CN117420605A - 多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法，为了提升探测结果的准确程度，采用多个钻孔进行联合探查，取得观测数据后，首先提取背景信号，获得含水异常产生的纯异常信号；通过寻找多个钻孔上相同深度上的极值，利用钻孔Z分量信号联合三维空间定位方法确定含水异常体中心位置，对其他深度和其他测量时间的异常信号开展类似处理，最终得到异常体空间分布结果；由于避免了使用信号强度比较小的X和Y分量，因此所获得的结果更加准确、可靠。
Description
技术领域
本申请涉及地球物理勘探技术领域，具体地，涉及一种多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法。
背景技术
煤矿水害事故是仅次于瓦斯事故的第二大风险源，水害事故发生的原因是多方面的，其中一个重要方面就是对隐伏的水体探查准确度不够。煤矿开采环境恶劣，施工空间狭小，很多地面高效的勘察手段在煤矿井下难以施展开，导致煤矿井下勘察工作密度和精度相比地面相差很远，对当下快速、高效、智能开采的大体目标实现造成了严重的制约。
煤矿井下各类钻孔很多，利用钻孔可以大大增加各类探测的施工范围，当下利用钻孔进行孔间透视、地震超前探查的案例也逐渐增多，水害探查方面，利用钻孔进行底板电阻率突水监测、开展孔中瞬变电磁旁侧含水体探查等技术也在持续发展中。
利用钻孔开展孔中瞬变电磁探测，可以对钻孔旁侧一定范围内隐伏的致灾水体进行探查，图1示出了钻孔瞬变电磁技术探查含水体示意图。电磁波发射/接收设备在孔内移动探查周围含水体，通过对接收数据的分析确定含水体的空间位置，但该模式存在明显缺陷。
在钻孔中接收的信号的X,Y,Z三个分量中，若只采用单独的Z分量数据，则无法确定含水体等异常在钻孔旁侧的具体位置，只能判断异常体相对于钻孔的距离，在距离固定的情况下，异常体可以在以钻孔为轴心的360度范围内自由转动，图2示出了异常水体钻孔径向360度范围内等效示意图。在图2中所标记的16个位置上，相同规模(尺寸及形状)和电阻率的异常体，相对于钻孔的位置完全对称，所产生的异常信号Z分量完全一致，单独采用Z分量确定异常体的位置，在理论上存在明显的缺陷。
图3示出了不同位置处等规模异常体纯异常信号X、Y、Z分量对比图，异常体由位置1变换到位置5时异常体产生的三个分量信号，垂直Z分量完全一致，X和Y分量形态变化剧烈，位置1时，Y分量信号基本为0，位置5时X分量基本为0，X和Y分量的幅值在0到Z分量幅值一半的范围内变化，在某些时刻，垂直分量与水平分量的差异能达到10倍以上。
若采用水平分量，则需要数据采集传感器具备极高的采集精度和极干净的测量环境，该测量环境包括施工地点的环境和仪器本身的电路环境，且测量过程中要绝对平稳。这是由于水平X方向信号和Y方向信号幅值本身极小，极容易淹没在各类噪声中，测量难度极大。同一套设备很难兼顾高精度、高分辨率与宽量程，要实现宽量程保证Z分量能十分精准测量，则必须牺牲掉一部分的测量精度，在某些方位上，X分量或Y分量信号幅度小，精度不高会导致信号失真；若采取高精度测量方案，在某些时刻上，Z分量的数值可能会超过仪器本身的量程，同一套设备无法在量程上和精度上同时满足。
煤矿井下电磁环境极为复杂，通风、电控、变电设备众多，功率远超瞬变电磁孔内探查设备，其电磁辐射范围覆盖整个矿井，高精度与高灵敏度信号检测难度极大，精确测量水平分量的难度很大。因此传统采用三分量测量的工作方式对于隐伏含水体的三维空间定位精度不高，成果难以采信，
发明内容
为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请提供一种多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法。
第一方面，提供一种多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法，包括：
获取目标区域布置的每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据；目标区域内布置有在空间上相互平行的多个钻孔，钻孔的数量不小于3个；每个钻孔中设置有多个测点，多个钻孔中编号相同的测点具有相同的深度；
根据每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据，得到每个钻孔对应的原始多测道图；原始多测道图包括多个曲线，每个曲线由某一采样时刻所有测点的瞬变电磁信号数据构成；
根据每个钻孔每个采样时刻下地层背景的视电阻率与背景信号之间的关系，确定每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号；
在每个钻孔对应的原始多测道图中去除每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号，得到每个钻孔对应的纯异常多测道图；纯异常多测道图包括多个曲线，每个曲线由某一采样时刻所有测点的异常数据构成；
基于每个钻孔对应的纯异常多测道图，提取所有钻孔中具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常数据，构成异常值序列Aki＝{abv1ki,abv2ki,…abvjki…abvqki}，其中，Aki为编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常值序列，abvjki为第j个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti的异常数据，q为钻孔的数量；
基于具有相同编号的测点在每个采样时刻对应的异常值序列，构建异常水体位置与异常值序列的方程式；
求解方程式，得到具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常水体位置，即异常水体的空间分布。
在一个实施例中，根据每个钻孔每个采样时刻下地层背景的视电阻率与背景信号之间的关系，确定每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号，包括：
计算采样时刻ti下地层背景的视电阻率
其中，M为钻孔中测点的数目，j为测点标号，ρs(i,j)为采样时刻ti下第j个测点采集的信号数据反映的电阻率值；
计算采样时刻ti下的背景信号Si：
其中，μ0为真空磁导率，P为发射磁距。
在一个实施例中，基于每个钻孔对应的纯异常多测道图，提取所有钻孔中具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常数据，构成异常值序列，包括：
步骤S51，基于每个钻孔对应的纯异常多测道图，确定每个钻孔中所有曲线的至少一个极大值点，以及极大值点对应的测点；极大值点的个数与异常水体的个数相同；
步骤S52，将针对每个钻孔得到的极大值点对应的测点，按照测点对应的深度由小到大进行排序，得到每个钻孔的极大值测点序列；
步骤S53，选取极大值测点序列的第一个测点，作为当前测点，确定当前测点的异常数据最大时的采样时刻，记为合适采样时刻ttop，并提取所有钻孔在当前测点处在合适采样时刻ttop下对应的异常数据，构成异常值序列；
步骤S54，返回步骤S53，选取极大值测点序列的下一个测点，作为当前测点；最终得到极大值测点序列的每个测点在合适采样时刻下的异常值序列；每个异常值序列，用于构建每个异常水体中心位置与每个异常值序列的方程式；方程式用于得到每个异常水体中心位置；
步骤S55，提取所有钻孔中极大值测点序列的每个测点在每个剩余采样时刻下对应的异常数据，构成极大值测点序列的每个测点在每个剩余采样时刻下的异常值序列；
步骤S56，提取所有钻孔中除了极大值测点序列中的测点以外的其他每个测点在每个采样时刻下对应的异常数据，构成其他每个测点在每个采样时刻下的异常值序列。
在一个实施例中，异常水体位置与异常值序列的方程式：
其中，(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)…(x(q-1),y(q-1))…(xq,yq)分别为各个钻孔轴线在XOY平面的坐标，q为钻孔的数量，(x0,y0)为异常水体位置，abv1ki,abv2ki，abv3ki…abv(q-1)ki，abvqki分别为各个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常数据。
第二方面，提供一种多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位装置，包括：
瞬变电磁信号获取模块，用于获取目标区域布置的每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据；目标区域内布置有在空间上相互平行的多个钻孔，钻孔的数量不小于3个；每个钻孔中设置有多个测点，多个钻孔中编号相同的测点具有相同的深度；
原始多测道图获取模块，用于根据每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据，得到每个钻孔对应的原始多测道图；原始多测道图包括多个曲线，每个曲线由某一采样时刻所有测点的瞬变电磁信号数据构成；
背景信号确定模块，用于根据每个钻孔每个采样时刻下地层背景的视电阻率与背景信号之间的关系，确定每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号；
纯异常多测道图获取模块，用于在每个钻孔对应的原始多测道图中去除每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号，得到每个钻孔对应的纯异常多测道图；纯异常多测道图包括多个曲线，每个曲线由某一采样时刻所有测点的异常数据构成；
异常值序列构建模块，用于基于每个钻孔对应的纯异常多测道图，提取所有钻孔中具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常数据，构成异常值序列Aki＝{abv1kq,abv2kq,…abvjkq…abvqki}，其中，Akq为编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常值序列，abvjki为第j个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti的异常数据，q为钻孔的数量；
方程式构建模块，用于基于具有相同编号的测点在每个采样时刻对应的异常值序列，构建异常水体位置与异常值序列的方程式；
求解模块，用于求解方程式，得到具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常水体位置，即异常水体的空间分布。
在一个实施例中，背景信号确定模块，还用于：
计算采样时刻ti下地层背景的视电阻率
其中，M为钻孔中测点的数目，j为测点标号，ρs(i,j)为采样时刻ti下第j个测点采集的信号数据反映的电阻率值；
计算采样时刻ti下的背景信号Si：
其中，μ0为真空磁导率，P为发射磁距。
在一个实施例中，异常值序列构建模块，还用于：
步骤S51，基于每个钻孔对应的纯异常多测道图，确定每个钻孔中所有曲线的至少一个极大值点，以及极大值点对应的测点；极大值点的个数与异常水体的个数相同；
步骤S52，将针对每个钻孔得到的极大值点对应的测点，按照测点对应的深度由小到大进行排序，得到每个钻孔的极大值测点序列；
步骤S53，选取极大值测点序列的第一个测点，作为当前测点，确定当前测点的异常数据最大时的采样时刻，记为合适采样时刻ttop，并提取所有钻孔在当前测点处在合适采样时刻ttop下对应的异常数据，构成异常值序列；
步骤S54，返回步骤S53，选取极大值测点序列的下一个测点，作为当前测点；最终得到极大值测点序列的每个测点在合适采样时刻下的异常值序列；每个异常值序列，用于构建每个异常水体中心位置与每个异常值序列的方程式；方程式用于得到每个异常水体中心位置；
步骤S55，提取所有钻孔中极大值测点序列的每个测点在每个剩余采样时刻下对应的异常数据，构成极大值测点序列的每个测点在每个剩余采样时刻下的异常值序列；
步骤S56，提取所有钻孔中除了极大值测点序列中的测点以外的其他每个测点在每个采样时刻下对应的异常数据，构成其他每个测点在每个采样时刻下的异常值序列。
在一个实施例中，异常水体位置与异常值序列的方程式：
其中，(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)…(x(q-1),y(q-1))…(xq,yq)分别为各个钻孔轴线在XOY平面的坐标，q为钻孔的数量，(x0,y0)为异常水体位置，abv1ki,abv2ki，abv3ki…abv(q-1)ki，abvqki分别为各个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常数据。
第三方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，以实现上述的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法。
第四方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，计算机程序/指令被处理器执行时，以实现上述的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：本申请为了提升探测结果的准确程度，采用多个钻孔进行联合探查，取得观测数据后，首先提取背景信号，获得含水异常产生的纯异常信号；通过寻找多个钻孔上相同深度上的极值，利用钻孔Z分量信号联合三维空间定位方法确定含水异常体中心位置，对其他深度和其他测量时间的异常信号开展类似处理，最终得到异常体空间分布结果；由于避免了使用信号强度比较小的X和Y分量，因此所获得的结果更加准确、可靠。
附图说明
本申请可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。在附图中：
图1示出了钻孔瞬变电磁技术探查含水体示意图；
图2示出了异常水体钻孔径向360度范围内等效示意图；
图3示出了不同位置处等规模异常体纯异常信号X、Y、Z分量对比图，其中(a)为位置1处产生异常信号三分量对比图，(b)为位置2处产生异常信号三分量对比图，(c)为位置3处产生异常信号三分量对比图，(d)为位置4处产生异常信号三分量对比图，(e)为位置5处产生异常信号三分量对比图；
图4示出了根据本申请实施例的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法的流程框图；
图5示出了每个钻孔对应的原始多测道图；
图6示出了纯异常多测道图；
图7示出了空间异常体信号源等效磁偶极子示意图；
图8示出了与钻孔方位相平行的直角坐标系；
图9示出了等效磁偶极子与钻孔的平面关系图；
图10示出了异常水体的空间大致分布图；
图11示出了单孔3个分量的反演结果与模型对比图；
图12示出了Z分量多孔数据联合反演结果与模型位置的对比图；
图13示出了多孔联系探查距离示意图；
图14示出了根据本申请实施例的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位装置的结构框图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本申请的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施例的不同而有所改变。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本申请，在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的装置结构，而省略了与本申请关系不大的其他细节。
应理解的是，本申请并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。在本文中，在可行的情况下，实施例可以相互组合、不同实施例之间的特征替换或借用、在一个实施例中省略一个或多个特征。
本申请提供一种单独采用垂直Z分量数据，多孔联合进行钻孔旁侧一定范围内隐伏水体三维空间定位的方法，解决现阶段利用单孔瞬变电磁探查无法比较准确定位含水体三维空间位置的问题。本申请以孔中瞬变电磁技术为基础，通过在已经布置的三个或更多钻孔中单独开展孔中瞬变电磁技术探查，只测量比较可靠的垂直Z分量信号，利用孔内不同测点之间信号的相关性，去除背景信号，只保留纯异常信号，而后根据不同钻孔中同一位置处异常信号的幅度，来对钻孔旁侧含水体进行三维空间定位。
本申请实施例提供一种多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法，图4示出了根据本申请实施例的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法的流程框图，参见图4，方法包括：
步骤S1，获取目标区域布置的每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据；目标区域内布置有在空间上相互平行的多个钻孔，钻孔的数量不小于3个；每个钻孔中设置有多个测点，多个钻孔中编号相同的测点具有相同的深度。
这里，在探测的目标区域按照一定间距布置多个在空间上相互平行的钻孔，多个钻孔在空间上一定程度包围待探查区域，待探查区域为至少一个异常水体所在区域。在每个钻孔中设置多个测点，多个钻孔中编号相同的测点具有相同的深度方便对比不同钻孔数据。钻孔中设置有电磁收发设备，用于获取每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据。
多个钻孔Z分量信号联合三维空间定位根据单个钻孔提取的异常信号及含水异常体等效磁矩来进行含水体异常的定位，在实际的实施过程中，至少需要3个及以上的钻孔共同完成定位。
步骤S2，根据每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据，得到每个钻孔对应的原始多测道图；原始多测道图包括多个曲线，每个曲线由某一采样时刻所有测点的瞬变电磁信号数据构成；图5示出了每个钻孔对应的原始多测道图。
步骤S3，根据每个钻孔每个采样时刻下地层背景的视电阻率与背景信号之间的关系，确定每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号；
步骤S4，在每个钻孔对应的原始多测道图中去除每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号，得到每个钻孔对应的纯异常多测道图；纯异常多测道图包括多个曲线，每个曲线由某一采样时刻所有测点的异常数据构成；图6示出了纯异常多测道图。
这里，背景信号的提取是本实施例的基础，设备/仪器所测量的信号包含两部分，由钻孔所处位置的岩层整体产生的背景信号和由独立的含水体所产生的异常信号，背景信号在不同的测量点上同样的采样时刻上基本一致，异常信号在不同测量点上同样的采样时刻上不同，异常信号会随着测量点逐渐接近异常含水体而逐渐增加、而后随着测点的远离逐渐减小直至消失，即背景信号是全测线范围内存在的，而异常信号只在测线上有限的测点上能接收到。
背景提取是建立在相邻测量点信号相关性的基础上，即：相邻的两个点测量的信号比较相似。实际测量过程用图1的模型简化，在钻孔内按照等间距布置多个测点，每个测点上测量一组随时间变化的信号序列。每个测点在40-100个时间点上各采集一个数，不同测点上采集数据的时间点完全相同，一个时间点在专业领域内称为一个时间道。以测点号/测点坐标为横轴，将不同测点上同一采样时间点上的数据用曲线连接，多个时间点上的曲线叠加在一张图上，即形成了所谓的多测道图，如图5所示。
对于正常的含煤地层，由于成煤的地质环境一般比较稳定，地层变化不大，在钻孔中不同测点测量时，相邻点信号相关性较大，表现在多测道图上，就是不同测点上同一时刻信号值的连线应该接近于一条水平直线，当探测环境中存在含水的异常体时，含水异常体所激发的信号叠加在近似的水平线上，形成‘凸起’，找到一条相对合理的水平基准线，其值即可视为该测量时刻的背景值。实测数据减去该背景值就可得到该纯异常值，如图6所示。
步骤S5，基于每个钻孔对应的纯异常多测道图，提取所有钻孔中具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常数据，构成异常值序列Aki＝{abv1ki,abv2ki,…abvjki…abvqki}，其中，Aki为编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常值序列，abvjki为第j个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti的异常数据，q为钻孔的数量；
步骤S6，基于具有相同编号的测点在每个采样时刻对应的异常值序列，构建异常水体位置与异常值序列的方程式。
步骤S7，求解方程式，得到具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常水体位置，即异常水体的空间分布。
该实施例中，采用背景信号提取，排除了测量环境的影响，只保留含水异常体产生的异常信号，解决了测量环境干扰的问题；采用异常信号的等效评估，将异常含水体产生的信号采用解析式简化，规避电磁场传播的复杂过程无法简单量化描述的问题，解决了异常信号幅值与距离之间的量化关系问题；采用多钻孔Z分量联合，解决了单个钻孔单分量无法解决的三维空间定位问题。
在一个实施例中，步骤S3中，根据每个钻孔每个采样时刻下地层背景的视电阻率与背景信号之间的关系，确定每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号，包括：
计算采样时刻ti下地层背景的视电阻率
其中，M为钻孔中测点的数目，j为测点标号，ρs(i,j)为采样时刻ti下第j个测点采集的信号数据反映的电阻率值；
这里，相邻测点具备相关性，同一时刻，不同测点应反映出相近的电学属性，即正常背景下同一时刻不同测点视电阻率值应该相近，可以用所有测点在某一时刻反映的电阻率的平均值来代表正常背景的影响。
钻孔瞬变电磁探查中，用视电阻率值反映地层的电性特征，视电阻率值与测量信号的关系如下：
其中，为采样时刻ti下第j个测点对应的钻孔轴向(Z方向)磁场强度随时间变化率，可以通过测量电压对发射电流和接收面积归一化得到。P为发射磁距，μ0为真空磁导率。
计算采样时刻ti下的背景信号Si：
其中，μ0为真空磁导率，P为发射磁距。
在一个实施例中，含水体异常信号等效评估是将复杂的电磁感应现象进行近似简化，以得到便于直接采用解析公式描述的模型。在供电期间，设备的发射部分在空间建立一个恒定的磁场，在发射部分停止供电后，由设备激发的空间磁场瞬间消失，但根据电磁感应定律，空间磁场不会立刻消失，介质中会感应出‘涡旋’电流以维持之前的磁场，‘涡旋’电流与介质电阻率相关且随着时间逐渐减弱直至消失，根据研究，涡旋电流产生的磁场可以用磁偶极子近似，图7示出了空间异常体信号源等效磁偶极子示意图，异常体中初始涡旋电流等效磁偶极子产生的磁场的近似表达式如下：
其中，PM是初始涡旋电流等效磁偶极子的磁矩，Hz是磁场的垂直分量，r是测量点距离磁偶极子的距离。
有上述公式可知，偶极子磁场强度和PM及r相关，由于二次场逐渐衰减，但同一时刻，二次场衰减程度相同，因此只需要在同一时刻比较不同钻孔中纯异常的幅值即可建立异常幅值与距离的比值关系。
由于异常体产生的涡旋电流逐渐缩减，因此涡旋电流在空间中产生的磁场也是逐渐衰减的，根据瞬变电磁信号衰减规律，回线源激发的磁场按照t-5/2的速度衰减，因此，二次场随时间变化变化的大致规律为：
其中，C是一个与总体围岩和异常体电性分布相关的系数，对于不同的测点和时刻t，该值为一个常数。
通过对感应涡流进行等价近似，采用磁偶极子场的解析式，就可以建立接收信号强度与接收距离、时间的关系，为异常体的三维空间定位技术提供基础。
偶极子位置(xo,yo)未知，平面空间中存在如下的几何关系：
其中，d(1),d(2)…d(q-1),d(q)分别为q个钻孔的相同测点与异常水体的距离；
根据上述可知，异常水体位置与异常值序列的方程式为：
其中，(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)…(x(q-1),y(q-1))…(xq,yq)分别为各个钻孔轴线在XOY平面的坐标，图8示出了与钻孔方位相平行的直角坐标系，q为钻孔的数量，(x0,y0)为异常水体位置，即偶极子位置，abv1ki,abv2ki，abv3ki…abv(q-1)ki，abvqki分别为各个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常数据。
在求解上述方程式时，若钻孔个数为3个时，方程式为2个方程控制2个未知数，有唯一解，当钻孔个数大于3个时，方程式为多个方程控制2个未知数，方程存在最小误差解，均可采用迭代法获取未知变量xo，yo的值，即异常水体的位置。
在一个实施例中，根据异常场的分布规律，纯异常信号的极大值与异常体所在的钻孔深度吻合，三个钻孔中纯异常信号的极大值点可确定一个平面，与含水体等效的磁偶极子中心点(可近似等效异常体的中心位置)必然位于该平面，图9示出了等效磁偶极子与钻孔的平面关系图。磁偶极子在空间产生磁场，根据偶极子在钻孔中最大幅值位置处的异常幅值，就可以确定偶极子的位置，即含水体异常的中心位置。因此该实施例中，步骤S5中基于每个钻孔对应的纯异常多测道图，提取所有钻孔中具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常数据，构成异常值序列，可以包括：
步骤S51，基于每个钻孔对应的纯异常多测道图，确定每个钻孔中所有曲线的至少一个极大值点，以及极大值点对应的测点；极大值点的个数与异常水体的个数相同。
这里，每个钻孔对应的纯异常多测道图包括多个采样时刻的多个曲线，多个曲线的分布趋势基本一致，可以基于多个曲线确定至少一个极大值范围，然后求取极大值范围的均值，作为一个极大值点。
步骤S52，将针对每个钻孔得到的极大值点对应的测点，按照测点对应的深度由小到大进行排序，得到每个钻孔的极大值测点序列；
步骤S53，选取极大值测点序列的第一个测点，作为当前测点，确定当前测点的异常数据最大时的采样时刻，记为合适采样时刻ttop，并提取所有钻孔在当前测点处在合适采样时刻ttop下对应的异常数据，构成异常值序列。这里，不同的钻孔同一个测点对应的异常数据最大时的采样时刻一致，记为合适采样时刻ttop。
步骤S54，返回步骤S53，选取极大值测点序列的下一个测点，作为当前测点；最终得到极大值测点序列的每个测点在合适采样时刻下的异常值序列；每个异常值序列，用于构建每个异常水体中心位置与每个异常值序列的方程式；方程式用于得到每个异常水体中心位置。
步骤S55，提取所有钻孔中极大值测点序列的每个测点在每个剩余采样时刻下对应的异常数据，构成极大值测点序列的每个测点在每个剩余采样时刻下的异常值序列；
步骤S56，提取所有钻孔中除了极大值测点序列中的测点以外的其他每个测点在每个采样时刻下对应的异常数据，构成其他每个测点在每个采样时刻下的异常值序列。
该实施例中，可以首先获取每个钻孔的测点序列，基于极大值测点序列和合适的采样时刻可以构建异常值序列；基于异常值序列构建用于求解至少一个异常水体的中心位置的方程式；然后，再根据其他测点在其他采样时刻的异常值序列，构建用于求解除了中心位置以外的其他位置的方程式。最终得到所有异常水体的整体空间分布。图10示出了异常水体的空间大致分布图。
图11示出了单孔3个分量的反演结果与模型对比图，图12示出了Z分量多孔数据联合反演结果与模型位置的对比图。空间位置上，单孔数据反演结果沿着钻孔呈‘圆弧’状分布，一部分与模型位置吻合，这主要是由Z分量计算的深度准确而水平分量X、Y确定的方位有一定误差造成，而采用Z分量多孔数据，反演结果规模大大收缩，位置基本与模型吻合，精确度明显提升。
采用单孔三分量测量方式，当下的探测距离一般小于30m，且精度受到限制，当采用Z分量多孔联合探查后，图13示出了多孔联系探查距离示意图。如图13所示，本申请的方法可以将精确探查的范围扩展到35m左右，大大提高探查定位精度并在一定程度上提升探查控制距离。
基于与多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法相同的发明构思，本实施例还提供与之对应的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位装置，图14示出了根据本申请实施例的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位装置的结构框图，装置包括：
瞬变电磁信号获取模块141，用于获取目标区域布置的每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据；目标区域内布置有在空间上相互平行的多个钻孔，钻孔的数量不小于3个；每个钻孔中设置有多个测点，多个钻孔中编号相同的测点具有相同的深度；
原始多测道图获取模块142，用于根据每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据，得到每个钻孔对应的原始多测道图；原始多测道图包括多个曲线，每个曲线由某一采样时刻所有测点的瞬变电磁信号数据构成；
背景信号确定模块143，用于根据每个钻孔每个采样时刻下地层背景的视电阻率与背景信号之间的关系，确定每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号；
纯异常多测道图获取模块144，用于在每个钻孔对应的原始多测道图中去除每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号，得到每个钻孔对应的纯异常多测道图；纯异常多测道图包括多个曲线，每个曲线由某一采样时刻所有测点的异常数据构成；
异常值序列构建模块145，用于基于每个钻孔对应的纯异常多测道图，提取所有钻孔中具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常数据，构成异常值序列Aki＝{abv1ki,abv2ki,…abvjki…abvqki}，其中，Aki为编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常值序列，abvjki为第j个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti的异常数据，q为钻孔的数量；
方程式构建模块146，用于基于具有相同编号的测点在每个采样时刻对应的异常值序列，构建异常水体位置与异常值序列的方程式；
求解模块147，用于求解方程式，得到具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常水体位置，即异常水体的空间分布。
本实施例的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位装置与上文的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法具有相同的发明构思，因此该装置的具体实施方式可见前文中的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法的实施例部分，且其技术效果与上述方法的技术效果相对应，这里不再赘述。
本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，以实现上述的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法。
本申请实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，计算机程序/指令被处理器执多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法。
综上，本申请具有以下技术效果：
本申请为了提升探测结果的准确程度，采用多个钻孔进行联合探查，取得观测数据后，首先提取背景信号，获得含水异常产生的纯异常信号；通过寻找多个钻孔上相同深度上的极值，利用钻孔Z分量信号联合三维空间定位方法确定含水异常体中心位置，对其他深度和其他测量时间的异常信号开展类似处理，最终得到异常体空间分布结果；由于避免了使用信号强度比较小的X和Y分量，因此所获得的结果更加准确、可靠。
以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法，其特征在于，包括：
获取目标区域布置的每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据；所述目标区域内布置有在空间上相互平行的多个钻孔，所述钻孔的数量不小于3个；每个所述钻孔中设置有多个测点，所述多个钻孔中编号相同的测点具有相同的深度；
根据所述每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据，得到每个钻孔对应的原始多测道图；所述原始多测道图包括多个曲线，每个所述曲线由某一采样时刻所有测点的瞬变电磁信号数据构成；
根据每个钻孔每个采样时刻下地层背景的视电阻率与背景信号之间的关系，确定每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号；
在所述每个钻孔对应的原始多测道图中去除所述每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号，得到每个钻孔对应的纯异常多测道图；所述纯异常多测道图包括多个曲线，每个所述曲线由某一采样时刻所有测点的异常数据构成；
基于所述每个钻孔对应的纯异常多测道图，提取所有钻孔中具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常数据，构成异常值序列Aki＝{abv1ki，abv2ki，...abvjki...abvqki}，其中，Aki为编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常值序列，abvjki为第j个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti的异常数据，q为钻孔的数量；
基于具有相同编号的测点在每个采样时刻对应的异常值序列，构建异常水体位置与所述异常值序列的方程式；
求解所述方程式，得到所述具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常水体位置，即异常水体的空间分布。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，根据每个钻孔每个采样时刻下地层背景的视电阻率与背景信号之间的关系，确定每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号，包括：
计算采样时刻ti下地层背景的视电阻率
其中，M为钻孔中测点的数目，j为测点标号，ρs(i，j)为采样时刻ti下第j个测点采集的信号数据反映的电阻率值；
计算采样时刻ti下的背景信号Si：
其中，μ0为真空磁导率，P为发射磁距。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，基于所述每个钻孔对应的纯异常多测道图，提取所有钻孔中具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常数据，构成异常值序列，包括：
步骤S51，基于所述每个钻孔对应的纯异常多测道图，确定每个钻孔中所有曲线的至少一个极大值点，以及所述极大值点对应的测点；所述极大值点的个数与异常水体的个数相同；
步骤S52，将针对每个钻孔得到的所述极大值点对应的测点，按照测点对应的深度由小到大进行排序，得到每个钻孔的极大值测点序列；
步骤S53，选取所述极大值测点序列的第一个测点，作为当前测点，确定所述当前测点的异常数据最大时的采样时刻，记为合适采样时刻ttop，并提取所有钻孔在所述当前测点处在所述合适采样时刻ttop下对应的异常数据，构成异常值序列；
步骤S54，返回步骤S53，选取所述极大值测点序列的下一个测点，作为当前测点；最终得到所述极大值测点序列的每个测点在合适采样时刻下的异常值序列；每个所述异常值序列，用于构建每个异常水体中心位置与每个所述异常值序列的方程式；所述方程式用于得到所述每个异常水体中心位置；
步骤S55，提取所有钻孔中所述极大值测点序列的每个测点在每个剩余采样时刻下对应的异常数据，构成所述极大值测点序列的每个测点在每个剩余采样时刻下的异常值序列；
步骤S56，提取所有钻孔中除了所述极大值测点序列中的测点以外的其他每个测点在每个采样时刻下对应的异常数据，构成其他每个测点在每个采样时刻下的异常值序列。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异常水体位置与所述异常值序列的方程式：
其中，(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)...(x(q-1)，y(q-1))...(xq，yq)分别为各个钻孔轴线在XOY平面的坐标，q为钻孔的数量，(x0，y0)为异常水体位置，abv1ki，abv2ki，abv3ki...abv(q-1)ki，abvqki分别为各个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常数据。
5.一种多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位装置，其特征在于，包括：
瞬变电磁信号获取模块，用于获取目标区域布置的每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据；所述目标区域内布置有在空间上相互平行的多个钻孔，所述钻孔的数量不小于3个；每个所述钻孔中设置有多个测点，所述多个钻孔中编号相同的测点具有相同的深度；
原始多测道图获取模块，用于根据所述每个钻孔中每个测点在多个采样时刻的瞬变电磁信号数据，得到每个钻孔对应的原始多测道图；所述原始多测道图包括多个曲线，每个所述曲线由某一采样时刻所有测点的瞬变电磁信号数据构成；
背景信号确定模块，用于根据每个钻孔每个采样时刻下地层背景的视电阻率与背景信号之间的关系，确定每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号；
纯异常多测道图获取模块，用于在所述每个钻孔对应的原始多测道图中去除所述每个钻孔对应的每个采样时刻下的背景信号，得到每个钻孔对应的纯异常多测道图；所述纯异常多测道图包括多个曲线，每个所述曲线由某一采样时刻所有测点的异常数据构成；
异常值序列构建模块，用于基于所述每个钻孔对应的纯异常多测道图，提取所有钻孔中具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常数据，构成异常值序列Aki＝{abv1ki，abv2ki，...abvjki...abvqki}，其中，Aki为编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常值序列，abvjki为第j个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti的异常数据，q为钻孔的数量；
方程式构建模块，用于基于具有相同编号的测点在每个采样时刻对应的异常值序列，构建异常水体位置与所述异常值序列的方程式；
求解模块，用于求解所述方程式，得到所述具有相同编号的测点在每个采样时刻的异常水体位置，即异常水体的空间分布。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述背景信号确定模块，还用于：
计算采样时刻ti下地层背景的视电阻率
其中，M为钻孔中测点的数目，j为测点标号，ρs(i,j)为采样时刻ti下第j个测点采集的信号数据反映的电阻率值；
计算采样时刻ti下的背景信号Si：
其中，μ0为真空磁导率，P为发射磁距。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述异常值序列构建模块，还用于：
步骤S51，基于所述每个钻孔对应的纯异常多测道图，确定每个钻孔中所有曲线的至少一个极大值点，以及所述极大值点对应的测点；所述极大值点的个数与异常水体的个数相同；
步骤S52，将针对每个钻孔得到的所述极大值点对应的测点，按照测点对应的深度由小到大进行排序，得到每个钻孔的极大值测点序列；
步骤S53，选取所述极大值测点序列的第一个测点，作为当前测点，确定所述当前测点的异常数据最大时的采样时刻，记为合适采样时刻ttop，并提取所有钻孔在所述当前测点处在所述合适采样时刻ttop下对应的异常数据，构成异常值序列；
步骤S54，返回步骤S53，选取所述极大值测点序列的下一个测点，作为当前测点；最终得到所述极大值测点序列的每个测点在合适采样时刻下的异常值序列；每个所述异常值序列，用于构建每个异常水体中心位置与每个所述异常值序列的方程式；所述方程式用于得到所述每个异常水体中心位置；
步骤S55，提取所有钻孔中所述极大值测点序列的每个测点在每个剩余采样时刻下对应的异常数据，构成所述极大值测点序列的每个测点在每个剩余采样时刻下的异常值序列；
步骤S56，提取所有钻孔中除了所述极大值测点序列中的测点以外的其他每个测点在每个采样时刻下对应的异常数据，构成其他每个测点在每个采样时刻下的异常值序列。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述异常水体位置与所述异常值序列的方程式：
其中，(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)...(x(q-1)，y(q-1))...(xq，yq)分别为各个钻孔轴线在XOY平面的坐标，q为钻孔的数量，(x0，y0)为异常水体位置，abv1ki，abv2ki，abv3ki...abv(q-1)ki，abvqki分别为各个钻孔中编号为k的测点在采样时刻ti对应的异常数据。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，以实现权利要求1-4任意一项所述的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时，以实现权利要求1-4任意一项所述的多钻孔联合的瞬变电磁探查异常水体三维空间定位方法。
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