CN116540310A - 一种地质探测***和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种地质探测***和方法，该***包括数据采集仪、数据处理终端、供电电极A、无穷远供电电极B和多个测量电极对；数据采集仪用于设置供电电极系的供电参数及采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差；数据处理终端用于基于测量电极对的第一电位差确定测量电极对的视电阻率，基于测量电极对的第二电位差和总场电位差确定测量电极对的视极化率，基于测量电极对的总场电位差确定测量电极对的视充电率，再基于所有测量电极对的视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线，并基于等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线预测掌子面前方地层的含水量。

Description

一种地质探测***和方法

技术领域

本公开涉及数据处理领域，尤其涉及一种地质探测***和方法。

背景技术

目前对盾构机前方地质的探测预报方法主要分为两种。一种是水平超前钻方法，该方法只能探测盾构机刀盘周边，因此，探测距离较短。另一种是激电二极法技术，该方法通过在掌子面上布置测量电极，受限于供电电极和测量电极之间的距离，因此，探测距离也较短。

发明内容

本公开提供了一种地质探测***和方法。

根据本公开的第一方面，提供了一种地质探测***，所述***包括供电电极系、测量电极系、数据采集仪和数据处理终端，所述供电电极系包括供电电极A和无穷远供电电极B，所述测量电极系包括多个测量电极对；

所述供电电极A设置在掌子面附近的隧道侧壁上，所述无穷远供电电极B设置在距离掌子面第一预设长度的隧道侧壁上，所述多个测量电极对间隔设置在隧道侧壁上，所述数据采集仪一端与所述供电电极系和测量电极系的各个测量电极对电连接，另一端与所述数据处理终端电连接；

所述数据采集仪用于设置所述供电电极系的供电参数及采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差，所述第一电位差为供电瞬间所述测量电极对的电位差，所述第二电位差为所述总场电位差和第一电位差的差值；

所述数据处理终端用于基于所述测量电极对的第一电位差确定所述测量电极对的视电阻率，基于所述测量电极对的第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的视极化率，基于所述测量电极对的总场电位差确定所述测量电极对的视充电率，再基于所有测量电极对的视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线，并基于所述等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线预测所述掌子面前方地层的含水量。

其中，所述测量电极对包括测量电极M和测量电极N；

所述数据处理终端还用于基于供电电极A与所述测量电极M之间的距离、供电电极A与所述测量电极N之间的距离、无穷远供电电极B与所述测量电极M之间的距离和无穷远供电电极B与所述测量电极N之间的距离确定装置系数，并将所述装置系数乘以所述测量电极对的第一电位差，再除以供电电流，得到所述测量电极对的视电阻率，所述供电参数中包含供电电流。

其中，所述数据处理终端还用于将所述测量电极对的第二电位差除以所述测量电极对的总场电位差，得到所述测量电极对的视极化率。

其中，所述数据处理终端还用于获取所述测量电极对的电位差曲线，确定所述电位差曲线中第一时间点到第二时间点的定积分，并将所述定积分除以所述总场电位差，得到所述测量电极对的视充电率，所述第一时间点为停止供电的时间点，所述第二时间点为停止供电后电位差变为零的时间点。

其中，所述数据采集仪还用于多次采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差；

所述数据处理终端还用于基于多次采集的各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率，并基于所有测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线，分别对所述多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线进行拟合，得到目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线，并与预设图像进行对比，预测所述掌子面前方地层的含水量。

根据本公开的第二方面，提供了一种地质探测方法，所述方法应用于地质探测***，所述***包括供电电极系、测量电极系、数据采集仪和数据处理终端，所述供电电极系包括供电电极A和无穷远供电电极B，所述测量电极系包括多个测量电极对，该方法包括：

采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差并获取供电参数，所述第一电位差为供电瞬间所述测量电极对的电位差，所述第二电位差为所述总场电位差和第一电位差的差值；

基于所述测量电极对的第一电位差确定所述测量电极对的视电阻率，基于所述测量电极对的第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的视极化率，基于所述测量电极对的总场电位差确定所述测量电极对的视充电率；

基于所有测量电极对的视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线；

基于所述等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线预测所述掌子面前方地层的含水量。

其中，所述基于所述测量电极对的第一电位差确定所述测量电极对的视电阻率，包括：

获取供电电极A与所述测量电极M之间的距离AM、供电电极A与所述测量电极N之间的距离AN、无穷远供电电极B与所述测量电极M之间的距离BM和无穷远供电电极B与所述测量电极N之间的距离BN；

基于所述距离AM、距离AN、距离BM和距离BN确定装置系数；

将所述装置系数乘以所述测量电极对的第一电位差，再除以供电电流，得到所述测量电极对的视电阻率，所述供电参数中包含供电电流。

其中，所述基于所述测量电极对的第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的视极化率，包括：

将所述测量电极对的第二电位差除以所述测量电极对的总场电位差，得到所述测量电极对的视极化率。

其中，所述基于所述测量电极对的总场电位差确定所述测量电极对的视充电率，包括：

获取所述测量电极对的电位差曲线；

确定所述电位差曲线中第一时间点到第二时间点的定积分，所述第一时间点为停止供电的时间点，所述第二时间点为停止供电后电位差变为零的时间点；

将所述定积分除以所述总场电位差，得到所述测量电极对的视充电率。

其中，该方法还包括：

多次采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差；

基于多次采集的各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率；

基于所有测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线；

分别对所述多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线进行拟合，得到目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线；

将所述目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线与预设图像进行对比，预测所述掌子面前方地层的含水量。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了本公开一实施例提供的地质探测***的结构示意图；

图2示出了本公开一实施例提供的测量电极对的电位差曲线示意图；

图3示出了本公开一实施例提供的软体电极的结构示意图；

图4示出了本公开实施例提供的地质探测方法的实现流程示意图；

图5示出了本公开实施例提供的地质探测方法的实现流程示意图；

图6示出了本公开实施例提供的地质探测方法的实现流程示意图；

图7示出了本公开实施例提供的地质探测方法的实现流程示意图；

图8示出了本公开实施例一种电子设备的组成结构示意图。

附图标记：

1、盾构机刀盘；2、支撑环；3、隧道侧壁；4、数据处理终端；5、数据采集仪；6、无穷远供电电极B；7、供电电极A；8、测量电极对；71、软袋；72、裸铜线；73、定位安装杆；74、信号传输线；75、吸水体；76、金属盐晶体；77、塑料骨架；78、伸缩结构；81、测量电极N；82、测量电极M。

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

目前，我国在建的隧道中，特别是城市地铁，盾构法施工的隧道占比很大。由于盾构法施工相比山地法施工速度更快、施工更安全。因此，采用盾构法施工已成为主流方式。但是采用盾构法施工时由于掌子面前方的孤石、流沙、岩溶等不良地质不明时会造成刀盘、刀具损毁，影响盾构机正常掘进，甚至影响施工安全。而为了降低盾构法施工中遭遇上述事故风险，会采用各种探测预报方法进行预警，以便探测这些不良地质并及时调整或处理，降低施工风险。但目前对盾构机前方地层的探测预报方法的探测距离均较短。

为了提高对盾构机前方地质进行探测的探测距离，本申请一实施例提供了一种地质探测***，如图1所示，该***包括供电电极系、测量电极系、数据采集仪和数据处理终端，所述供电电极系包括供电电极A和无穷远供电电极B，所述测量电极系包括多个测量电极对。

地质探测***包括供电电极系、测量电极系、数据采集仪5和数据处理终端4，其中，供电电极系包括无穷远供电电极B6和供电电极A7，测量电极系包括多个测量电极对8。

所述供电电极A设置在掌子面附近的隧道侧壁上，所述无穷远供电电极B设置在距离掌子面第一预设长度的隧道侧壁上，所述多个测量电极对间隔设置在隧道侧壁上，所述数据采集仪一端与所述供电电极系和测量电极系的各个测量电极对电连接，另一端与所述数据处理终端电连接。

无穷远供电电极B6设置在掌子面探测方向反方向的隧道侧壁上，且距离掌子面第一预设长度，在本实施例中，第一预设长度设置为大于750m的长度，在其他实施方式中，第一预设长度可基于需求进行设置。

供电电极A7通过2支撑环上的预留注浆孔道伸出盾构机并设置在掌子面附近的隧道侧壁3上。

多个测量电极对8间隔设置在掌子面探测方向反方向的隧道侧壁上，间隔的数值有两种设置方法。

第一种：

设置等间隔，在本实施例中，等间隔一般设置为2米、3米或5米，在其他实施方式中，可基于具体需求进行设置。

第二种：

利用对数设置间隔，在本实施例中，对数一般取log₂、log₅或log₁₀，在其他实施方式中，可基于具体需求进行设置。

数据采集仪5一端与供电电极系和测量电极系的各个测量电极对电连接，另一端与数据处理终端4电连接。

所述数据采集仪用于设置所述供电电极系的供电参数及采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差，所述第一电位差为供电瞬间所述测量电极对的电位差，所述第二电位差为所述总场电位差和第一电位差的差值。

在本实施例中，数据采集仪5对供电电极A7和无穷远供电电极B6供以正负交替的矩形脉冲电流，占空比为1：1，供电周期为2～20s，供电电流为2～8A，供电电压为600～1000V。在其他实施方式中，供电参数可基于具体需求进行设置。

在供电过程中，数据采集仪5采集各个测量电极对8的第一电位差、第二电位差和总场电位差。如图2所示，在开始供电瞬间时各个测量电极对8的电位差ΔU₁即为第一电位差。在开始供电一段时间后，电位差趋于稳定，达到电位差ΔU即为总场电位差。总场电位差ΔU与第一电位差ΔU₁的差值为ΔU₂，即为第二电位差。

数据采集仪5在采集完成各个测量电极对8的第一电位差、第二电位差和总场电位差后将这些数据传输给数据处理终端4进行处理。

所述数据处理终端用于基于所述测量电极对的第一电位差确定所述测量电极对的视电阻率，基于所述测量电极对的第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的视极化率，基于所述测量电极对的总场电位差确定所述测量电极对的视充电率，再基于所有测量电极对的视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到视电阻率、视极化率和视充电率的图像，并基于所述视电阻率、视极化率和视充电率的图像预测所述掌子面前方地层的含水量。

数据处理终端4基于测量电极对8的第一电位差ΔU₁确定该测量电极对8的视电阻率，基于测量电极对8的第二电位差和总场电位差确定该测量电极对8的视极化率，基于测量电极对8的总场电位差确定该测量电极对8的视充电率。

例如，存在3个测量电极对，分别为测量电极对a、测量电极对b和测量电极对c。数据采集仪5采集到测量电极对a的第一电位差a、第二电位差a和总场电位差a，测量电极对b的第一电位差b、第二电位差b和总场电位差b，测量电极对c的第一电位差c、第二电位差c和总场电位差c，并将这些数据传输给数据处理终端4。数据处理终端4基于第一电位差a确定出测量电极对a的视电阻率a，基于第二电位差a和总场电位差a确定出测量电极对a的视极化率a，基于总场电位差a确定出测量电极对a的视充电率a。基于第一电位差b确定出测量电极对b的视电阻率b，基于第二电位差b和总场电位差b确定出测量电极对b的视极化率b，基于总场电位差b确定出测量电极对b的视充电率b。基于第一电位差c确定出测量电极对c的视电阻率c，基于第二电位差c和总场电位差c确定出测量电极对c的视极化率c，基于总场电位差c确定出测量电极对c的视充电率c。最终得到测量电极对a的视电阻率a、视极化率a和视充电率a，测量电极对b的视电阻率b、视极化率b和视充电率b，测量电极对c的视电阻率c、视极化率c和视充电率c。

在上述方案中，通过将供电电极A设置在掌子面附近的隧道侧壁上，将无穷远供电电极B设置在距离掌子面第一预设长度的隧道侧壁上，再将多个测量电极对间隔设置在掌子面探测方向反方向的隧道侧壁上，显著增加了各个测量电极与供电电极A之间的距离，进而能够探测到从供电电极A附近到探测方向更远处的地层和含水量情况，显著增加了对盾构机前方地质进行探测的探测距离。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测***，该***包括：

所述测量电极对包括测量电极M和测量电极N。

如图2所示，每个测量电极对8中包括测量电极N81和测量电极M82，在本实施例中，测量电极M82较为靠近供电电极A，在其他实施方式中，也可以将测量电极N81与测量电极M82互换，将测量电极N81设置在较为靠近供电电极A的那端。

所述数据处理终端还用于基于供电电极A与所述测量电极M之间的距离、供电电极A与所述测量电极N之间的距离、无穷远供电电极B与所述测量电极M之间的距离和无穷远供电电极B与所述测量电极N之间的距离确定装置系数，并将所述装置系数乘以所述测量电极对的第一电位差，再除以供电电流，得到所述测量电极对的视电阻率，所述供电参数中包含供电电流。

基于供电电极A与所述测量电极M之间的距离、供电电极A与所述测量电极N之间的距离、无穷远供电电极B与所述测量电极M之间的距离和无穷远供电电极B与所述测量电极N之间的距离确定装置系数。具体可基于以下公式确定装置系数K：

其中，为供电电极A与所述测量电极M之间的距离，/>为无穷远供电电极B与所述测量电极M之间的距离，/>为供电电极A与所述测量电极N之间的距离，/>为无穷远供电电极B与所述测量电极N之间的距离。

因此，只要设置好供电电极A、无穷远供电电极B和各个测量电极对的位置，即可确定每个测量电极对对应的装置系数K。

在得到测量电极对的装置系数K之后，将装置系数K乘以该测量电极对的第一电位差，再除以供电电流，得到该测量电极对的视电阻率。具体可基于以下公式确定测量电极对的视电阻率ρ_s：

其中，ΔU₁为测量电极对的第一电位差，I为供电电流。

在上述的方案中，由于盾构机前方的地质情况会影响测量电极对的视电阻率。例如，当盾构机前方的地质中由含水层，低电阻的含水层会吸引供电电极A的电力线，导致测量电极对处的电力线减弱，进而导致测量电极对的视电阻率变低。因此，确定各个测量电极对的视电阻率，进而能够基于各个测量电极对的视电阻率预测盾构机前方地层的含水量。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测***，该***包括：

所述数据处理终端还用于将所述测量电极对的第二电位差除以所述测量电极对的总场电位差，得到所述测量电极对的视极化率。

将测量电极对的第二电位差除以该测量电极对的总场电位差，得到该测量电极对的视极化率。具体可基于以下公式确定视极化率η_s：

其中，ΔU₂为测量电极对的第二电位差，ΔU为测量电极对的总场电位差。

在上述的方案中，由于盾构机前方的地质情况同样会影响测量电极对的视极化率。例如，当盾构机前方的地质中由含水层，低电阻的含水层会吸引供电电极A的电力线，导致测量电极对处的电力线减弱，进而导致测量电极对处的极化电位衰减变慢，视极化率变低。因此，确定各个测量电极对的视极化率，进而能够基于各个测量电极对的视极化率预测盾构机前方地层的含水量，进一步提高预测的盾构机前方地层的含水量的准确度。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测***，该***包括：

所述数据处理终端还用于获取所述测量电极对的电位差曲线，确定所述电位差曲线中第一时间点到第二时间点的定积分，并将所述定积分除以所述总场电位差，得到所述测量电极对的视充电率，所述第一时间点为停止供电的时间点，所述第二时间点为停止供电后电位差变为零的时间点。

如图2中所示，图中t₁为停止供电的时间点，即为第一时间点。图中t₂为停止供电后电位差变为零的时间点，即为第二时间点。

具体可基于以下公式确定测量电极对的视充电率M_S：

其中，f(x)为测量电极对的电位差曲线函数，t₁为电位差曲线中的第一时间点，t₂为电位差曲线中的第二时间点，ΔU为测量电极对的总场电位差。

在上述的方案中，由于视充电率是基于电位差曲线在第一时间点到第二时间点上的定积分确定的，也就是放电阶段电位差曲线的面积。因此，视充电率能够消除放电曲线背景之上的外来随机干扰，进而能够基于各个测量电极对的视充电率预测盾构机前方地层的含水量，进一步提高预测的盾构机前方地层的含水量的准确度。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测***，该***包括：

所述数据处理终端还用于获取所述测量电极对的电位差曲线，确定所述电位差曲线中第一时间点到第二时间点的定积分和第三时间点到第一时间点的定积分，并将两个定积分求和得到定积分和，将所述定积分和除以所述总场电位差，得到所述测量电极对的视充电率，所述第一时间点为停止供电的时间点，所述第二时间点为停止供电后电位差变为零的时间点，第三时间点为开始供电的时间点。

如图2中所示，图中t₃为开始供电的时间点，即为第三时间点。

具体可基于以下公式确定测量电极对的视充电率M_S：

其中，f(x)为测量电极对的电位差曲线函数，t₁为电位差曲线中的第一时间点，t₂为电位差曲线中的第二时间点，t₃为电位差曲线中的第三时间点，ΔU为测量电极对的总场电位差。

在上述的方案中，由于视充电率是基于电位差曲线在第一时间点到第二时间点上的定积分和第三时间点到第一时间点上的定积分确定的，也就是放电阶段电位差曲线的面积和充电阶段电位差曲线的面积。因此，视充电率能够消除放电曲线和充电曲线背景之上的外来随机干扰，进而能够基于各个测量电极对的视充电率预测盾构机前方地层的含水量，进一步提高预测的盾构机前方地层的含水量的准确度。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测***，该***包括：

所述数据采集仪还用于多次采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差。

每次采集各个测量电极对时的供电参数可以相同，也可以不同，基于具体需求进行设置。

所述数据处理终端还用于基于多次采集的各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率，并基于所有测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线，分别对所述多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线进行拟合，得到目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线，并与预设图像进行对比，预测所述掌子面前方地层的含水量。

预设图像一般是理论图像，也就是预设的地质条件下的图像。在其他实施方式中，也可以是其他预设图像，可基于具体需求进行设置。

在上述的方案中，多次采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差确定测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率，并基于所有测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线，而对多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线进行拟合，可以去除单个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线中的大量干扰数据，进而使得得到的目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线更加准确，而基于目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线预测的掌子面前方地层的含水量也更加准确。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测***，该***包括：

所述供电电极A7和/或无穷远供电电极B6为软体极化电极或软体不极化电极，所述测量电极N81和/或测量电极M82为软体极化电极。

如图3所示，供电电极A7、无穷远供电电极B6、测量电极N81和/或测量电极M82为软体电极时，包括软袋61和设置在软袋内的裸铜线62、吸水体65、传导体盐66(例如食盐)和塑料骨架67，传导体盐液透过软袋渗透至隧道侧壁3，使其形成电的通路。为便于安装，软体电极的后端设有定位安装杆63。定位安装杆63为不锈钢或铝合金管，信号传输线64布置在定位安装杆63内。

当供电电极A7为软体电极时，定位安装杆63用于将供电电极A7伸出盾构机支撑环2上的预留注浆孔道，供电电极A7的后端也设有与数据采集仪5电连接的信号传输线64。

供电电极A7、无穷远供电电极B6为软体电极时，可设置为软体极化电极，也可以设置为软体不极化电极。测量电极N81、测量电极M82为软体电极时，必须设置为软体不极化电极。

在上述的方案中，将供电电极A7、无穷远供电电极B6、测量电极N81和/或测量电极M82设置为软体电极，能够使供电电极A7、无穷远供电电极B6、测量电极N81和/或测量电极M8与隧道侧壁3上的围岩形成良好的接触，改善了接地条件。而预留注浆孔道由于安置有盾构密封装置的球阀，从而保证了盾构的密封性不被破坏。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测方法，该方法应用于地质探测***，地质探测***包括供电电极系、测量电极系、数据采集仪和数据处理终端，供电电极系包括供电电极A和无穷远供电电极B，测量电极系包括多个测量电极对，如图4所示，该方法包括：

步骤101，采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差并获取供电参数，所述第一电位差为供电瞬间所述测量电极对的电位差，所述第二电位差为所述总场电位差和第一电位差的差值；

步骤102，基于所述测量电极对的第一电位差确定所述测量电极对的视电阻率，基于所述测量电极对的第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的视极化率，基于所述测量电极对的总场电位差确定所述测量电极对的视充电率；

步骤103，基于所有测量电极对的视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线；

步骤104，基于所述等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线预测所述掌子面前方地层的含水量。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测方法，所述基于所述测量电极对的第一电位差确定所述测量电极对的视电阻率，如图5所示，该方法包括：

步骤201，获取供电电极A与所述测量电极M之间的距离AM、供电电极A与所述测量电极N之间的距离AN、无穷远供电电极B与所述测量电极M之间的距离BM和无穷远供电电极B与所述测量电极N之间的距离BN；

步骤202，基于所述距离AM、距离AN、距离BM和距离BN确定装置系数；

步骤203，将所述装置系数乘以所述测量电极对的第一电位差，再除以供电电流，得到所述测量电极对的视电阻率，所述供电参数中包含供电电流。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测方法，所述基于所述测量电极对的第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的视极化率，该方法包括：

将所述测量电极对的第二电位差除以所述测量电极对的总场电位差，得到所述测量电极对的视极化率。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测方法，所述基于所述测量电极对的总场电位差确定所述测量电极对的视充电率，如图6所示，该方法包括：

步骤301，获取所述测量电极对的电位差曲线；

步骤302，确定所述电位差曲线中第一时间点到第二时间点的定积分，所述第一时间点为停止供电的时间点，所述第二时间点为停止供电后电位差变为零的时间点；

步骤303，将所述定积分除以所述总场电位差，得到所述测量电极对的视充电率。

在本申请一示例中还提供了一种地质探测方法，如图7所示，该方法包括：

步骤401，多次采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差；

步骤402，基于多次采集的各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率；

步骤403，基于所有测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线；

步骤404，分别对所述多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线进行拟合，得到目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线；

步骤405，将所述目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线与预设图像进行对比，预测所述掌子面前方地层的含水量。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。

图8示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备700的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。

如图8所示，设备800包括计算单元801，其可以根据存储在只读存储器(ROM)802中的计算机程序或者从存储单元808加载到随机访问存储器(RAM)803中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 803中，还可存储设备800操作所需的各种程序和数据。计算单元801、ROM 802以及RAM803通过总线804彼此相连。输入/输出(I/O)接口805也连接至总线804。

设备800中的多个部件连接至I/O接口805，包括：输入单元806，例如键盘、鼠标等；输出单元807，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元808，例如磁盘、光盘等；以及通信单元809，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元809允许设备800通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元801可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元801的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元801执行上文所描述的各个方法和处理，例如地质探测方法。例如，在一些实施例中，地质探测方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元808。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM802和/或通信单元809而被载入和/或安装到设备800上。当计算机程序加载到RAM 803并由计算单元801执行时，可以执行上文描述的地质探测方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元801可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行地质探测方法。

本文中以上描述的***和技术的各种实施方式可以在数字电子电路***、集成电路***、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上集成***(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程***上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储***、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储***、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行***、装置或设备使用或与指令执行***、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体***、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的***和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的***和技术实施在包括后台部件的计算***(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算***(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算***(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的***和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算***中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将***的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机***可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式***的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

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”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种地质探测***，所述***包括供电电极系、测量电极系、数据采集仪和数据处理终端，所述供电电极系包括供电电极A和无穷远供电电极B，所述测量电极系包括多个测量电极对；

所述供电电极A设置在掌子面附近的隧道侧壁上，所述无穷远供电电极B设置在距离掌子面第一预设长度的隧道侧壁上，所述多个测量电极对间隔设置在隧道侧壁上，所述数据采集仪一端与所述供电电极系和测量电极系的各个测量电极对电连接，另一端与所述数据处理终端电连接；

所述数据采集仪用于设置所述供电电极系的供电参数及采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差，所述第一电位差为供电瞬间所述测量电极对的电位差，所述第二电位差为所述总场电位差和第一电位差的差值；

所述数据处理终端用于基于所述测量电极对的第一电位差确定所述测量电极对的视电阻率，基于所述测量电极对的第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的视极化率，基于所述测量电极对的总场电位差确定所述测量电极对的视充电率，再基于所有测量电极对的视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线，并基于所述等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线预测所述掌子面前方地层的含水量。

2.根据权利要求1所述的地质探测***，包括：

所述测量电极对包括测量电极M和测量电极N；

所述数据处理终端还用于基于供电电极A与所述测量电极M之间的距离、供电电极A与所述测量电极N之间的距离、无穷远供电电极B与所述测量电极M之间的距离和无穷远供电电极B与所述测量电极N之间的距离确定装置系数，并将所述装置系数乘以所述测量电极对的第一电位差，再除以供电电流，得到所述测量电极对的视电阻率，所述供电参数中包含供电电流。

3.根据权利要求1所述的地质探测***，包括：

所述数据处理终端还用于将所述测量电极对的第二电位差除以所述测量电极对的总场电位差，得到所述测量电极对的视极化率。

4.根据权利要求1所述的地质探测***，包括：

所述数据处理终端还用于获取所述测量电极对的电位差曲线，确定所述电位差曲线中第一时间点到第二时间点的定积分，并将所述定积分除以所述总场电位差，得到所述测量电极对的视充电率，所述第一时间点为停止供电的时间点，所述第二时间点为停止供电后电位差变为零的时间点。

5.根据权利要求1所述的地质探测***，包括：

所述数据采集仪还用于多次采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差；

所述数据处理终端还用于基于多次采集的各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率，并基于所有测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线，分别对所述多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线进行拟合，得到目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线，并与预设图像进行对比，预测所述掌子面前方地层的含水量。

6.一种地质探测方法，所述方法应用于地质探测***，所述***包括供电电极系、测量电极系、数据采集仪和数据处理终端，所述供电电极系包括供电电极A和无穷远供电电极B，所述测量电极系包括多个测量电极对，该方法包括：

采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差并获取供电参数，所述第一电位差为供电瞬间所述测量电极对的电位差，所述第二电位差为所述总场电位差和第一电位差的差值；

基于所述测量电极对的第一电位差确定所述测量电极对的视电阻率，基于所述测量电极对的第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的视极化率，基于所述测量电极对的总场电位差确定所述测量电极对的视充电率；

基于所有测量电极对的视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线；

基于所述等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线预测所述掌子面前方地层的含水量。

7.根据权利要求1所述的地质探测方法，所述基于所述测量电极对的第一电位差确定所述测量电极对的视电阻率，包括：

获取供电电极A与所述测量电极M之间的距离AM、供电电极A与所述测量电极N之间的距离AN、无穷远供电电极B与所述测量电极M之间的距离BM和无穷远供电电极B与所述测量电极N之间的距离BN；

基于所述距离AM、距离AN、距离BM和距离BN确定装置系数；

将所述装置系数乘以所述测量电极对的第一电位差，再除以供电电流，得到所述测量电极对的视电阻率，所述供电参数中包含供电电流。

8.根据权利要求1所述的地质探测方法，所述基于所述测量电极对的第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的视极化率，包括：

将所述测量电极对的第二电位差除以所述测量电极对的总场电位差，得到所述测量电极对的视极化率。

9.根据权利要求1所述的地质探测方法，所述基于所述测量电极对的总场电位差确定所述测量电极对的视充电率，包括：

获取所述测量电极对的电位差曲线；

确定所述电位差曲线中第一时间点到第二时间点的定积分，所述第一时间点为停止供电的时间点，所述第二时间点为停止供电后电位差变为零的时间点；

将所述定积分除以所述总场电位差，得到所述测量电极对的视充电率。

10.根据权利要求1所述的地质探测方法，该方法还包括：

多次采集各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差；

基于多次采集的各个测量电极对的第一电位差、第二电位差和总场电位差确定所述测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率；

基于所有测量电极对的多个视电阻率、视极化率和视充电率进行成像，得到多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线；

分别对所述多个等视电阻率曲线、等视极化率曲线和等视充电率曲线进行拟合，得到目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线；

将所述目标等视电阻率曲线、目标等视极化率曲线和目标等视充电率曲线与预设图像进行对比，预测所述掌子面前方地层的含水量。