基于多物性关系约束的隧道全时域激发极化间断式反演方法与流程

本发明属于地球物理反演，具体涉及一种基于多物性关系约束的隧道全时域激发极化间断式反演方法。

背景技术：

1、隧道工程中的突涌水灾害严重影响和制约隧道安全高效掘进，提前探明施工隧道掌子面前方突涌水灾害源是主动防灾的关键及需求。探明突涌水灾害源的关键是如何获得地下含水构造信息。隧道激发极化法以隧道内围岩和含水构造之间的电性参数差异为物性基础，利用观测装置测得的电信号获取含水构造位置与分布情况，是进行隧道工程突涌水灾害预报的有效方法之一。

2、目前，时间域激发极化反演的研究虽取得了一定的效果，但仍存在一定局限性。具体来说，存在以下问题：

3、（1）时间域激发极化电阻率参数反演的可信度明显高于四个参数，在反演迭代过程中，由于结构约束过强使电阻率参数在反演结果绝对主导，另外三个物性参数会迅速与电阻率高度一致。

4、（2）对于时间域激发极化多物性参数，物性结构一致性存在时间域激发极化四个参数均与真实模型存在偏差的情况，且没有充分挖掘激发极化四个参数物性关系，无法将多物性参数相关关系添加到时间域反演目标函数。

技术实现思路

1、本发明在于提供一种基于多物性关系约束的隧道全时域激发极化间断式反演方法，通过构造激发极化多物性参数拟合项，并将其引入隧道时间域激发极化间断式反演目标函数中，能够避免因结构约束过强使得单一物性参数在反演结果中绝对主导的问题，将多物性关系约束和结构相似性约束协同使用，建立多物性关系约束的间断式交叉梯度联合反演目标函数，能够提高多参数反演成像精度，进而实现多参数高分辨率成像。

2、一种基于多物性关系约束的隧道全时域激发极化间断式反演方法，包括：

3、基于选定的地质探测区域，构建隧道时间域激发极化间断式反演模型，并得到理论观测数据；

4、基于不同粒径范围的岩样，开展激发极化试验，获取激发极化试验数据，得到多物性参数的相关关系，并基于多物性相关关系构建激发极化多物性参数拟合项；

5、根据理论观测数据和试验实际观测数据，构建隧道时间域激发极化的间断式反演目标函数，并引入间断式反演策略，求解间断式反演目标函数，更新隧道时间域激发极化间断式反演模型参数；

6、基于间断式反演目标函数，引入激发极化多物性参数拟合项，联合构建多物性约束的间断式交叉梯度反演目标函数；

7、基于多物性约束的间断式交叉梯度反演目标函数，迭代更新隧道时间域激发极化间断式反演模型参数，获取最终反演结果。

8、通过构造激发极化多物性参数拟合项，并将其引入隧道时间域激发极化间断式反演目标函数中，能够避免因结构约束过强使得单一物性参数在反演结果中绝对主导的问题，将多物性关系约束和结构相似性约束协同使用，建立多物性关系约束的间断式交叉梯度联合反演目标函数，能够提高多参数反演成像精度，进而实现多参数高分辨率成像。

9、进一步的，所述基于选定的地质探测区域，构建隧道时间域激发极化反演模型，并得到理论观测数据，包括：

10、基于选定的地质探测区域进行地质探测，获取地质探测结果；

11、基于所获取的地质探测结果，对地下介质进行网格剖分，初步构建隧道周围的地质模型；

12、基于初步构建的地质模型，为选取岩样分配初步的物性参数，采用数值模拟软件对初始地质模型进行时间域激发极化间断式反演模拟，构建隧道时间域激发极化反演模型；

13、基于隧道时间域激发极化反演初始模型，进行模拟计算得到理论观测数据。

14、进一步的，基于不同粒径范围的岩样，开展激发极化试验获取试验实际观测数据，得到多个物性参数间的相关关系，包括：

15、基于不同粒径范围的岩样，开展激发极化试验，记录不同岩样两端的电位差变化，以获取多组激发极化数据；

16、基于所获取的多组激发极化数据，计算不同粒径范围下每个物性参数的物性参数值；

17、采用数值模拟软件对不同物性参数进行相关性分析，并基于相关性分析结果选取合适的物性参数进行回归模型构建，以表征不同物性参数间的相关关系。

18、进一步的，所述采用数值模拟软件对不同物性参数进行相关性分析，并基于相关性分析结果选取合适的物性参数进行回归模型构建，以表征不同物性参数间的相关关系，包括：

19、利用数值模拟软件绘制两个物性参数的物性参数值，并观察物性参数值数据点的分布；

20、当物性参数值数据点在视图上呈直线分布时，判定两个物性参数间呈线性关系，构建线性回归模型以表征两个物性参数之间的关系；

21、当物性参数值数据点在视图上呈非直线分布时，判定两个物性参数间呈非线性关系，构建非线性回归模型以表征两个物性参数之间的关系。

22、进一步的，所述物性参数包括弛豫时间、电阻率、频率相关系数和极化率。

23、进一步的，根据理论观测数据和试验实际观测数据，构建隧道时间域激发极化的间断式反演目标函数，并求解更新隧道时间域激发极化间断式反演模型参数，包括：

24、根据理论观测数据和试验实际观测数据，构建隧道时间域激发极化的间断式反演目标函数，以反映理论观测数据和试验实际观测数据间的数据差异；

25、基于隧道时间域激发极化的间断式反演目标函数，引入间断式反演策略，以处理地质结构中的不连续性和复杂性；

26、采用优化算法求解隧道时间域激发极化的间断式反演目标函数，更新隧道时间域激发极化间断式反演模型参数。

27、进一步的，所述基于多个物性参数间的相关关系构建激发极化多物性参数拟合项，并将其引入隧道时间域激发极化的间断式反演目标函数中，联合构建多物性关系约束的间断式交叉梯度反演目标函数，包括：

28、基于相关性分析结果，构建激发极化多物性参数拟合项，以反映不同粒径范围岩样之间物性参数的变化规律和相关关系；

29、将激发极化多物性参数拟合项引入隧道时间域激发极化的间断式反演目标函数中，联合构建多物性关系约束的间断式交叉梯度反演目标函数；

30、所述多物性约束的间断式交叉梯度反演目标函数的表达式为：

31、；

32、式中，表示物性约束的间断式交叉梯度反演目标函数值；表示数据拟合项；表示最小梯度支撑模型项；表示最小梯度支撑模型项权重系数；表示间断式交叉梯度项，表示间断参数，即当反演过程中为奇数次迭代时，，偶数次迭代时，；表示物性参数拟合项，其表达式为：，表示物性参数拟合项；表示物性约束向量，表示物性约束向量对应的协方差矩阵；表示为偏分。

33、一种基于多物性关系约束的隧道全时域激发极化间断式反演方法的系统，包括：

34、第一模块，用于基于选定的地质探测区域，构建隧道时间域激发极化反演模型，并得到理论观测数据；

35、第二模块，用于基于不同粒径范围的岩样，开展激发极化试验获取试验实际观测数据，得到多个物性参数间的相关关系；

36、第三模块，用于根据理论观测数据和试验实际观测数据，构建隧道时间域激发极化的间断式反演目标函数，并求解更新隧道时间域激发极化间断式反演模型参数；

37、第四模块，用于基于多个物性参数间的相关关系构建激发极化多物性参数拟合项，并将其引入隧道时间域激发极化的间断式反演目标函数中，联合构建多物性关系约束的间断式交叉梯度反演目标函数；

38、第五模块，用于基于多物性关系约束的间断式交叉梯度反演目标函数，迭代更新隧道时间域激发极化间断式反演模型参数，获取最终反演结果。

39、一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。

40、一种计算机可读存储介质，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实现如上所述的方法。

41、本发明的有益效果为：

42、本发明通过构造激发极化多物性参数拟合项，并将其引入隧道时间域激发极化间断式反演目标函数中，能够避免因结构约束过强使得单一物性参数在反演结果中绝对主导的问题，将多物性关系约束和结构相似性约束协同使用，建立多物性关系约束的间断式交叉梯度联合反演目标函数，能够提高多参数反演成像精度，进而实现多参数高分辨率成像。