本發(fā)明涉及隧道勘測，尤其涉及一種提高隧道電法勘探異常解譯精度的方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、在利用電法開展隧道勘察時，目前仍主要通過電阻率等值線圖直觀反映剖面或區(qū)域電阻率變化。而多年施工經(jīng)驗表明，隧道電法勘察中電阻率等值線劇烈變化處或電阻率值極低處，其最先接近可能存在地下水或飽水軟弱巖土體的位置，容易出現(xiàn)塌方、冒頂、突水突泥等地質災害。因此低電阻率區(qū)域和電阻率等值線劇烈變化區(qū)域成為技術人員的重點關注對象。然而僅依靠電阻率成果圖件進行異常圈定存在兩個不容忽視的問題。一是由于巖性變化或者地質構造可能導致電阻率成果圖中存在區(qū)域性低阻，但是該低阻區(qū)域是否為地質異常難以判斷。二是電阻率成果圖中的等值線間距通常由技術人員為保證成圖美觀性自行設定，沒有統(tǒng)一標準，等值線變化劇烈程度僅依靠電阻率成果圖判斷，主觀性較強，沒有從數(shù)據(jù)本身出發(fā)，容易造成誤判或者漏判。出現(xiàn)這兩個問題的根源就是目前物探隧道勘察異常劃分主要通過技術人員經(jīng)驗進行主觀判識，沒有建立定量化的指標。因此如何將電阻率值與梯度變化綜合考量并轉化為圈定地質異常的客觀指標成為亟待研究與驗證的內容。現(xiàn)有專利（申請?zhí)?201510870801.8）中利用小波變換檢測奇異點并與電阻率等值線圖疊加，其根本目的是將電阻率值與電阻率梯度值綜合用于異常圈定。現(xiàn)有專利（申請?zhí)?02211518847.x）中利用插值電阻率與歸一化電阻率梯度相乘，獲得歸一化電阻率值。以上兩種異常圈定方法均綜合考慮了電阻率和電阻率梯度，但也存在一定的缺陷。前者只分別展示了兩種因素，并未轉化為統(tǒng)一指標；后者采用乘積進行綜合，受絕對數(shù)值影響大。因此，有必要提出一種更為完善的隧道異常解譯方法。

技術實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的在于提供一種提高隧道電法勘探異常解譯精度的方法及系統(tǒng)，通過將電阻率值和電阻率梯度在剔除異常點后加權求和，經(jīng)二次歸一化后形成異常指數(shù)，通過異常指數(shù)值直觀反映異常程度，以提高隧道電法勘探異常解譯精度。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種提高隧道電法勘探異常解譯精度的方法，包括以下步驟：

3、s1、獲取電阻率剖面或三維電阻率切片，形成電阻率數(shù)據(jù)體；具體包括經(jīng)數(shù)據(jù)采集、反演等步驟可獲得工區(qū)的電阻率剖面或三維電阻率切片，提取各測線或測網(wǎng)的電阻率組成電阻率數(shù)據(jù)體；

4、s2、對所述電阻率數(shù)據(jù)體，利用各節(jié)點位置和電阻率值，計算各點的梯度，獲得梯度數(shù)據(jù)體。

5、s3、將電阻率數(shù)據(jù)體和梯度數(shù)據(jù)體歸一化，得到反相歸一化電阻率數(shù)據(jù)體和歸一化梯度數(shù)據(jù)體；

6、s4、根據(jù)反相歸一化電阻率數(shù)據(jù)體與歸一化梯度數(shù)據(jù)體，計算各節(jié)點的異常加權，獲得異常加權數(shù)據(jù)體；

7、s5、對異常加權數(shù)據(jù)體開展二次歸一化，獲取各節(jié)點異常指數(shù)并組成異常指數(shù)數(shù)據(jù)體；

8、s6、提取異常指數(shù)，繪制異常指數(shù)成果圖，并根據(jù)數(shù)值大小進行隧道異常等級劃分。

9、進一步，優(yōu)選的，在s1中，所述電阻率數(shù)據(jù)體為一個二維數(shù)組，包含各節(jié)點平面坐標、高程和電阻率值。

10、進一步，優(yōu)選的，若采用三維電阻率切片，形成的電阻率數(shù)據(jù)體，則利用各節(jié)點位置和電阻率值，計算各點的梯度時，包括：

11、s201、分別求取沿測線、垂直測線和沿深度方向（、和方向）的梯度；

12、s202、對于非邊界處的數(shù)據(jù)節(jié)點，其三維坐標為，計算其梯度絕對值為：

13、

14、其中，分別表示數(shù)據(jù)節(jié)點在三維坐標為處的電阻率數(shù)據(jù)值，，，分別表示數(shù)據(jù)節(jié)點在三維坐標為處的電阻率梯度值；、、分別表示數(shù)據(jù)節(jié)點在下一位置的坐標。注意，、、是為方便表示之用，在節(jié)點處，表示同一電阻率值。

15、進一步，優(yōu)選的，若采用二維電阻率剖面，形成的電阻率數(shù)據(jù)體，則利用各節(jié)點位置和電阻率值，計算各點的梯度時，包括：則需要求取沿測線和沿深度方向（和方向）的梯度，對于非邊界處的數(shù)據(jù)節(jié)點，其二維坐標為，計算其梯度絕對值為：

16、

17、其中，、分別表示數(shù)據(jù)節(jié)點在坐標為處的電阻率數(shù)據(jù)值，，分別表示數(shù)據(jù)節(jié)點在坐標為處的電阻率梯度值；、分別表示數(shù)據(jù)節(jié)點在下一位置的坐標。注意，、是為方便表示之用，在節(jié)點處，表示同一電阻率值。

18、進一步，優(yōu)選的，在s3中，所述將電阻率數(shù)據(jù)體和梯度數(shù)據(jù)體歸一化，包括：

19、針對電阻率數(shù)據(jù)體和梯度數(shù)據(jù)體計算均值和標準差；

20、根據(jù)數(shù)據(jù)實際分布情況，將超過均值n倍標準差的數(shù)值作為極值剔除；

21、采用min-max歸一化法進行歸一化處理，使得各數(shù)據(jù)體極小值為0，極大值為1。

22、進一步，優(yōu)選的，還包括針對歸一化處理后的電阻率數(shù)據(jù)體，利用1減各歸一化后的數(shù)值，獲得權值相反的反相歸一化電阻率數(shù)據(jù)體。

23、進一步，優(yōu)選的，在s4中，對于數(shù)據(jù)節(jié)點，根據(jù)反相歸一化電阻率數(shù)據(jù)體與歸一化梯度數(shù)據(jù)體計算得該點處的異常加權值為

24、

25、其中，為數(shù)據(jù)節(jié)點處的反相歸一化電阻率數(shù)據(jù)值，且；、、分別為、和三個方向的歸一化電阻率梯度值；、和分別為、和三個方向的權值，權值比重根據(jù)勘探目標自主選擇。

26、進一步，優(yōu)選的，在s5中，所述對異常加權數(shù)據(jù)體開展二次歸一化，包括：

27、對異常加權數(shù)據(jù)體，計算均值和方差，并剔除99%置信區(qū)間以外的數(shù)據(jù)，對保留下的數(shù)據(jù)采用min-max歸一化法進行歸一化處理，使得各數(shù)據(jù)體極小值為0，極大值為1；形成異常指數(shù)數(shù)據(jù)體。

28、進一步，優(yōu)選的，在s6中，針對異常指數(shù)數(shù)據(jù)體中數(shù)據(jù)節(jié)點，根據(jù)數(shù)據(jù)節(jié)點的異常指數(shù)值進行異常等級劃分：

29、當時，巖體屬于ⅴ類異常，對應于巖體完整，結構面不發(fā)育或閉合，穩(wěn)定性好；

30、當時，巖體屬于ⅳ類異常，對應于巖體較完整，結構面較發(fā)育，穩(wěn)定性較好；

31、當時，巖體屬于ⅲ類異常，對應于巖體較破碎，結構面較發(fā)育，穩(wěn)定性一般；

32、當時，巖體屬于ⅱ類異常，對應于巖體破碎，結構面發(fā)育，穩(wěn)定性較差；

33、當時，巖體屬于ι類異常，對應于巖體極破碎，結構面極發(fā)育，穩(wěn)定性差。

34、本發(fā)明還提供一種提高隧道電法勘探異常解譯精度的系統(tǒng)，用于實施上述提高隧道電法勘探異常解譯精度的方法的步驟，包括：

35、數(shù)據(jù)獲取模塊，獲取電阻率剖面或三維電阻率切片，形成電阻率數(shù)據(jù)體；

36、梯度計算模塊，對所述電阻率數(shù)據(jù)體，利用各節(jié)點位置和電阻率值，計算各點的梯度，獲得梯度數(shù)據(jù)體；

37、歸一化模塊，對電阻率數(shù)據(jù)體和梯度數(shù)據(jù)體進行歸一化處理；

38、異常加權模塊，根據(jù)反相歸一化電阻率數(shù)據(jù)體與歸一化梯度數(shù)據(jù)體，計算各節(jié)點的異常加權，獲得異常加權數(shù)據(jù)體；

39、二次歸一化模塊，對異常加權數(shù)據(jù)體開展二次歸一化，獲取各節(jié)點異常指數(shù)并組成異常指數(shù)數(shù)據(jù)體；

40、成圖解譯模塊，提取異常指數(shù)，繪制異常指數(shù)成果圖，并根據(jù)數(shù)值大小進行隧道異常等級劃分。

41、本技術公開的一種提高隧道電法勘探異常解譯精度的方法及系統(tǒng)，相比于現(xiàn)有技術至少具有以下優(yōu)點：

42、本技術將電阻率數(shù)據(jù)體與梯度數(shù)據(jù)體經(jīng)剔除異常點處理后進行歸一化處理，獲取歸一化數(shù)據(jù)體。將歸一化電阻率數(shù)據(jù)體與歸一化梯度數(shù)據(jù)體加權求和，并開展二次歸一化，獲得異常指數(shù)數(shù)據(jù)體。提取異常指數(shù)，繪制歸一化異常成果圖，并根據(jù)異常劃分原則圈定隧道異常。本發(fā)明通過加權求和電阻率數(shù)據(jù)異常與梯度異常，能夠實現(xiàn)異常指標數(shù)字化，有效提高了隧道地質異常識別能力。綜合考慮了電阻率和電阻率梯度的多重作用，避免單一因素的絕對影響，得到的隧道異常解譯結果更加客觀準確。