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一种路基岩溶及采空区的综合探测方法及系统

阅读：165发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种路基岩溶及采空区的综合探测方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开提供了一种路基岩溶及采空区的综合探测方法及系统，利用地震波法和可控源法对大范围、深部的路基岩溶及采空区进行普查，进行远距离粗略探测；利用探地雷达法、瞬变电磁法、跨孔高密度电法和地表高密度电法进行近距离精细探测；将上述探测方法的探测结果作为先验信息，进行约束反演；然后通过钻孔对反演结果进行验证；对钻孔扩大孔径，探入三维激光扫描仪进行岩溶及采空区扫描；本公开实现了路基岩溶及采空区的多地球物理方法综合探测，加入先验约束反演，降低反演多解性，提高反演精度，并且通过三维激光钻孔扫描仪对岩溶及采空区进行扫描，实现了对路基岩溶及采空区的精确定位、范围大小以及填充物的探测。，下面是一种路基岩溶及采空区的综合探测方法及系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种路基岩溶及采空区的综合探测方法，其特征在于，步骤如下：
(1)结合探测区域的地质资料和钻探资料，进行地质分析，确定探测方法；
(2)进行远距离粗略探测：利用地震波法和可控源法对大范围、深部的路基岩溶及采空区进行普查；
(3)进行近距离精细探测：利用探地雷达法、瞬变电磁法、跨孔高密度电法和地表高密度电法对小范围、浅部的路基岩溶及采空区进行精细刻画；
(4)将地震波法、可控源法、探地雷达法、瞬变电磁法和跨孔高密度电法的探测结果作为先验信息，加入到地表高密度电法的反演方程中，进行约束反演，得到溶岩及采空区的定位、范围及填充物信息；
(5)判断由反演结果是否能圈定岩溶及采空区的定位、范围及填充物信息，如若不能则返回步骤(1)；
(6)如若能，则设计钻孔，对反演显示的岩溶及采空区的区域进行钻孔探测，进行对比验证，若钻孔验证结果与反演结果不符，则返回步骤(1)；
(7)如若钻孔验证结果与反演结果相符，则进行钻孔扩孔，探入三维激光钻孔扫描仪；
(8)对岩溶及采空区进行三维激光扫描，确定岩溶及采空区空间形态，指导路基施工。
2.如权利要求1所述的路基岩溶及采空区的综合探测方法，其特征在于，步骤(2)中，对于地震波法，采用人工震源进行激振，在路基测量区域布置多条测线，每条测线24道检波器，偏移距10m，道间距1m，任意一条测线的反射波信息多次覆盖。
3.如权利要求1所述的路基岩溶及采空区的综合探测方法，其特征在于，步骤(2)中，对于可控源法，由可控源接收发射机向路基测区发射电场信号和磁场信号，用不同的采样频率和采样长度对电场信号和磁场信号进行采样，得到相应的电磁场信息。
4.如权利要求1所述的路基岩溶及采空区的综合探测方法，其特征在于，步骤(3)中，对于探地雷达法，由200MHZ探地雷达发射机发射电磁波信号，对范围深度为1m-30m范围内的路基测区进行测量，接收电磁波反射信号，分析其频率、振幅与相位变化。
5.如权利要求1所述的路基岩溶及采空区的综合探测方法，其特征在于，步骤(3)中，对于瞬变电磁法，在路基测区范围内，布置不接地回线，通过供电向地下产生一次脉冲磁场，由接收线圈接收一次场在地下介质中引起的二次感应涡流场，测量深度范围为1m-40m。
6.如权利要求1所述的路基岩溶及采空区的综合探测方法，其特征在于，步骤(3)中，对于跨孔高密度电法，钻孔孔径12cm，孔深20m，钻孔间距20m，钻孔数量由测区范围决定，采用温纳-施伦贝谢测量装置进行处理。
7.如权利要求1所述的路基岩溶及采空区的综合探测方法，其特征在于，步骤(3)中，对于地表高密度电法，在路基探测范围内，布置至少三条高密度电法测线，采用温纳-施伦贝谢测量装置进行测量，测量深度范围为1m-30m，得到视电阻率。
8.如权利要求1所述的路基岩溶及采空区的综合探测方法，其特征在于，步骤(4)中，所述先验信号包括但不限于边界信息和电性信息，将所述先验信息加入到地表高密度电法的反演方程中，降低反演的多解性，进行约束反演，提高反演的精度，得到溶岩及采空区的定位、范围及填充物信息。
9.如权利要求1所述的路基岩溶及采空区的综合探测方法，其特征在于，步骤(8)中，进行钻孔扩孔，使其直径大于三维激光钻孔扫描仪的最大直径，然后探入三维激光钻孔扫描仪，对岩溶及采空区进行三维精细扫描。
10.一种路基岩溶及采空区的综合探测系统，其特征在于，包括：
探测方法确定模块，被配置为：结合探测区域的地质资料和钻探资料，进行地质分析，确定探测方法；
远距离粗略探测模块，被配置为：利用地震波法和可控源法对大范围、深部的路基岩溶及采空区进行普查；
近距离精细探测模块，被配置为：利用探地雷达法、瞬变电磁法、跨孔高密度电法和地表高密度电法对小范围、浅部的路基岩溶及采空区进行精细刻画；
约束反演模块，被配置为：将地震波法、可控源法、探地雷达法、瞬变电磁法和跨孔高密度电法的探测结果作为先验信息，加入到地表高密度电法的反演方程中，进行约束反演，得到溶岩及采空区的定位、范围及填充物信息；
反演结果判断模块，被配置为：判断由反演结果是否能圈定岩溶及采空区的定位、范围及填充物信息，如若不能则利用探测方法确定模块重新开始探测；
钻孔验证模块，被配置为：反演结果如果能圈定岩溶及采空区的定位、范围及填充物信息，则设计钻孔，对反演显示的岩溶及采空区的区域进行钻孔探测，进行对比验证，若钻孔验证结果与反演结果不符，则利用探测方法确定模块重新开始探测；
三维激光扫描模块，被配置为：如若钻孔验证结果与反演结果相符，则进行钻孔扩孔，探入三维激光钻孔扫描仪，对岩溶及采空区进行三维激光扫描，确定岩溶及采空区空间形态，指导路基施工。

说明书全文

一种路基岩溶及采空区的综合探测方法及系统

技术领域

[0001] 本公开涉及路基岩溶及采空区的探测技术领域，特别涉及一种路基岩溶及采空区的综合探测方法及系统。

背景技术

[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

[0003] 随着我国国民经济的发展和综合国力的提高，我国铁路、公路等建设工程项目也迅猛发展，大量的路基建设场地跨越含有地下空洞的区域，如岩溶洞穴、煤矿采空区等。在修筑公路的过程中，岩溶和采空区是危害路基稳定性的主要因素。

[0004] 因此，探明路基场地的岩溶及采空区的位置及大小对工程质量和安全有重要意义。目前常用的岩溶及采空区的探测方法有：地震波法、探地雷达法、瞬变电磁法、声波CT法、陆地声呐法、电法等。对路基岩溶及采空区的探测而言，主要任务有两个：(1)探明岩溶及采空区的位置；(2)圈定岩溶及采空区的范围及填充物。

[0005] 本公开发明人发现，目探测路基岩溶及采空区仍面临以下问题：(1)单独任意一种地球物理方法，在大范围的路基场地测量中，其探测深度受限、精确度差，以及受物性差异影响大；(2)目前用于路基岩溶及采空区的综合探测方法大部分为多种单一地球物理方法的单独探测，然后对所得数据进行人为解译，很少有将某一种或多种探测结果作为先验信息加入到其他探测反演方程中去进行解译；(3)对于大部分岩溶及采空区探测而言，基本都有钻孔来验证反演结果，但缺少对于岩溶及采空区的三维扫描。

发明内容

[0006] 为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种路基岩溶及采空区的综合探测方法及系统，将多种方法探测的结果作为先验信息加入到高密度电法反演方程中，使反演精度更高，对岩溶和采空区进行范围定位，配合三维激光钻孔扫描仪，更加精确的获取岩溶及采空区的空间形态，实现了对路基岩溶及采空区的精确定位、范围大小以及填充物的探测，对路基施工有较好的指导意义。

[0007] 为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

[0008] 本公开第一方面提供了一种路基岩溶及采空区的综合探测方法。

[0009] 一种路基岩溶及采空区的综合探测方法，步骤如下：

[0010] (1)结合探测区域的地质资料和钻探资料，进行地质分析，确定探测方法；

[0011] (2)进行远距离粗略探测：利用地震波法和可控源法对大范围、深部的路基岩溶及采空区进行普查；

[0012] (3)进行近距离精细探测：利用探地雷达法、瞬变电磁法、跨孔高密度电法和地表高密度电法对小范围、浅部的路基岩溶及采空区进行精细刻画；

[0013] (4)将地震波法、可控源法、探地雷达法、瞬变电磁法和跨孔高密度电法的探测结果作为先验信息，加入到地表高密度电法的反演方程中，进行约束反演，得到溶岩及采空区的定位、范围及填充物信息；

[0014] (5)判断由反演结果是否能圈定岩溶及采空区的定位、范围及填充物信息，如若不能则返回步骤(1)；

[0015] (6)如若能，则设计钻孔，对反演显示的岩溶及采空区的区域进行钻孔探测，进行对比验证，若钻孔验证结果与反演结果不符，则返回步骤(1)；

[0016] (7)如若钻孔验证结果与反演结果相符，则进行钻孔扩孔，探入三维激光钻孔扫描仪；

[0017] (8)对岩溶及采空区进行三维激光扫描，确定岩溶及采空区空间形态，指导路基施工。

[0018] 作为可能的一些实现方式，步骤(2)中，对于地震波法，采用人工震源进行激振，在路基测量区域布置多条测线，每条测线24道检波器，偏移距10m，道间距1m，任意一条测线的反射波信息多次覆盖。

[0019] 作为可能的一些实现方式，步骤(2)中，对于可控源法，由可控源接收发射机向路基测区发射电场信号和磁场信号，用不同的采样频率和采样长度对电场信号和磁场信号进行采样，得到相应的电磁场信息。

[0020] 作为可能的一些实现方式，步骤(3)中，对于探地雷达法，由200MHZ探地雷达发射机发射电磁波信号，对范围深度为1m-30m范围内的路基测区进行测量，接收电磁波反射信号，分析其频率、振幅与相位变化。

[0021] 作为可能的一些实现方式，步骤(3)中，对于瞬变电磁法，在路基测区范围内，布置不接地回线，通过供电向地下产生一次脉冲磁场，由接收线圈接收一次场在地下介质中引起的二次感应涡流场，测量深度范围为1m-40m。

[0022] 作为可能的一些实现方式，步骤(3)中，对于跨孔高密度电法，钻孔孔径12cm，孔深20m，钻孔间距20m，钻孔数量由测区范围决定，采用温纳-施伦贝谢测量装置进行处理。

[0023] 作为可能的一些实现方式，步骤(3)中，对于地表高密度电法，在路基探测范围内，布置至少三条高密度电法测线，采用温纳-施伦贝谢测量装置进行测量，测量深度范围为1m-30m，得到视电阻率。

[0024] 作为可能的一些实现方式，步骤(4)中，所述先验信号包括但不限于边界信息和电性信息，将所述先验信息加入到地表高密度电法的反演方程中，降低反演的多解性，进行约束反演，提高反演的精度，得到溶岩及采空区的定位、范围及填充物信息。

[0025] 作为可能的一些实现方式，步骤(8)中，进行钻孔扩孔，使其直径大于三维激光钻孔扫描仪的最大直径，然后探入三维激光钻孔扫描仪，对岩溶及采空区进行三维精细扫描。

[0026] 本公开第二方面提供了一种路基岩溶及采空区的综合探测系统。

[0027] 一种路基岩溶及采空区的综合探测系统，包括：

[0028] 探测方法确定模块，被配置为：结合探测区域的地质资料和钻探资料，进行地质分析，确定探测方法；

[0029] 远距离粗略探测模块，被配置为：利用地震波法和可控源法对大范围、深部的路基岩溶及采空区进行普查；

[0030] 近距离精细探测模块，被配置为：利用探地雷达法、瞬变电磁法、跨孔高密度电法和地表高密度电法对小范围、浅部的路基岩溶及采空区进行精细刻画；

[0031] 约束反演模块，被配置为：将地震波法、可控源法、探地雷达法、瞬变电磁法和跨孔高密度电法的探测结果作为先验信息，加入到地表高密度电法的反演方程中，进行约束反演，得到溶岩及采空区的定位、范围及填充物信息；

[0032] 反演结果判断模块，被配置为：判断由反演结果是否能圈定岩溶及采空区的定位、范围及填充物信息，如若不能则利用探测方法确定模块重新开始探测；

[0033] 钻孔验证模块，被配置为：反演结果如果能圈定岩溶及采空区的定位、范围及填充物信息，则设计钻孔，对反演显示的岩溶及采空区的区域进行钻孔探测，进行对比验证，若钻孔验证结果与反演结果不符，则利用探测方法确定模块重新开始探测；

[0034] 三维激光扫描模块，被配置为：如若钻孔验证结果与反演结果相符，则进行钻孔扩孔，探入三维激光钻孔扫描仪，对岩溶及采空区进行三维激光扫描，确定岩溶及采空区空间形态，指导路基施工。

[0035] 与现有技术相比，本公开的有益效果是：

[0036] 1、本公开采用“粗略探测和精细化探测相结合、远距离探测和近距离探测相结合、多种地球物理方法约束反演解译”的探测思想，利用地表高密度电法、跨孔高密度电法、探地雷达法、瞬变电磁法、可控源法、地震波法多种地球物理方法联合探测，将多种地球物理的探测结果作为先验信息施加到高密度电法的反演方程中，减少了反演多解性，增加了反演准确性，实现了对路基岩溶及采空区的精确定位、范围大小以及填充物的探测，对路基施工有较好的指导意义。

[0037] 2、本公开对探测结果进行钻孔验证，用三维激光钻孔扫描仪进行路基岩溶及采空区的空间形态成像，与探测结果相互印证，进一步的提高了探测的准确度。

[0038] 3、本公开所述的内容与单一的地球物理探测方法相比，多地球物理方法综合探测对路基岩溶及采空区的定位以及范围圈定更加准确。

[0039] 4、本公开将探地雷达法、瞬变电磁法、可控源法、地震波法和跨孔高密度电法等采集信息作为先验信息加入反演方程，降低反演多解性，对路基岩溶及采空区边界的刻画以及定位更加准确可靠。

[0040] 5、本公开采用三维激光钻孔扫描仪进行路基岩溶及采空区的空间形态成像，使得探测结果更加真实。附图说明

[0041] 图1为本公开实施例1提供的路基岩溶及采空区的综合探测方法的流程示意图。

[0042] 图2为本公开实施例1提供的反演流程示意图。

具体实施方式

[0043] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0044] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0045] 在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0046] 实施例1：

[0047] 如图1所示，本公开实施例1提供了一种路基岩溶及采空区的综合探测方法，具体步骤如下：

[0048] (1)结合探测区域的地质资料、钻探资料，进行地质分析，确定探测方法[0049] (2)进行远距离粗略探测；利用地震波法和可控源法对大范围、深部的路基岩溶及采空区进行普查；

[0050] 对于地震波法采用人工震源进行激振，在路基测量区域布置多条测线，每条测线24道检波器，偏移距10m，道间距1m，任意一条测线的反射波信息多次覆盖；

[0051] 对于可控源法，由可控源接收发射机向路基测区发射电场信号和磁场信号，用不同的采样频率和采样长度对电场信号和磁场信号进行采样，得到相应的电磁场信息，通过以上两种方法来推断大范围、深部的岩溶及采空区的边界和电性构造；

[0052] (3)进行近距离精细探测；利用探地雷达法、瞬变电磁法、跨孔高密度电法和地表高密度电法对小范围、浅部的路基岩溶及采空区进行精细刻画；

[0053] 对于探地雷达法，由200MHZ探地雷达发射机发射电磁波信号，对范围深度为1-30m范围内的路基测区进行测量，接收电磁波反射信号，分析其频率、振幅与相位变化；

[0054] 对于瞬变电磁法，在路基测区范围内，布置不接地回线，通过供电向地下产生一次脉冲磁场，由接收线圈接收一次场在地下介质中引起的二次感应涡流场，测量深度范围为1-40m范围。

[0055] 对于跨孔高密度电法，钻孔孔径12cm，孔深20m，钻孔间距20m，钻孔数量由测区范围决定，采用温纳-施伦贝谢测量装置进行处理。

[0056] 对于高密度电法，在路基探测范围内，布置3条或更多的高密度电法测线，采用温纳-施伦贝谢测量装置进行测量，测量深度范围为1-30m，得到视电阻率。

[0057] 由以上四种方法推断小范围、浅部的路基岩溶及采空区的几何特性、电性特性和填充物；

[0058] (4)如图2所示，将地震波法、可控源法、探地雷达法、瞬变电磁法和跨孔高密度电法得到探测结果作为先验信息，包括：边界信息、电性信息等，加入到地表高密度电法的反演方程中，降低反演的多解性，进行约束反演，提高反演的精度，得到溶岩及采空区的定位、范围及填充物等信息；

[0059] (5)判断由反演结果是否能圈定岩溶及采空区的定位、范围及填充物等信息。如若不能则返回步骤(1)；

[0060] (6)如若能，则设计钻孔，对反演显示的岩溶及采空区的区域进行钻孔探测，进行对比验证；若钻孔验证结果与反演结果不符，则返回步骤(1)；

[0061] (7)如若钻孔验证结果与反演结果相符，则进行钻孔扩孔，使其直径大于三维激光钻孔扫描仪的最大直径，然后探入三维激光钻孔扫描仪；

[0062] (8)对岩溶及采空区进行三维激光扫描，确定岩溶及采空区空间形态，指导路基施工。

[0063] 实施例2：

[0064] 本公开实施例2提供了一种路基岩溶及采空区的综合探测系统，包括：

[0065] 探测方法确定模块，被配置为：结合探测区域的地质资料和钻探资料，进行地质分析，确定探测方法；

[0066] 远距离粗略探测模块，被配置为：利用地震波法和可控源法对大范围、深部的路基岩溶及采空区进行普查；

[0067] 近距离精细探测模块，被配置为：利用探地雷达法、瞬变电磁法、跨孔高密度电法和地表高密度电法对小范围、浅部的路基岩溶及采空区进行精细刻画；

[0068] 约束反演模块，被配置为：将地震波法、可控源法、探地雷达法、瞬变电磁法和跨孔高密度电法的探测结果作为先验信息，加入到地表高密度电法的反演方程中，进行约束反演，得到溶岩及采空区的定位、范围及填充物信息；

[0069] 反演结果判断模块，被配置为：判断由反演结果是否能圈定岩溶及采空区的定位、范围及填充物信息，如若不能则利用探测方法确定模块重新开始探测；

[0070] 钻孔验证模块，被配置为：反演结果如果能圈定岩溶及采空区的定位、范围及填充物信息，则设计钻孔，对反演显示的岩溶及采空区的区域进行钻孔探测，进行对比验证，若钻孔验证结果与反演结果不符，则利用探测方法确定模块重新开始探测；

[0071] 三维激光扫描模块，被配置为：如若钻孔验证结果与反演结果相符，则进行钻孔扩孔，探入三维激光钻孔扫描仪，对岩溶及采空区进行三维激光扫描，确定岩溶及采空区空间形态，指导路基施工。

[0072] 以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

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