CN114895374B - 一种基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法 - Google Patents

一种基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于钻‑震‑磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法,通过设置随钻接收杆,并将其通过无磁钻杆与常规钻杆同轴连接,预设处于钻孔的不同深度的多个位置点,然后开始钻孔时随钻接收杆随着钻头的钻进进入钻孔内,并在每个位置点通过地面发射阶跃脉冲磁场,八通道接收线圈对反馈的电磁数据进行接收,从而完成该位置周围的异常体探测,如此重复能完成各个位置点的异常体探测,并在钻孔达到孔底时旋转控制器控制三分量检波器与第一空心杆贴合,通过地面激发的各个震源,随钻接收杆内的三分量检波器及地面上各个检波器均接收反馈的地震波信号,并将所有数据进行汇总,最终进行反演和联合解释,从而得出岩溶区的位置及范围。

Description

一种基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法
技术领域
本发明涉及桩基技术领域,具体是一种基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法。
背景技术
近年来,随着我国的高铁、轨道交通、工民建等领域的快速发展,传统的工程勘探方法已无法满足日益增长的需求。据相关资料显示,我国近1/3的国土面积为岩溶区,岩溶这种不良地质现象会对后续的地质施工时造成较大安全隐患,其严重阻碍了桩基技术领域的发展;因此需要在
基于上述原因,因此需要在地质施工之前进行桩基探测,从而确定岩溶区的位置及范围,然而目前市面上已存在的桩基探测方法还是存在诸多问题。其中钻探探测受限于“一孔之见”,导致每次钻设后探测范围较小,而大规模的钻孔已然不符合工程勘探经济性的要求;跨孔CT技术虽然探测范围较广,但是其容易受到外界环境干扰导致探测结果精准度不高,且遇到塌孔等情况时会影响探测效果;管波探测技术虽然探测范围广抗干扰也较强,但是由于其探测到的异常不具备方向性,每次探测仅能确定在其周围一定范围内,所以需要多次重复探测,从而严重影响探测效率。因此如何提供一种探测方法,在具有较大的探测范围及较好的精准度的前提下,还能提高探测效率,是本行业的研究方向。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法,在具有较大的探测范围及较好的精准度的前提下,还能提高探测效率。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法,具体步骤为:
A、确定探测钻孔位置:根据地质施工所需的区域,在该区域的地面选择一处确定为探测钻孔布设位置;探测钻孔的位置距离桩基最终成桩位置小于等于15m,这样能保证探测的效果;
B、组装钻测一体装置:将第一无磁钻杆的一端与钻头连接,第二无磁钻杆的一端与常规钻杆一端连接,常规钻杆另一端与钻机连接,在第一无磁钻杆和第二无磁钻杆之间安装随钻接收杆,随钻接收杆的两端分别与第一无磁钻杆另一端和第二无磁钻杆另一端同轴连接;所述随钻接收杆包括第一空心杆、第二空心杆、三分量检波器、旋转控制器、自存储接收系统、三维罗盘和八通道接收线圈,第一空心杆一端和第二空心杆一端同轴固定连接,第一空心杆另一端和第二空心杆另一端均通过连接头分别与第一无磁钻杆的另一端和第二无磁钻杆另一端连接,三维罗盘和八通道接收线圈固定在第二空心杆内,三分量检波器、旋转控制器和自存储接收系统放置在第一空心杆内,三维罗盘、八通道接收线圈、三分量检波器和旋转控制器均通过数据线与自存储接收系统连接,旋转控制器通过连杆与三分量检波器连接,旋转控制器能控制连杆旋转,使三分量检波器与第一空心杆的内壁贴合或分离;三分量检波器用于接收地震波信号,三维罗盘用于记录钻孔轨迹和接收杆倾角,八通道接收线圈用于感应涡流场、接收异常体的瞬变电磁响应数据;自存储接收系统用于存储三分量检波器、三维罗盘、八通道接收线圈的信号数据;完成钻测一体装置组装;
C、地面布设激发点、检波点及发射线圈:将发射线圈放置在地面上,且使预钻设的探测钻孔处于发射线圈的中心;在地面布设至少两排地震监测组合,每排地震监测组合由多个激发点和多个检波点交替等间隔布设组成;并在每个检波点上均放置检波器,每个激发点上均放置震源;然后将主机与各个检波器、发射线圈、各个震源和钻机连接,用于接收各个检波器接收的地震信号、控制发射线圈激发激励电流、控制各个震源激发地震波和采集钻机的钻进数据;
D、钻设探测钻孔及获取探测数据:在钻设探测钻孔之前,先将主机与随钻接收杆内的自存储接收系统进行时间同步,同时设定多个位置点,且各个位置点处于钻孔的不同深度,然后启动钻机使其带动钻头开始在确定的位置进行探测钻孔的钻设工作;当随钻接收杆到达第一位置点时停止钻进,此时对该位置点进行探测,具体过程为:
①通过主机向发射线圈通入阶跃脉冲电流,发射线圈向地面下方发射阶跃脉冲磁场;
②脉冲磁场遇到异常体时,在异常体中引起感应涡流场;
③随钻接收杆中的八通道接收线圈观测感应涡流场,并将接收的瞬变电磁响应数据存入自存储接收系统;如此完成第一位置点的探测过程;
E、第一位置点探测完成后,开启钻机继续钻进,直到随钻接收杆到达第二位置点,此时停止钻进并重复步骤四中第一位置点的探测过程,完成第二位置点探测;如此重复,直至完成所有位置点探测;同时在钻进过程中三维罗盘用于记录钻孔轨迹和接收杆倾角,地面上各个检波点的检波器实时采集钻机钻井过程中产生的微动信号,并存储在主机内;
F、待钻头到达设定的钻孔最深处,从地面发送无线控制信号,旋转控制器内的无线接收模块接收到无线控制信号后控制三分量检波器转动,使三分量检波器与第一空心杆的内壁贴合,此时主机控制地面的各个震源依次激发地震波,当地震波到达岩溶区时会进行反射,接着地面上的各个检波器和随钻接收杆内的三分量检波器分别接收每次激发后反射的地震波信号,并分别存入主机和自存储接收系统内;
G、监测数据汇总:控制钻机将钻头从探测钻孔内退出,然后将主机内存储的钻机钻进数据、钻机钻井过程中产生的微动信号和地面各个检波器接收的地震波信号导出,接着将自存储接收系统从随钻接收杆内取出,并将其内部存储的钻孔轨迹和接收杆倾角、各个位置点接收的瞬变电磁响应数据和三分量检波器的地震波信号导出;将导出的所有数据汇总;
H、根据监测数据确定岩溶区的位置及范围:对步骤G汇总的监测数据采用已知的方法进行反演和联合解释,从而得出岩溶区的位置及范围。
进一步,所述步骤C中共两排地震监测组合,两者呈十字形布设、且两者的交点处于发射线圈的中心。采用这种布设方式,便于后续反演过程中观测系统建立。
进一步,所述步骤H在进行反演和联合解释之前,先对获取的瞬变电磁响应数据进行校正,具体过程为:
钻孔瞬变电磁法晚期视电阻率计算公式:
Figure BDA0003657014930000031
钻具自身的金属干扰使电磁感应电动势幅值变大,衰减变慢,选择适当阶数,经多项式拟合计算能获得校正拟合函数Fn(t),引入校正拟合函数得到的视电阻率公式为
Figure BDA0003657014930000032
上述公式中:
C为全空间响应系数;
μ0为真空磁导率;
S、s为发射和接收线圈的面积;
N、n为发射和接收线圈的匝数;
V1/I1为干扰情况下的归一化感应电动势;
t为衰减时间;
Fn(t)为校正拟合函数;
校正拟合函数Fn(t)通过如下方法得到:设无干扰情况下测点视电阻率值为ρ0,有干扰时测点视电阻率为ρ1,无干扰下各个测点感应电压和感应电流分别为V0、I0,有干扰情况下各个测点感应电压和感应电流分别为V1、I1,则得到公式如下:
Figure BDA0003657014930000041
式中,a为校正系数;
利用上式能得到每个时间窗口的校正系数,经过多项式拟合计算得到关于校正系数-时间的校正拟合函数Fn(t),其中感应电压和感应电流由井下实验测量得到;从而最终对瞬变电磁响应数据进行校正。通过该校正方法能有效将瞬变电磁响应数据中的干扰压制,从而降低钻具自身影响电磁信号质量的情况,保证瞬变电磁响应数据的精准度。
进一步,所述第一空心杆和第二空心杆的材质分别为无磁钢管和航空级PE塑料管。采用这些材质能尽可能降低随钻接收杆对内部的三维罗盘、八通道接收线圈和三分量检波器接收数据时的干扰,提高数据获取的精度。
进一步,所述步骤C中各个检波器均为三分量检波器。这样获得的数据更广泛,便于后续反演时提高精准度。
与现有技术相比,本发明通过设置随钻接收杆,并将其通过无磁钻杆与常规钻杆同轴连接,无磁钻杆能降低钻孔过程中对随钻接收杆接收信号的影响,随钻接收杆内布设三分量检波器、旋转控制器、自存储接收系统、三维罗盘和八通道接收线圈,通过在探测钻孔之前预设处于钻孔的不同深度的多个位置点,然后开始钻孔时随钻接收杆随着钻头的钻进进入钻孔内,并在每个位置点通过地面发射阶跃脉冲磁场,随钻接收杆内的八通道接收线圈对反馈到的电磁数据进行接收,从而完成该位置周围的异常体探测,如此重复能完成各个位置点的异常体探测,并在钻孔达到孔底时旋转控制器控制三分量检波器与第一空心杆贴合,便于后续接收地震波信号,通过地面激发的各个震源,随钻接收杆内的三分量检波器及地面上各个检波器均接收反馈的地震波信号,从而完成数据的探测采集工作,并将所有数据进行汇总,接着采用特定的校正算法对获取瞬变电磁响应数据中的干扰进行压制,从而保证采集数据的精确度,最终采用已知方法进行反演和联合解释,从而得出岩溶区的位置及范围;本发明这种方式能实现钻孔所能达到的地方就是探测达到的地方,不仅增强了纵向探测深度,而且避开了地面环境的干扰,提高了探测的精准度;通过采用钻-震-磁一体化探测技术,不但可以探测范围内的地质构造异常,还可以探测地质低阻异常,突破了单一探测技术的局限性;另外由于采集获得了多种监测数据,弥补了单一探测的缺陷,这样在进行反演和联合解释后,能实现具有较大的探测范围及较好的精准度的前提下,还能提高探测效率。
附图说明
图1是本发明的整体布设示意图;
图2是本发明中钻测一体装置的结构示意图;
图3是本发明中随钻接收杆的内部结构示意图;
图4是本发明中地面激发点、检波点及发射线圈的布设示意图;
图5是本发明中各个位置点的布设示意图。
图中:1、常规钻杆;2、钻机;3、主机;4、发射线圈;5、随钻接收杆;5.1、连接头;5.2、第一空心杆;5.3、第二空心杆;5.4、三分量检波器;5.5、旋转控制器;5.6、自存储接收系统;5.7、三维罗盘;5.8、八通道接收线圈;6.1、第一无磁钻杆;6.2、第一无磁钻杆;7、钻头;8、探测钻孔。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示,本发明的具体步骤为:
A、确定探测钻孔位置:根据地质施工所需的区域,在该区域的地面选择一处确定为探测钻孔8布设位置;探测钻孔8的位置距离桩基最终成桩位置小于等于15m,这样能保证探测的效果;
B、组装钻测一体装置:如图2所示,将第一无磁钻杆6.1的一端与钻头7连接,第二无磁钻杆6.2的一端与常规钻杆1一端连接,常规钻杆1另一端与钻机2连接,在第一无磁钻杆6.1和第二无磁钻杆6.2之间安装随钻接收杆5,随钻接收杆5的两端分别与第一无磁钻杆6.1另一端和第二无磁钻杆6.2另一端同轴连接;如图3所示,所述随钻接收杆5包括第一空心杆5.2、第二空心杆5.3、三分量检波器5.4、旋转控制器5.5、自存储接收系统5.6、三维罗盘5.7和八通道接收线圈5.8,第一空心杆5.2一端和第二空心杆5.3一端同轴固定连接,第一空心杆5.2另一端和第二空心杆5.3另一端均通过连接头5.1分别与第一无磁钻杆6.1的另一端和第二无磁钻杆6.2另一端连接,三维罗盘5.7和八通道接收线圈5.8固定在第二空心杆5.3内,三分量检波器5.4、旋转控制器5.5和自存储接收系统5.6放置在第一空心杆5.2内,三维罗盘5.7、八通道接收线圈5.8、三分量检波器5.4和旋转控制器5.5均通过数据线与自存储接收系统5.6连接,旋转控制器5.5通过连杆与三分量检波器5.4连接,旋转控制器5.5能控制连杆旋转,使三分量检波器5.4与第一空心杆5.2的内壁贴合或分离;三分量检波器5.4用于接收地震波信号,三维罗盘5.7用于记录钻孔轨迹和接收杆倾角,八通道接收线圈5.8用于感应涡流场、接收异常体的瞬变电磁响应数据;自存储接收系统5.6用于存储三分量检波器5.4、三维罗盘5.7、八通道接收线圈5.8的信号数据;完成钻测一体装置组装;所述第一空心杆5.2和第二空心杆5.3的材质分别为无磁钢管和航空级PE塑料管。采用这些材质能尽可能降低随钻接收杆5对内部的三维罗盘5.7、八通道接收线圈5.8和三分量检波器5.4接收数据时的干扰,提高数据获取的精度。
C、地面布设激发点、检波点及发射线圈:如图4所示,将发射线圈4放置在地面上,且使预钻设的探测钻孔8处于发射线圈4的中心;在地面布设两排地震监测组合,每排地震监测组合由多个激发点和多个检波点交替等间隔布设组成;两排地震监测组合呈十字形布设、且两者的交点处于发射线圈4的中心;采用这种布设方式,便于后续反演过程中观测系统建立;并在每个检波点上均放置检波器,每个激发点上均放置震源;然后将主机3与各个检波器、发射线圈4、各个震源和钻机2连接,用于接收各个检波器接收的地震信号、控制发射线圈4激发激励电流、控制各个震源激发地震波和采集钻机2的钻进数据;
D、钻设探测钻孔及获取探测数据:在钻设探测钻孔之前,先将主机3与随钻接收杆5内的自存储接收系统5.6进行时间同步,如图5所示,同时设定多个位置点,且各个位置点处于钻孔的不同深度,然后启动钻机2使其带动钻头7开始在确定的位置进行探测钻孔8的钻设工作;当随钻接收杆5到达第一位置点时停止钻进,此时对该位置点进行探测,具体过程为:
①通过主机3向发射线圈4通入阶跃脉冲电流,发射线圈4向地面下方发射阶跃脉冲磁场;
②脉冲磁场遇到异常体时,在异常体中引起感应涡流场;
③随钻接收杆5中的八通道接收线圈5.8观测感应涡流场,并将接收的瞬变电磁响应数据存入自存储接收系统5.6;如此完成第一位置点的探测过程;
E、第一位置点探测完成后,开启钻机2继续钻进,直到随钻接收杆5到达第二位置点,此时停止钻进并重复步骤四中第一位置点的探测过程,完成第二位置点探测;如此重复,直至完成所有位置点探测;同时在钻进过程中三维罗盘5.7用于记录钻孔轨迹和接收杆倾角,地面上各个检波点的检波器实时采集钻机钻井过程中产生的微动信号,并存储在主机内;
F、待钻头到达设定的钻孔最深处,从地面发送无线控制信号,旋转控制器5.5内的无线接收模块接收到无线控制信号后控制三分量检波器5.4转动,使三分量检波器5.4与第一空心杆5.2的内壁贴合,此时主机3控制地面的各个震源依次激发地震波,当地震波到达岩溶区时会进行反射,接着地面上的各个检波器和随钻接收杆5内的三分量检波器5.4分别接收每次激发后反射的地震波信号,并分别存入主机3和自存储接收系统5.6内;
G、监测数据汇总:控制钻机2将钻头7从探测钻孔8内退出,然后将主机3内存储的钻机钻进数据、钻机钻井过程中产生的微动信号和地面各个检波器接收的地震波信号导出,接着将自存储接收系统5.6从随钻接收杆内取出,并将其内部存储的钻孔轨迹和接收杆倾角、各个位置点接收的瞬变电磁响应数据和三分量检波器5.4的地震波信号导出;将导出的所有数据汇总;
H、根据监测数据确定岩溶区的位置及范围:在进行反演和联合解释之前,先对获取的瞬变电磁响应数据进行校正,具体过程为:
钻孔瞬变电磁法晚期视电阻率计算公式:
Figure BDA0003657014930000081
钻具自身的金属干扰使电磁感应电动势幅值变大,衰减变慢,选择适当阶数,经多项式拟合计算能获得校正拟合函数Fn(t),引入校正拟合函数得到的视电阻率公式为
Figure BDA0003657014930000082
上述公式中:
C为全空间响应系数;
μ0为真空磁导率;
S、s为发射和接收线圈的面积;
N、n为发射和接收线圈的匝数;
V1/I1为干扰情况下的归一化感应电动势;
t为衰减时间;
Fn(t)为校正拟合函数;
校正拟合函数Fn(t)通过如下方法得到:设无干扰情况下测点视电阻率值为ρ0,有干扰时测点视电阻率为ρ1,无干扰下各个测点感应电压和感应电流分别为V0、I0,有干扰情况下各个测点感应电压和感应电流分别为V1、I1,则得到公式如下:
Figure BDA0003657014930000083
式中,a为校正系数;
利用上式能得到每个时间窗口的校正系数,经过多项式拟合计算得到关于校正系数-时间的校正拟合函数Fn(t),其中感应电压和感应电流由井下实验测量得到;从而最终对瞬变电磁响应数据进行校正。通过该校正方法能有效将瞬变电磁响应数据中的干扰压制,从而降低钻具自身影响电磁信号质量的情况,保证瞬变电磁响应数据的精准度。
接着对步骤G汇总的监测数据采用已知方法进行反演和联合解释,从而得出岩溶区的位置及范围。
上述连接头5.1、航空级PE塑料管、无磁钢管、三分量检波器5.4、旋转控制器5.5、发射线圈4、主机3、自存储接收系统5.6、三维罗盘5.7、钻机2、第一无磁钻杆6.1、第二无磁钻杆6.2和常规钻杆1均为现有设备或器件,能通过市场购买获得。采用的八通道接收线圈5.8实际采用的是现有应用于煤矿领域的六通道接收线圈,其为现有结构,原有的六通道接收线圈在使用时将六个线圈用于接收信号,分别处于两端的两个线圈用于发射信号;本申请的八通道接收线圈在原有基础上将两端用于发射信号的线圈也改成用于接收信号,使得八通道接收线圈也可以接收钻头前方的地质信息;从而共有八个线圈用于接收信号,即八通道接收线圈5.8;其优点是保留原有六通道接收线圈的径向探测能力,增强其钻头前方的能力,其对地质异常信号的方向有很好的区分作用,从而可以判别地质异常体的方向,提高探测结果的精准度,从而做到全方位探测。
作为本发明的一种改进,所述步骤C中各个检波器均为三分量检波器。这样获得的数据更广泛,便于后续反演时提高精准度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法,其特征在于,具体步骤为:
A、确定探测钻孔位置:根据地质施工所需的区域,在该区域的地面选择一处确定为探测钻孔布设位置;
B、组装钻测一体装置:将第一无磁钻杆的一端与钻头连接,第二无磁钻杆的一端与常规钻杆一端连接,常规钻杆另一端与钻机连接,在第一无磁钻杆和第二无磁钻杆之间安装随钻接收杆,随钻接收杆的两端分别与第一无磁钻杆另一端和第二无磁钻杆另一端同轴连接;所述随钻接收杆包括第一空心杆、第二空心杆、三分量检波器、旋转控制器、自存储接收系统、三维罗盘和八通道接收线圈,第一空心杆一端和第二空心杆一端同轴固定连接,第一空心杆另一端和第二空心杆另一端均通过连接头分别与第一无磁钻杆的另一端和第二无磁钻杆另一端连接,三维罗盘和八通道接收线圈固定在第二空心杆内,三分量检波器、旋转控制器和自存储接收系统放置在第一空心杆内,三维罗盘、八通道接收线圈、三分量检波器和旋转控制器均通过数据线与自存储接收系统连接,旋转控制器通过连杆与三分量检波器连接,旋转控制器能控制连杆旋转,使三分量检波器与第一空心杆的内壁贴合或分离;三分量检波器用于接收地震波信号,三维罗盘用于记录钻孔轨迹和接收杆倾角,八通道接收线圈用于感应涡流场、接收异常体的瞬变电磁响应数据;自存储接收系统用于存储三分量检波器、三维罗盘、八通道接收线圈的信号数据;完成钻测一体装置组装;
C、地面布设激发点、检波点及发射线圈:将发射线圈放置在地面上,且使预钻设的探测钻孔处于发射线圈的中心;在地面布设至少两排地震监测组合,每排地震监测组合由多个激发点和多个检波点交替等间隔布设组成;并在每个检波点上均放置检波器,每个激发点上均放置震源;然后将主机与各个检波器、发射线圈、各个震源和钻机连接,用于接收各个检波器接收的地震信号、控制发射线圈激发激励电流、控制各个震源激发地震波和采集钻机的钻进数据;
D、钻设探测钻孔及获取探测数据:在钻设探测钻孔之前,先将主机与随钻接收杆内的自存储接收系统进行时间同步,同时设定多个位置点,且各个位置点处于钻孔的不同深度,然后启动钻机使其带动钻头开始在确定的位置进行探测钻孔的钻设工作;当随钻接收杆到达第一位置点时停止钻进,此时对该位置点进行探测,具体过程为:
①通过主机向发射线圈通入阶跃脉冲电流,发射线圈向地面下方发射阶跃脉冲磁场;
②脉冲磁场遇到异常体时,在异常体中引起感应涡流场;
③随钻接收杆中的八通道接收线圈观测感应涡流场,并将接收的瞬变电磁响应数据存入自存储接收系统;如此完成第一位置点的探测过程;
E、第一位置点探测完成后,开启钻机继续钻进,直到随钻接收杆到达第二位置点,此时停止钻进并重复步骤四中第一位置点的探测过程,完成第二位置点探测;如此重复,直至完成所有位置点探测;同时在钻进过程中三维罗盘用于记录钻孔轨迹和接收杆倾角,地面上各个检波点的检波器实时采集钻机钻井过程中产生的微动信号,并存储在主机内;
F、待钻头到达设定的钻孔最深处,从地面发送无线控制信号,旋转控制器内的无线接收模块接收到无线控制信号后控制三分量检波器转动,使三分量检波器与第一空心杆的内壁贴合,此时主机控制地面的各个震源依次激发地震波,当地震波到达岩溶区时会进行反射,接着地面上的各个检波器和随钻接收杆内的三分量检波器分别接收每次激发后反射的地震波信号,并分别存入主机和自存储接收系统内;
G、监测数据汇总:控制钻机将钻头从探测钻孔内退出,然后将主机内存储的钻机钻进数据、钻机钻井过程中产生的微动信号和地面各个检波器接收的地震波信号导出,接着将自存储接收系统从随钻接收杆内取出,并将其内部存储的钻孔轨迹和接收杆倾角、各个位置点接收的瞬变电磁响应数据和三分量检波器的地震波信号导出;将导出的所有数据汇总;
H、根据监测数据确定岩溶区的位置及范围:对步骤G汇总的监测数据进行反演和联合解释,从而得出岩溶区的位置及范围。
2.根据权利要求1所述的基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法,其特征在于,所述步骤C中共两排地震监测组合,两者呈十字形布设、且两者的交点处于发射线圈的中心。
3.根据权利要求1所述的基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法,其特征在于,所述步骤H在进行反演和联合解释之前,先对获取的瞬变电磁响应数据进行校正,具体过程为:
钻孔瞬变电磁法晚期视电阻率计算公式:
Figure FDA0004057245460000021
钻具自身的金属干扰使电磁感应电动势幅值变大,衰减变慢,选择适当阶数,经多项式拟合计算能获得校正拟合函数Fn(t),引入校正拟合函数得到的视电阻率公式为
Figure FDA0004057245460000031
上述公式中:
C为全空间响应系数;
μ0为真空磁导率;
S、s为发射和接收线圈的面积;
N、n为发射和接收线圈的匝数;
V1/I1为干扰情况下的归一化感应电动势;
t为衰减时间;
Fn(t)为校正拟合函数;
校正拟合函数Fn(t)通过如下方法得到:设无干扰情况下测点视电阻率值为ρ0,有干扰时测点视电阻率为ρ1,无干扰下各个测点感应电压和感应电流分别为V0、I0,有干扰情况下各个测点感应电压和感应电流分别为V1、I1,则得到公式如下:
Figure FDA0004057245460000032
式中,a为校正系数;
利用上式能得到每个时间窗口的校正系数,经过多项式拟合计算得到关于校正系数-时间的校正拟合函数Fn(t),其中感应电压和感应电流由井下实验测量得到;从而最终对瞬变电磁响应数据进行校正。
4.根据权利要求1所述的基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法,其特征在于,所述第一空心杆和第二空心杆的材质分别为无磁钢管和航空级PE塑料管。
5.根据权利要求1所述的基于钻-震-磁一体化的岩溶区桩基综合探测方法,其特征在于,所述步骤C中各个检波器均为三分量检波器。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116859487B (zh) * 2023-07-10 2024-03-29 中国矿业大学 用于tbm的钻探物探一体化探测装置的超前探测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113847019A (zh) * 2021-10-18 2021-12-28 中油奥博(成都)科技有限公司 基于光纤传感的地震地质工程一体化数据采集系统及方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8439130B2 (en) * 2010-02-22 2013-05-14 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for seismic data acquisition during drilling operations
CN103775077B (zh) * 2014-02-07 2016-03-30 河南理工大学 一种多功能随钻探测装置及预测方法
CN104656153B (zh) * 2015-01-29 2015-09-02 武汉长盛煤安科技有限公司 随钻钻孔电磁波层析成像超前探测装置及方法
CN108240213B (zh) * 2016-12-24 2021-09-10 中石化石油工程技术服务有限公司 一种多探测深度的地质导向装置和地质导向方法
CN107703552B (zh) * 2017-09-21 2019-04-02 武汉长盛煤安科技有限公司 一种矿用钻孔三维定向瞬变电磁超前探测装置及方法
US11372128B2 (en) * 2020-05-14 2022-06-28 China Petroleum & Chemical Corporation Method and system for detecting downhole magnetic interference on measurement while drilling operations
CN112983402B (zh) * 2021-02-05 2023-03-03 中国矿业大学(北京) 井下钻孔随钻瞬变电磁超前智能探测实时预警装置及方法
CN114033361A (zh) * 2021-10-22 2022-02-11 中国石油大学(华东) 一种近钻头多参数井下随钻测控系统
CN114460630B (zh) * 2022-02-11 2023-04-07 徐州工程学院 一种巷道激发-巷道及超前探查孔接收的陷落柱探测方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113847019A (zh) * 2021-10-18 2021-12-28 中油奥博(成都)科技有限公司 基于光纤传感的地震地质工程一体化数据采集系统及方法

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