心勘测点的位移量以矢量相加法则计算出中心勘测点纠偏二维坐标信息Aj,具体为：
Aj＝{aj1(xj1,yj1),...,ajn(xji,yjj)}
式中，ajn(xji,yjj)为中心勘测点a1纠偏后的纠偏二维坐标信息。
进一步的，所述勘测点的连续性波段的频率区间与顺序排列的相邻勘测点之间距离呈正比，具体为：
|fc-fz|＝KS
式中，fc为连续性波段的初始频率大小值；fz为连续性波段的终止频率大小值；K为比例系数；S为相邻勘测点之间距离值。
进一步的，所述三维空间传输路径具体为：
根据位置变换信息计算连续性波段在两个勘测点的平面传播方向；
根据接收发时间信息、平面传播方向、干扰特性模拟计算出两个勘测点之间三维空间传输路径、对应的传播转折点。
进一步的，所述三维地质模型具体为：根据所有连续性波段传输的三维空间传输路径、接收发时间信息模拟训练后得到地内深度层的地质信息，通过对不同地内深度层进行赋值后建立沿深度方向的三维地质模型。
进一步的，所述不良地质模型具体为：通过对所有连续性波段传输的传播转折点在三位空间中进行集成后形成密封性曲面；将密封性曲面内部区域标定后构成不良地质模型。
进一步的，所述分布位置信息为不良地质模型在水平面内的分布区域，分布形状信息为不良地质模型在三维空间内分布体积信息、分布外貌信息。
实施例2：基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测系统，包括：
定位模块，用于在地质勘测区域内以阵列方式布置多个勘测点，并根据布置方式获取各个勘测点的定位信息；
波形输出模块，用于通过波形发生器输出连续性线性变化的波形电流信号，各个勘测点一一对应设置第一滤波器，根据勘测点的布置顺序通过第一滤波器从波形电流信号中截取相互之间不重叠的连续性波段，将连续性波段向地质内部输入作为工激励场源；
波形接收模块，用于在各个勘测点一一对应设置波形接收机、第二滤波器，通过波形接收机接收对应勘测点能够接收到的波形电流信号，并通过对应第二滤波器将非波形发生器输出频率接收范围的波形电流信号过滤；
路径计算模块，用于根据连续性波段的接收发时间信息、位置变换信息、干扰特性单独模拟计算出各个勘测点发出连续性波段的三维空间传输路径；
建模模块，用于根据各个连续性波段的三维空间传输路径建立三维地质模型，并将三维地质模型中三维空间传输路径未分布区域进行标定，得到不良地质模型；
数据计算模块，用于根据不良地质模型的求解不良地质分布位置信息、分布形状信息。
工作原理：通过对各个勘测点的定位信息进行二次纠偏定位，使得各个勘测点实际定位信息精确度高，从而提高基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测准确度。根据各个勘测点输出连续性波段的三维空间传输路径进行模拟计算后，能够直观准确的构建体现在深度方向不同类型的地质层。通过获取各个三维空间传输路径的传播转折点在三维空间中的位置信息，并将各个传播转折点关联连接后构成密封性曲面，以此体现不良地质的表面分布状态，即能够获取不良地质的分布位置信息，又能够获取不良地质的分布形态信息。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法，其特征是，包括以下步骤：
S101：地质勘测区域内以阵列方式布置多个勘测点，并根据布置方式获取各个勘测点的定位信息；
S102：通过波形发生器输出连续性线性变化的波形电流信号，各个勘测点一一对应设置第一滤波器，根据勘测点的布置顺序通过第一滤波器从波形电流信号中截取相互之间不重叠的连续性波段，将连续性波段向地质内部输入作为人工激励场源；
S103：各个勘测点一一对应设置波形接收机、第二滤波器，通过波形接收机接收对应勘测点能够接收到的波形电流信号，并通过对应第二滤波器将非波形发生器输出频率接收范围的波形电流信号过滤；
S104：根据连续性波段的接收发时间信息、位置变换信息、干扰特性单独模拟计算出各个勘测点发出连续性波段的三维空间传输路径；
S105：根据各个连续性波段的三维空间传输路径建立三维地质模型，并将三维地质模型中三维空间传输路径未分布区域进行标定，得到不良地质模型；
S106：根据不良地质模型的求解不良地质分布位置信息、分布形状信息。
2.根据权利要求1所述的基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法，其特征是，所述定位信息具体为：
以阵列排布初始点为原点建立初始二维坐标系，并获取各个勘测点的初始二维坐标信息A，具体为：
A＝{a1(x1,y1),...,an(xi,yj)}；
以最短距离的相邻勘测点对中心勘测点进行辅助定位，获得中心勘测点相对于各个相邻勘测点的位移量信息B，具体为：
式中，(x1 n,y1 n)为中心勘测点an相对于第一个相邻勘测点的位移量；(x2 n,y2 n)为中心勘测点an相对于第二个相邻勘测点的位移量；(x3 n,y3 n)为中心勘测点an相对于第三个相邻勘测点的位移量；(x4 n,y4 n)为中心勘测点an相对于第四个相邻勘测点的位移量；
根据各个相邻勘测点的初始二维坐标和中心勘测点的位移量以矢量相加法则计算出中心勘测点纠偏二维坐标信息Aj,具体为：
Aj＝{aj1(xj1,yj1),...,ajn(xji,yjj)}
式中，ajn(xji,yjj)为中心勘测点a1纠偏后的纠偏二维坐标信息。
3.根据权利要求1所述的基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法，其特征是，所述勘测点的连续性波段的频率区间与顺序排列的相邻勘测点之间距离呈正比，具体为：
|fc-fz|＝KS
式中，fc为连续性波段的初始频率大小值；fz为连续性波段的终止频率大小值；K为比例系数；S为相邻勘测点之间距离值。
4.根据权利要求1所述的基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法，其特征是，所述三维空间传输路径具体为：
根据位置变换信息计算连续性波段在两个勘测点的平面传播方向；
根据接收发时间信息、平面传播方向、干扰特性模拟计算出两个勘测点之间三维空间传输路径、对应的传播转折点。
5.根据权利要求1所述的基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法，其特征是，所述三维地质模型具体为：根据所有连续性波段传输的三维空间传输路径、接收发时间信息模拟训练后得到地内深度层的地质信息，通过对不同地内深度层进行赋值后建立沿深度方向的三维地质模型。
6.根据权利要求1所述的基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法，其特征是，所述不良地质模型具体为：通过对所有连续性波段传输的传播转折点在三位空间中进行集成后形成密封性曲面；将密封性曲面内部区域标定后构成不良地质模型。
7.根据权利要求1所述的基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测方法，其特征是，所述分布位置信息为不良地质模型在水平面内的分布区域，分布形状信息为不良地质模型在三维空间内分布体积信息、分布外貌信息。
8.基于人工场源频率域电法的地下不良地质勘测系统，其特征是，包括：
定位模块，用于在地质勘测区域内以阵列方式布置多个勘测点，并根据布置方式获取各个勘测点的定位信息；
波形输出模块，用于通过波形发生器输出连续性线性变化的波形电流信号，各个勘测点一一对应设置第一滤波器，根据勘测点的布置顺序通过第一滤波器从波形电流信号中截取相互之间不重叠的连续性波段，将连续性波段向地质内部输入作为人工激励场源；
波形接收模块，用于在各个勘测点一一对应设置波形接收机、第二滤波器，通过波形接收机接收对应勘测点能够接收到的波形电流信号，并通过对应第二滤波器将非波形发生器输出频率接收范围的波形电流信号过滤；
路径计算模块，用于根据连续性波段的接收发时间信息、位置变换信息、干扰特性单独模拟计算出各个勘测点发出连续性波段的三维空间传输路径；
建模模块，用于根据各个连续性波段的三维空间传输路径建立三维地质模型，并将三维地质模型中三维空间传输路径未分布区域进行标定，得到不良地质模型；
数据计算模块，用于根据不良地质模型的求解不良地质分布位置信息、分布形状信息。
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