一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法及系统与流程

1.本发明涉及勘测技术领域，具体涉及一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法及系统。


背景技术：

2.孔中瞬变电磁法是在传统测井技术和矿井瞬变电磁法的基础上提出来的，结合两者优点，在钻孔有限空间中进行全方位瞬变电磁探测，达到利用煤矿井下钻孔并了解钻孔岩性及其周边富水性、构造等问题的目的。将矿井瞬变电磁法应用于钻孔内，来对钻孔周围地质情况进行探查的方式与传统瞬变电磁法相比较，其优势主要体现在以下3个方面：（1）钻孔内瞬变电磁法探测，能够避开巷道金属支护等带来的干扰，提高瞬变电磁信号信噪比；（2）将探头送入钻孔内探测，更接近异常体，异常信息距离短，损耗小，二次场扩散小，分辨率更高；（3）钻孔由于“一孔之间”未揭露的水害异常可以被孔中瞬变电磁法发现，扩大了钻孔控制半径，提高了钻孔利用率。
3.然而，目前孔中瞬变电磁法探测技术仍存在一些技术问题：（1）钻孔内探测属于全空间响应，异常体相对于探头的方位不同，瞬变电磁信号响应曲线也会不同，甚至会出现不利于电阻率值计算的负向响应；而在相关技术中，比如申请公布号为cn104090306a的中国发明专利申请文献所提出的一种煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法中，在进行异常体定位过程中无法有效利用负向响应；（2）仅能定位异常体所在钻孔的大概角度，而对异常体离孔中心的距离无法确定。以上这些技术难题制约了钻孔瞬变电磁法的使用范围和效率。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于如何通过三维展开处理方法在异常体定位过程中将负向响应转化为有利于电阻率值计算的有效信息。
5.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：本发明提出了一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，所述方法包括：采集待测钻孔内各测点的测量信息，所述测量信息包括二次场感应电动势以及横滚角度；针对每一测点，以所述横滚角度为横坐标、以所述二次场感应电动势为纵坐标，建立展开图；在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息。
6.进一步地，所述采集待测钻孔内各测点的测量信息，包括：在利用推送杆将瞬变电磁探测装置送入和/或退出所述待测钻孔过程中，按照设定的步距进行点测，获取各测点的测量信息。
7.进一步地，所述瞬变电磁探测装置与所述推送杆为可转动连接，所述方法还包括：
利用所述推送杆将所述瞬变电磁探测装置推送或退出至某一测点位置时，旋转所述瞬变电磁探测装置指定角度，对该测点位置的钻孔侧向信息进行测量。
8.进一步地，在所述采集待测钻孔内各测点的测量信息之前，所述方法还包括：以横滚角γ为0
°
时，右侧为90
°
，左侧为-90
°
，标定瞬变电磁探测装置竖直向上为0度、竖直向下+-180度，建立第一坐标系；设定第一接收线圈沿水平面垂直于所述瞬变电磁探测装置的轴向且向右为所述第一坐标系x轴正向，第二接收线圈垂直于水平面向上为所述第一坐标系z轴正向；将铁器作为已知异常体放置于所述第一坐标系的任一象限，通过所述第一接收线圈和所述第二接收线圈分别测量x分量感应电动势和z分量感应电动势；在所述x分量感应电动势和/或所述z分量感应电动势与该象限不符时，调整所述x分量的方向和/或所述z分量的方向，使感应电动势的方向与该象限相符。
9.进一步地，在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息，包括：在所述展开图中某一分量电动势信号为负向响应时，对所述横滚角度进行变换，以将为负向响应的电动势信号转换为正向响应，其中，所述横滚角度的变换公式为：当0
°
《γ《180
°
，γ’=γ-180
°
当-180
°
《γ《0
°
，γ’=180
°
+γ式中：γ表示实测横滚角度，γ’表示变换后的横滚角度。
10.进一步地，对于正向响应的感应电动势信号的处理，所述方法还包括：将正向响应的感应电动势信号划分为高电压区域和低电压区域；分别对高电压区域和低电压区域进行插值操作，将相应区域内的多测点平滑连接，形成多测道曲线。
11.进一步地，在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息之后，所述方法还包括：基于所有测点的测量变换信息，对异常体的方位及距离进行定位，包括：基于所有测点的测量变换信息，形成一个以钻孔为中心的三维电动势数据；基于所述三维电动势数据，对异常体的方位及距离进行定位。
12.进一步地，所述基于所有测点的测量变换信息，形成一个以钻孔为中心的三维电动势数据，包括：以所述第一坐标系中x轴为变换后的横滚角γ’、y轴为孔深或实际进尺、z轴为变换后的感应电动势值，建立第二坐标系；在所述第二坐标系中，将所有测点的测量变换信息沿待测钻孔孔深方向按照设定间距进行组合，得到将待测钻孔以横滚角方式展开后的三维电动势数据。
13.进一步地，所述基于所述三维电动势数据，对异常体的方位及距离进行定位，包括：利用已知的电阻率计算方法对所述三维电动势数据进行处理，得到所有测点的电阻率二维、三维空间分布，计算得到以钻孔为中心的三维电阻率数据体；将所述三维电阻率数据体按照任意指定横滚角度提取二维电阻率值剖面；基于所述二维电阻率值剖面，确定待测钻孔任意指定方位、任意指定距离的地质
情况。
14.此外，本发明还提出了一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理系统，所述系统包括：采集模块，用于采集待测钻孔内各测点的测量信息，所述测量信息包括二次场感应电动势以及横滚角度；展开图构建模块，用于针对每一测点，以所述横滚角度为横坐标、以所述二次场感应电动势为纵坐标，建立展开图；电动势变换模块，用于在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息。
15.进一步地，所述系统还包括标定模块，所述标定模块包括：第一坐标系建立单元，用于以横滚角γ为0
°
时，右侧为90
°
，左侧为-90
°
，瞬变电磁探测装置竖直向上为0度、竖直向下+-180度，建立第一坐标系；设定单元，用于设定第一接收线圈沿水平面垂直于所述瞬变电磁探测装置的轴向且向右为所述第一坐标系x轴正向，第二接收线圈垂直于水平面向上为所述第一坐标系z轴正向；测量单元，用于将铁器作为已知异常体放置于所述第一坐标系的任一象限，通过所述第一接收线圈和所述第二接收线圈分别测量x分量感应电动势和z分量感应电动势；标定单元，用于在所述x分量感应电动势和/或所述z分量感应电动势与该象限不符时，调整所述x分量的方向和/或所述z分量的方向以与该象限相符。
16.本发明的优点在于：（1）本发明针对钻孔内每一测点的测量信息，原始测量信号横坐标为时间、纵坐标为二次场感应电动势，通过以横滚角度为横坐标、以二次场感应电动势为纵坐标，建立展开图，在展开图中若存在电动势信号为负向响应时，则利用横滚角度变换公式将该电动势信号变换为有利于电阻率值计算的有效信息即正向响应，以便于基于所有测点的电动势信号对异常体的方位及距离进行定位。
17.（2）本发明中将负向的电动势信号转换成正向的电动势信号，与原本就是正向的电动势信号结合来确定异常体的方位及距离探测装置的距离，通过将钻孔以横滚角方式展开后，从根本上解决了钻孔瞬变电磁法探测负感应电动势响应的处理问题，通过充分有效的利用负向的电动势信号，提高异常体定位的准确性，解决了全空间响应导致的异常方位定位不准的技术问题。
18.（3）本发明在采集待测钻孔内各测点的测量信息之前，先对探测装置进行标定，以确保探测装置可以准确采集各测点的测量信息。
19.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.图1是本发明一实施例提出的一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法的流程示意图；图2是本发明一实施例中对偶发射线圈的结构示意图；图3是本发明一实施例中整个探测装置进入钻孔后的正视图；
图4是本发明一实施例中探测精度与探测次数对应矢量分解图；图5是本发明一实施例中孔中瞬变出现负向响应信号的原因及其变换原理图；图6是本发明一实施例中实际测量示意图；图7是本发明一实施例中负向信号根据横滚角度变化示意图；图8是本发明一实施例中插值原则示意图；图9是本发明一实施例中测点一的二次场原始的感应电动势曲线规律图；图10是本发明一实施例中测点二的二次场原始的感应电动势曲线规律图；图11是本发明一实施例中测点二变换后的横滚角展开图；图12是本发明一实施例中测点三的二次场原始的感应电动势曲线规律图；图13是本发明一实施例中测点三变换后的横滚角展开图；图14是本发明一实施例中测点四的二次场原始的感应电动势曲线规律图；图15是本发明一实施例中测点四变换后的横滚角展开图；图16是本发明一实施例中测点五的二次场原始的感应电动势曲线规律图；图17是本发明一实施例中测点五变换后的横滚角展开图；图18是本发明一实施例中所有测点的三维空间分布图；图19是本发明一实施例中钻孔以横滚角-150
°
提取的二维切片图；图20是本发明一实施例中钻孔以横滚角30
°
提取的二维切片图；图21是本发明一实施例提出的一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理系统的结构示意图。
具体实施方式
21.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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图1所示，本发明第一实施例提出了一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，所述方法包括以下步骤：s10、采集待测钻孔内各测点的测量信息，所述测量信息包括二次场感应电动势以及横滚角度；s20、针对每一测点，以所述横滚角度为横坐标、以所述二次场感应电动势为纵坐标，建立展开图；s30、在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息。
23.本实施例可以采用瞬变电磁探测装置实现对待测钻孔内各测点的测量，针对钻孔内每一测点的测量信息，以横滚角度为横坐标、以二次场感应电动势为纵坐标，建立展开图，在展开图中若存在电动势信号为负向响应时，则利用横滚角度变换公式将该电动势信号变换为正向响应，从而可基于所有测点的电动势信号对异常体的方位及距离进行定位。
24.在一实施例中，本实施例中在采集待测钻孔内各测点的信息时，采用推送杆和瞬变电磁探测装置，所述瞬变电磁探测装置与所述推送杆为可转动连接，所述瞬变电磁探测
装置包括对偶发射线圈、横滚角测量部件、孔中瞬变采集部件和至少两个接收线圈，两个接收线圈之间具有夹角；对偶发射线圈与发射机连接，接收线圈与接收机连接。
25.其中，所述横滚角测量部件可采用倾斜仪或电子罗盘等，孔中瞬变采集部件可采用ad采集装置，瞬变电磁探测装置与推送杆具体采用螺纹连接。
26.具体地，对偶发射线圈的结构图如图2所示，对偶发射线圈指通过将2个同轴的发射线圈放置在柱体内，并通以反向的电流，其中实线表示对偶发射线圈走线示意，实线箭头表示电流方向。按照右手螺旋定律，发射线圈会形成虚线所示的磁场，虚线箭头表示磁力线方向。这种对偶发射线圈就相当于在柱体中心有一个类似于点电源的磁场源，向钻孔半径方向发射一次场。
27.与相关技术中将发射装置放置在钻孔孔口处不同的是，本实施例采用的瞬变电磁探测装置整体呈圆柱形状，并且与推送杆为可转动连接，在进行点测时，可利用推送杆将瞬变电磁测量装置送入钻孔内，并在进入和/或退出钻孔的过程中进行点测。
28.图3为整个装置进入钻孔后的正视图，以横滚角γ为0
°
时，右侧为90度，左侧为-90度，装置竖直向上为0度，向下为+-180度，建立第一坐标系统。
29.两个接收线圈中，第一接收线圈用于测量感应电动势x分量，第一接收线圈沿水平面垂直于装置的轴向且向右为正；第二接收线圈用于测量感应电动势z分量，第二接收线圈垂直于水平面向上为正。
30.在一实施例中，所述步骤s10：采集待测钻孔内各测点的测量信息，具体为：在利用推送杆将瞬变电磁探测装置送入和/或退出所述待测钻孔过程中，按照设定的步距进行点测，获取各测点的测量信息。
31.需要说明的是，本实施例在进行测点测量时，可以在将探头送入待测钻孔中直至孔底的过程中，按照一定进尺进行点测；或者在探头退出钻孔的过程中，按照一定退尺进行点测；也可在探头送入待测钻孔过程及退出钻孔过程中均按照一定间距进行测点测量，通过增加采集数据点，提高探测准确率。
32.应当理解的是，在探头送入待测钻孔的过程所采用的进尺与在探头退出待测钻孔的过程中所采用的退迟可以相同，也可不同。
33.在一实施例中，在所述步骤s10：采集待测钻孔内各测点的测量信息，还包括以下步骤：利用所述推送杆将所述瞬变电磁探测装置推送至某一测点位置时，旋转所述瞬变电磁探测装置，对该测点位置的钻孔侧向信息进行测量。
34.本实施例通过瞬变电磁探测装置旋转，可在同一测点位置实现多次测量，以提高侧向分辨率，保证探测精准度。如图4所示，通过矢量图分析可知，测量一次时，得到2个测量值，可以将异常方位控制在90
°
范围内，通过测量两次，得到4个测量值，可以将异常范围控制在45
°
范围内，通过测量3次，则可以将异常方位控制在30
°
范围内。需要旋转n次测量时，径向出现2n个测点，轴向1n个测点数据可以直接叠加成1个测点，径向2n个点需要类似用矢量分解大小、正演表达出来，同时二次测量应该是45
°
为宜，三次测量应该是30
°
为宜，既n次测量次数的偏转最佳角度β=90/n。
35.在一实施例中，在所述步骤s10：采集待测钻孔内各测点的测量信息之前，所述方法还包括：
以横滚角γ为0
°
时，右侧为90
°
，左侧为-90
°
，瞬变电磁探测装置竖直向上为0度、竖直向下为+-180度，建立第一坐标系；设定第一接收线圈沿水平面垂直于所述瞬变电磁探测装置的轴向且向右为所述第一坐标系x轴正向，第二接收线圈垂直于水平面向上为所述第一坐标系z轴正向；将铁器作为已知异常体放置于所述第一坐标系的任一象限，通过所述第一接收线圈和所述第二接收线圈分别测量x分量感应电动势和z分量感应电动势；在所述x分量感应电动势和/或所述z分量感应电动势与该象限不符时，调整所述x分量的方向和/或所述z分量方向以与该象限相符。
36.需要说明的是，若将铁器作为已知异常体放置于第一象限，则两个分量测量的感应电动势值均为正，若不均为正，则调整负电动势分量方向；若将铁器作为已知异常体放置于第三象限时，两个分量测量的感应电动势值均为负，若是实际测量结果不是均为负，则调整两个感应电动势分量均为负。
37.较佳地，本实施例选择将铁器放置于第一象限或第三象限中，对探测装置进行标定，效果最佳。
38.在一实施例中，所述步骤s30：在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息，包括：在所述展开图中某一分量电动势信号为负向响应时，对所述横滚角度进行变换，以将为负向响应的电动势信号转换为正向响应，其中，所述横滚角度的变换公式为：当0
°
《γ《180
°
，γ’=γ-180
°
当-180
°
《γ《0
°
，γ’=180
°
+γ式中：γ表示实测横滚角度，γ’表示变换后的横滚角度。
39.具体地，孔中瞬变出现负向响应信号的原因及其变换过程为：一次磁场方向为半径方向，当进入发射间歇期，根据楞次定律，低阻异常体感应出的二次磁场会阻碍一次磁场的消失，如图5中，ch1正对异常，为阻碍一次磁场消失，必然会生产一个与一次磁场方向相同的二次磁场；实际ch1、ch4在一个方向，只用一个通道就可以（如x分量通道或z分量通道）。因为线圈是有方向的，根据事前约定，规定向右为正，则图5所示异常中，测量感应电动势为正值；若异常在异则，则测量感应电动势为负值，建立第二坐标系，第二坐标系以γ’为展开图的横坐标，展开图的纵坐标为感应电动势，在展开图上把负值感应电动势用γ’代替γ后，负值应变成正值（矢量关系），放在展开图中。
40.比如，当异常体位于z分量正半轴、x分量正半轴时，二次场感应电动势曲线为正值，当异常体位于负半轴时，二次场感应电动势曲线为负值；为保证信号为正，根据实测横滚角γ对信号进行变换，变换方式如下：当感应电动势信号为正时：变化后的横滚角度γ’=实际的横滚角γ；当感应电动势信号为负时：以x分量感应电动势为负为例，采用横滚角度的变换公式进行变换，得到变化后的横滚角度γ’。
41.应当理解的是，在z分量感应电动势为负时，信号变换过程相同。
42.需要说明的是，瞬变电磁法采集的信号为二次场信号随时间变化的衰减曲线，而孔中瞬变电磁设备采集的二次场信号会根据异常方位的不同出现正值或负值，根据衰减曲
线，可以人为规定一个时间点，以此点为准，将需要变换的负值取绝对值，并通过横滚角度公式变化为对应位置的正值信号。
43.需要说明的是，传统的时间域瞬变电磁法中，单个测点的测量信息可以通过多测道点的感应电动势值随时间衰减来体现，而多个测点之间的多测道曲线则根据线性插值形成（不同测点同一测道点的时间相同，而测量的感应电动势值不同），在所述展开图中，通过将某一测点信息以钻孔横滚角度展开后，每个横滚角度的测量信息可以通过多测道点的感应电动势随时间衰减来体现，而不同横滚角度之间的多测道曲线则根据线性插值形成。
44.在一实施例中，对于正向响应的感应电动势信号，所述方法还包括：将正向响应的感应电动势信号划分为高电压区域和低电压区域；分别对高电压区域和低电压区域进行插值操作，将相应区域内的多测点平滑连接，形成多测道曲线。
45.需要说明的是，这里的正向响应的感应电动势信号包括本身为正向响应的感应电动势信号或负向响应的感应电动势转换得到的正向响应的感应电动势。
46.需要说明的是，可人为规定二次场感应电动势值整体在10μv以下为低电压区，大于或等于10μv以上为高电压区。
47.具体地，如图6所示，当孔中瞬变电磁设备放置在钢筋混泥土地面上进行探测时，一次测量可以获得两个分量（z、x）的值，此时所测得的z、x分量的响应曲线所对应的二次场均为负值。
48.如图7所示，当异常位于负半轴时，对应的感应电动势都是负值，为将负值转化为正值，z分量-30
°
感应电动势可等同于z分量150
°
，x分量60
°
感应电动势可等同于x分量-120
°
。
49.因此可以将感应电动势为负值的点，通过横滚角等效变换为对应角度的正值，而之前为负值的角度可人为设置为低电压点（高阻），对于正值的感应电动势通过插值将多测点平滑连接，进而形成多测道曲线，具体插值时，高、低电压区域应采取单独插值操作，如图8所示。
50.在一实施例中，在所述步骤s30：在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息之后，所述方法还包括：s40、基于所有测点的测量变换信息，对异常体的方位及距离进行定位。
51.所述步骤s40：基于所有测点的测量变换信息，对异常体的方位及距离进行定位，具体包括以下步骤：s41、基于所有测点的测量变换信息，形成一个以钻孔为中心的三维电动势数据；s42、基于所述三维电动势数据，对异常体的方位及距离进行定位。
52.本实施例中将负向的电动势信号转换成正向的电动势信号，与原本就是正向的电动势信号结合来确定异常体的方位及距离探测装置的距离，通过将钻孔以横滚角方式展开后，从根本上解决了钻孔瞬变电磁法探测负感应电动势响应的处理问题，通过充分有效的利用负向的电动势信号，提高异常体定位的准确性，解决了全空间响应导致的异常方位定位不准的技术问题。
53.在一实施例中，所述步骤s41：基于所有测点的测量变换信息，形成一个以钻孔为
中心的三维电动势数据，包括以下步骤：以所述第一坐标系中x轴为变换后的横滚角γ’、y轴为孔深或实际进尺、z轴为感应电动势值，建立第二坐标系；在所述第二坐标系中，将所有测点的测量变换信息，沿待测钻孔孔深方向按照设定间距进行组合，得到将待测钻孔以横滚角方式展开后的三维电动势数据。
54.需要说明的是，对于同一位置测点，只有一次测量x、z分量的2个测点时，异常插值规律用4向限法；有2次测量的4个测点时用线性插值，大于4测点更加方便。
55.下面通过5个典型的测量示例来进一步说明，为了作图方便，图中多测道曲线均用一条粗实线代替，其中涉及的展开图中，实心细箭头为测点的实际正值，不需要变换；虚线箭头为测点的实际负值，需要采用上述横滚角度变换公式进行转换；实心加粗箭头为按照横滚角度变换公式计算后的对应正值的位置与大小。
56.（1）测点一：(异常体位于x、z分量正轴)如图9所示，低阻异常位于x、z分量正半轴，二次场感应电动势曲线均为正值，变化后的横滚角度γ’=实际的横滚角γ。
57.（2）测点二：（异常位于x分量负半轴、z分量正半轴）异常位于x分量负半轴、z分量正半轴，对应的二次场原始的感应电动势曲线规律如图10所示，此时x分量测量信号为负值，横滚角γ=-30
°
，根据横滚角度变换公式变换后的横滚角度γ’=-30
°
+180
°
=150
°
。z分量测量信号为正值，无需做变换，变换后的横滚角展开图如图11所示。
58.（3）测点三：（异常位于x分量负半轴、z分量负半轴）异常位于x、z分量负半轴时，对应的二次场原始的感应电动势曲线规律如图12所示，此时x、z分量测量信号均为负值，此时横滚角γ=-30
°
，根据横滚角度变换公式变换后的x分量横滚角度γ’=60
°‑
180
°
=-120
°
，y分量横滚角度γ’=-30
°
+180
°
=150
°
，变换后的横滚角展开图如图13所示。
59.（4）测点四：（异常位于x分量正半轴、z分量负半轴）异常位于x分量正半轴、z分量负半轴，对应的二次场原始的感应电动势曲线规律如图14所示，此时x分量测量信号为正值，无需做变换；z分量测量信号为负值，且此时横滚角γ=-30
°
，根据横滚角度变换公式变换后的z分量横滚角γ’=-30
°
+180
°
=150
°
，变换后的横滚角展开图如图15所示。
60.（5）测点五：（异常位于x分量负半轴、z分量正半轴）异常位于x分量负半轴、z分量正半轴，对应的二次场原始的感应电动势曲线规律如图16所示，此时z分量测量信号为正值，无需做变换；x分量测量信号为负值，且此时横滚角γ=120
°
，根据横滚角度变换公式变换后的x分量横滚角γ’=-150
°
+180
°
=30
°
，变换后的横滚角展开图如图17所示。
61.需要说明的是，将上述任一测点理解成钻孔中某一孔深位置的测点信息（针对每个测点如此处理），在此基础上建立三维空间直角坐标系，将所有测点以固定进尺组合到一起，得到图18所示的三维空间分布图：坐标系中x轴（横轴）为变换后的横滚角，y轴（纵轴）为孔深或实际进尺，z轴（竖轴）为感应电动势值。再通过三维插值计算，可以得到将钻孔以横滚角方式展开后的三维电动势数据。
62.进一步地，在得到三维电动势数据之后，通过已知的电阻率计算方法，如晚期电阻率计算公式或其它方法，得到上述所有测点的电阻率二维剖面数据，再通过三维插值计算得到以钻孔为中心的三维电阻率数据体，具体地，所述步骤s42：基于所述三维电动势数据，对异常体的方位及距离进行定位，包括：利用已知的电阻率计算方法，得到所有测点的电阻率二维、三维空间分布，计算得到以钻孔为中心的三维电阻率数据体；将所述三维电阻率数据体按照任意横滚角度提取二维电阻率值剖面；基于所述二维电阻率值剖面，确定待测钻孔任意指定方位、任意指定距离的地质情况。
63.如图19、图20所示：分别以钻孔的-150
°
和30
°
横滚角提取二维切片图，分别反映钻孔左下侧和右上侧的地质情况。
64.需要说明的是，本实施例以任意横滚角度提取二维电阻率值剖面，此时的横滚角为钻孔实际的方位，x轴（横轴）为测点-孔深信息，y轴（纵轴）为测量的感应电动势值。到此，可以实现对钻孔周围异常体的方位进行准确定位。
65.需要说明的是，同等规模的异常体，感应电动势越大则表示异常体离探测装置越近，对应的晚期电阻率计算值就会越小；感应电动势越小则表示异常体离探测装置距离越远，对应的晚期电阻率计算值就会越大。异常体到探测装置的距离可以通过晚期电阻率值计算公式来表示，其中，晚期电阻率计算公式为：式中：为感应电动势值，为真空中的磁导率，为传播时间，m为发送磁矩，可以看出晚期电阻率值与感应电动势值成反比关系。
66.此外，如图17所示，本发明第二实施例还提出了一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理系统，所述系统包括：采集模块10，用于采集待测钻孔内各测点的测量信息，所述测量信息包括二次场感应电动势以及横滚角度；展开图构建模块20，用于针对每一测点，以所述横滚角度为横坐标、所述二次场感应电动势为纵坐标，建立展开图；电动势变换模块30，用于在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息。
67.本实施例中将负向的电动势信号转换成正向的电动势信号，与原本就是正向的电动势信号结合来确定异常体的方位及距离探测装置的距离，通过将钻孔以横滚角方式展开后，从根本上解决了钻孔瞬变电磁法探测负感应电动势响应的处理问题，可使负向的电动势信号得到充分有效的利用。
68.在一实施例中，所述采集模块10，具体用于：在利用推送杆将瞬变电磁探测装置送入和/或退出所述待测钻孔过程中，按照设定的步距进行点测，获取各测点的测量信息。
69.在一实施例中，所述采集模块10，还具体用于：利用所述推送杆将所述瞬变电磁探
测装置推送至某一测点位置时，旋转所述瞬变电磁探测装置，对该测点位置的钻孔侧向信息进行测量。
70.在一实施例中，所述系统还包括标定模块，所述标定模块包括：第一坐标系建立单元，用于以横滚角γ为0
°
时，右侧为90
°
，左侧为-90
°
，瞬变电磁探测装置竖直向上为0度、竖直向下为+-180度，建立第一坐标系；设定单元，用于设定第一接收线圈沿水平面垂直于所述瞬变电磁探测装置的轴向且向右为所述第一坐标系x轴正向，第二接收线圈垂直于水平面向上为所述第一坐标系z轴正向；测量单元，用于将铁器作为已知异常体放置于所述第一坐标系的任一象限，通过所述第一接收线圈和所述第二接收线圈分别测量x分量感应电动势和z分量感应电动势；标定单元，用于在所述x分量感应电动势和/或所述z分量感应电动势与该象限不符时，调整所述x分量的方向和/或所述z分量的方向，使感应电动势的方向与该象限相符。
71.在一实施例中，所述电动势变换模块30，具体用于：在所述展开图中某一分量电动势信号为负向响应时，对所述横滚角度进行变换，以将为负向响应的电动势信号转换为正向响应，其中，所述横滚角度的变换公式为：当0
°
《γ《180
°
，γ’=γ-180
°
当-180
°
《γ《0
°
，γ’=180
°
+γ式中：γ表示实测横滚角度，γ’表示变换后的横滚角度。
72.在一实施例中，所述系统还包括分区域插值模块，具体用于：将正向响应的感应电动势信号划分为高电压区域和低电压区域；分别对高电压区域和低电压区域进行插值操作，将相应区域内的多测点平滑连接，形成多测道曲线。
73.在一实施例中，所述系统还包括定位模块40，基于所有测点的测量变换信息，对异常体的方位及距离进行定位。
74.具体地，所述定位模块40，具体包括：三维数据体形成单元，用于基于所有测点的测量变换信息，形成一个以钻孔为中心的三维电动势数据；定位单元，用于基于所述三维电动势数据，对异常体的方位及距离进行定位。
75.在一实施例中，所述三维数据体形成单元，具体用于执行以下步骤：以所述第一坐标系中x轴为变换后的横滚角γ’、y轴为孔深或实际进尺、z轴为感应电动势值，建立第二坐标系；在所述第二坐标系中，将所有测点的测量变换信息沿待测钻孔孔深方向按照设定间距进行组合，得到将待测钻孔以横滚角方式展开后的三维电动势数据。
76.在一实施例中，所述定位单元具体用于执行以下步骤：利用已知的电阻率计算方法，得到所有测点的电阻率二维、三维空间分布，计算得到以钻孔为中心的三维电阻率数据体；将所述三维电阻率数据体按照任意指定横滚角度提取二维电阻率值剖面；基于所述二维电阻率值剖面，确定待测钻孔任意指定方位、任意指定距离的地质情况。
77.需要说明的是，本实施例虽然未考虑钻孔空间姿态，但是可根据钻孔倾角、方位角、孔深等信息进行空间归位。
78.需要说明的是，本发明所述钻孔瞬变电磁法三维展开处理系统的其他实施例或具有实现方法可参照上述各方法实施例，此处不再赘余。
79.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
80.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
81.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，其特征在于，所述方法包括：采集待测钻孔内各测点的测量信息，所述测量信息包括二次场感应电动势以及横滚角度；针对每一测点，以所述横滚角度为横坐标、以所述二次场感应电动势为纵坐标，建立展开图；在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息。2.如权利要求1所述的钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，其特征在于，所述采集待测钻孔内各测点的测量信息，包括：在利用推送杆将瞬变电磁探测装置送入和/或退出所述待测钻孔过程中，按照设定的步距进行点测，获取各测点的测量信息。3.如权利要求2所述的钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，其特征在于，所述瞬变电磁探测装置与所述推送杆为可转动连接，所述方法还包括：利用所述推送杆将所述瞬变电磁探测装置推送或退出至某一测点位置时，旋转所述瞬变电磁探测装置指定角度，对该测点位置的钻孔侧向信息进行测量。4.如权利要求1所述的钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，其特征在于，在所述采集待测钻孔内各测点的测量信息之前，所述方法还包括：以横滚角γ为0
°
时，右侧为90
°
，左侧为-90
°
，瞬变电磁探测装置竖直向上为0度、竖直向下+-180度，建立第一坐标系；设定第一接收线圈沿水平面垂直于所述瞬变电磁探测装置的轴向且向右为所述第一坐标系x轴正向，第二接收线圈垂直于水平面向上为所述第一坐标系z轴正向；将铁器作为已知异常体放置于所述第一坐标系的任一象限，通过所述第一接收线圈和所述第二接收线圈分别测量x分量感应电动势和z分量感应电动势；在所述x分量感应电动势和/或所述z分量感应电动势与该象限不符时，调整所述x分量的方向和/或所述z分量的方向，使感应电动势的方向与该象限相符。5.如权利要求1所述的钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，其特征在于，在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息，包括：在所述展开图中某一分量电动势信号为负向响应时，对所述横滚角度进行变换，以将为负向响应的电动势信号转换为正向响应，其中，所述横滚角度的变换公式为：当0
°
<γ<180
°
，γ’=γ-180
°
当-180
°
<γ<0
°
，γ’=180
°
+γ式中：γ表示实测横滚角度，γ’表示变换后的横滚角度。6.如权利要求5所述的钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，其特征在于，对于正向响应的感应电动势信号的处理，所述方法还包括：将正向响应的感应电动势信号划分为高电压区域和低电压区域；分别对高电压区域和低电压区域进行插值操作，将相应区域内的多测点平滑连接，形成多测道曲线。7.如权利要求1所述的钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，其特征在于，在所述展开图
中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息之后，所述方法还包括：基于所有测点的测量变换信息，对异常体的方位及距离进行定位，具体为：基于所有测点的测量变换信息，形成一个以钻孔为中心的三维电动势数据；基于所述三维电动势数据，对异常体的方位及距离进行定位。8.如权利要求7所述的钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，其特征在于，所述基于所有测点的测量变换信息，形成一个以钻孔为中心的三维电动势数据，包括：以所述第一坐标系中x轴为变换后的横滚角γ’、y轴为孔深或实际进尺、z轴为感应电动势值，建立第二坐标系；在所述第二坐标系中，将所有测点的测量变换信息沿待测钻孔孔深方向按照设定间距进行组合，得到将待测钻孔以横滚角方式展开后的三维电动势数据。9.如权利要求7所述的钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法，其特征在于，所述基于所述三维电动势数据，对异常体的方位及距离进行定位，包括：利用已知的电阻率计算方法对所述三维电动势数据进行处理，得到所有测点的电阻率二维、三维空间分布，计算得到以钻孔为中心的三维电阻率数据体；将所述三维电阻率数据体按照任意指定横滚角度提取二维电阻率值剖面；基于所述二维电阻率值剖面，确定待测钻孔任意指定方位、任意指定距离的地质情况。10.一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理系统，其特征在于，所述系统包括：采集模块，用于采集待测钻孔内各测点的测量信息，所述测量信息包括二次场感应电动势以及横滚角度；展开图构建模块，用于针对每一测点，以所述横滚角度为横坐标、所述二次场感应电动势为纵坐标，建立展开图；电动势变换模块，用于在所述展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据所述横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息。

技术总结
本发明公开一种钻孔瞬变电磁法三维展开处理方法及系统，方法包括：采集待测钻孔内各测点的测量信息，测量信息包括二次场感应电动势以及横滚角度；针对每一测点，以横滚角度为横坐标、二次场感应电动势为纵坐标，建立展开图；在展开图中存在电动势信号为负向响应时，根据横滚角度的变换公式将该电动势信号变换为正向响应，得到每一测点的测量变换信息；本发明从根本上解决了钻孔瞬变电磁法探测负感应电动势响应的处理问题，所得到的测点的测量变换信息，包含负向的电动势信号，可提高异常体定位的准确性。体定位的准确性。体定位的准确性。


技术研发人员：杨玉冰 曹煜 吴记军 汪玲君 项佩 孙伟豪 胡斌 常二雄 杨乐
受保护的技术使用者：安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/7/22