近年来，随着我国在基础设施领域投资规模的加大，以铁路、公路为代表的交通基础设施建设取得了较快的发展，带动了我国隧道建设的大发展.由于各种地质条件复杂，隧道修建过程中面临的突水、突泥地质灾害问题越来越多，使用地球物理方法进行超前探测是有效避免突水突泥地质灾害的有效手段之一，目前地震和电法勘探都在隧道超前探测中广泛应用(薛国强和李貅, 2008; 张霄等, 2011; Sun et al., 2012; 李术才等, 2014, 2015).

瞬变电磁法依靠低频电磁场可以实现较大深度的勘探，而且对水体敏感，在隧道超前探测中已经得到广泛应用.然而，隧道内电磁环境复杂，掌子面附近遍布各种金属干扰源，对瞬变电磁场的影响非常大，极易造成假异常.对于干扰源对瞬变电磁信号的影响，目前的文献多集中在高压线(李风明等, 2014)、金属井壁(Um et al., 2015)、人文噪声(Jiang et al., 2010)等方面，根据笔者了解，对强干扰源尤其是大体积金属干扰源方面还没有相关文献.本文以TBM为例，讨论了隧道瞬变电磁超前探测中强干扰源的响应规律，通过系统的建模和数值计算，发现TBM大体积金属干扰在瞬变电磁响应曲线上的形态特征和规律，并根据叠加原理，采用减除的方法尝试性的进行了校正，校正结果得到了数值算例的验证.本文提供的研究思路和校正方法同样适用于其他形式的瞬变电磁方法(地面、航空、半航空、海洋等)，例如，可以用于航空电磁勘探中飞行器影响的去除、钻孔瞬变电磁中金属井壁的影响去除.

TBM是一种隧道开挖施工机械，如图 1所示，TBM尺寸大并且内部结构十分复杂，均为金属构件，如果要进行精细化的数值模拟需要的网格尺寸需维持在厘米或毫米级，所需的总体网格数目亦会达到惊人的水平.综合考虑模拟精度和建模可行性，对细部构件进行忽略，采用最小尺寸为20 cm的均匀网格对TBM刀盘所在区域、瞬变电磁激发源所在区域和掌子面前方异常体区域进行均匀剖分，其他位置采用非均匀剖分，在计算硬件和剖分时间能够承受的范围内尽可能地精细化剖分.在实际剖分时将TBM在水平方向上简化为几个单元，每个单元具有一定的长度，最后将所有的单元连接在一起组成整体的TBM模型(卢绪山等, 2014).

图 1

Fig. 1

图 1 TBM内部结构图1) Fig. 1 Internal structures of a TBM1)

1)图片引自https://youtu.be/qx_EjMlLgqY

图 2给出了作者使用Yee晶胞格式剖分的TBM网格图，最前方为TBM的刀盘部分，直径6 m，厚2 m，实际剖分的TBM机长度为100 m，剖分完成后TBM所占网格总数为152100个，整个模型所需总网格规模为52963074个，所需内存接近5 GB，可以看到目前采用的网格尺寸已经足够精细.计算过程中，TBM网格电阻率取值为0.1 Ωm，隧道空腔的电阻率取值为10⁵ Ωm，围岩背景电阻率取值为100 Ωm.

图 2

Fig. 2

图 2 网格剖分的TBM模型 Fig. 2 Meshing grids of TBM model

数值模拟采用时域有限差分法，三维正演计算程序由作者开发，其理论和方法说明请参考文献(孙怀凤等, 2013; 孙怀凤, 2013; Li et al., 2014).

纯隧道腔体模型仅包含隧道腔体、周边围岩和TBM，不包含其他任何高阻或低阻异常目标.该类模型主要是为了考察TBM的响应规律特征，与不包含TBM的纯隧道腔体模型对比可以获得TBM的瞬变电磁响应.图 3给出了该类模型的示意图，为了对比研究，采用两种形式的激发源进行模拟计算，常规的回线源采用在掌子面上布设回线的形式给出，回线源边长为3.0 m，激发电流1 A；电性源则在掌子面上布设接地电极，通过接地电极向掌子面前方供电，极距3 m，供电电流5 A.

图 3

Fig. 3

图 3 包含TBM的纯隧道腔体模型示意图 Fig. 3 Model sketch with TBM and tunnel

本组模型还研究TBM刀盘与掌子面不同距离时的瞬变电磁响应，图 4给出了TBM刀盘与掌子面距离为2 m、5 m和10 m时的瞬变电磁响应曲线，幅值较高者为回线源激发，幅值较低者为电性源激发，同时给出了只有隧道空腔而不包含TBM时的响应曲线作对比.从图中可以发现TBM的影响随其与掌子面距离的增加而迅速减小，当TBM刀盘与掌子面相距2 m时，其在掌子面处产生的响应与纯隧道腔体响应相比，无论是电性源还是回线源幅值都增大了接近3个量级，从衰减曲线上看对应着非常大的低阻异常.当TBM与掌子面距离增大到5 m时其响应迅速减小，在异常峰值处与纯隧道腔体模型相比只增大了不到两个数量级.当距离进一步增加到10 m时，TBM在掌子面处的瞬变电磁响应已经变得非常小，并且从模拟过程中可以看出电性源激发时TBM的瞬变电磁响应随距离增加衰减的趋势要明显大于回线源，这是由于回线源激发时在回线框内各边产生的磁场产生叠加，具有能量汇聚的作用，TBM中心在掌子面上的投影基本上位于回线框中心附近，因此回线源在TBM机中引起的涡流要明显大于电性源在TBM机中引起的涡流.由于电性源在近区采集涉及到更加复杂的视电阻率转换问题，后续主要研究回线源的影响.

图 4

Fig. 4

图 4 TBM刀盘与掌子面不同距离时纯隧道腔体模型的瞬变电磁响应曲线 Fig. 4 TEM responses for different distances between the tunnel face and TBM

显然，TBM与掌子面距离越远，所造成的干扰越小.后续研究均假设TBM与隧道掌子面距离为5 m.

一般情况下，TBM长度可达百米，并且靠近掌子面的部分产生的响应所占比重较大.仍然采用纯隧道腔体模型，研究TBM长度对瞬变电磁响应的影响，为此分别设计了长度为5 m、10 m和15 m的TBM模型，其他参数与前述模型保持一致.图 5给出了三个模型的感应电动势衰减曲线，可以看出TBM的长度从5 m增加到10 m时，在其响应的晚期存在明显的差异，但是当从10 m进一步增加到15 m时，产生的响应几乎没有变化，更多的数值模拟表明，更大长度的TBM响应与长度为10 m的TBM响应基本相同.即，当TBM与掌子面距离为5 m时，由其所引起的瞬变电磁响应主要是由TBM机刀头后方10 m的机身部分所造成的，超过10 m后的机身部分对于整体的瞬变电磁响应已经几乎没有任何贡献，因而可以在建模中只建立前面10 m部分的模型，从而减少网格数量，节省计算时间.

图 5

Fig. 5

图 5 不同TBM长度的瞬变电磁响应 Fig. 5 TEM responses for different TBM lengths

TBM在瞬变电磁超前探测中的响应表现为较大的低阻假异常，而在隧道中进行超前探测时的目标一般是断层、溶洞以及裂隙等含水地质构造，它们在瞬变电磁勘探中也表现为低阻异常.由于TBM规模大、电阻率低，其造成的低阻异常在一定范围内会将掌子面前方的含水地质体所产生的异常淹没，从而使瞬变电磁丧失探测能力.通过在掌子面前方布设充水断层(图 6)，考察同时存在充水断层和TBM时的瞬变电磁响应曲线特征.

图 6

Fig. 6

图 6 掌子面前方存在直立充水断层模型示意图 Fig. 6 Sketch of a vertical water-filled fault in front of a tunnel face

设置断层规模在x、y方向为50 m，z方向厚度为5 m，电阻率为1 Ωm.断层与隧道掌子面的距离为20 m.图 7给出了纯隧道腔体模型、TBM机模型以及存在TBM机时直立充水断层模型的感应电动势曲线.从图中可以看出仅存在TBM或仅存在断层时，两者的异常响应峰值在时间上出现的先后顺序不同，TBM的响应最先达到峰值然后快速下降，而直立充水断层所造成的响应峰值出现更晚并且整体幅值要小于TBM所引起的响应的幅值，在早期直立充水断层的响应完全淹没在了TBM的强干扰当中，只有在晚期TBM机的响应衰减变小之后才有所体现.整体来看，TBM模型以及存在TBM机时的直立充水断层模型的感应电动势曲线表现为典型的低阻异常特征，并且TBM在早期就表现出了低电阻异常，当同时存在TBM与断层时，低电阻率异常响应出现叠加，在早期和晚期均表现出低电阻特征.

图 7

Fig. 7

图 7 包含直立充水断层模型时的瞬变电磁响应曲线 Fig. 7 TEM responses for a vertical water-filled fault

采用回线源全空间瞬变电磁视电阻率计算方法计算了回线中心处纯隧道腔体、只包含TBM、只包含充水断层和同时包含TBM和充水断层的4组模型的视电阻率曲线，如图 8所示.纯隧道腔体作为高阻异常，在视电阻率曲线中并没有明显的反映，这符合瞬变电磁对于高阻不敏感的认识.当隧道腔体中包含TBM时，视电阻率曲线出现了低阻异常，该曲线在早期对应的是围岩的电阻率，之后视电阻率值迅速降低到10 Ωm，随即很快又恢复到围岩的背景电阻率值.对于仅包含直立充水断层的模型，其视电阻率曲线中也对应有一个明显的低阻异常，但异常值比TBM模型的视电阻率最小值大，并且在时间上出现更晚，这是因为断层距离掌子面更远，并且与前述图 7表现的规律相对应.当TBM与直立充水断层同时存在时，视电阻率曲线与感应电动势曲线具有类似的规律，早期基本与TBM模型视电阻率曲线重合，晚期基本与直立充水断层模型视电阻率曲线重合，但是在中间过渡区域与这两者曲线存在一定的差异.

图 8

Fig. 8

图 8 不同模型的视电阻率曲线图 Fig. 8 Apparent resistivity curves of different models

将回线框内设置15条测线，每条测线15个点进行接收，共计225个接收点，如图 9所示.将仅包含TBM模型、仅包含充水断层模型和同时包含TBM和充水断层的3个模型计算所有接收测线的视电阻率并进行三维插值成图(图 10).可以看出，仅包含TBM和仅包含充水断层的模型均能够在掌子面前方发现低电阻率异常区域，同时包含时低阻异常区域扩大，但无法明显地将2个目标区分开来.

图 9

Fig. 9

图 9 掌子面上回线内网格剖分与接收测线布置图 Fig. 9 Grid meshing and survey line arrangement inside the transmitting loop

图 10

Fig. 10

图 10 不同模型的视电阻率三维图 Fig. 10 3D apparent resistivity for different models

为了考察直立充水断层与掌子面距离对瞬变电磁响应的影响，采用前述相同规模的模型，并设计断层与掌子面的距离为20 m、30 m和50 m.图 11给出了掌子面上回线中心点垂直感应电动势曲线，计算结果表明：当设计断层距掌子面为50 m时，同时包含断层和TBM的模型响应曲线与不包含断层的模型响应曲线几乎重合，说明设计尺寸的断层在掌子面前方50 m时所产生的瞬变电磁响应几乎被TBM异常响应淹没；当距离减小到30 m时，晚期响应存在明显的差别，说明能够识别2个异常体的存在.这说明TBM的异常响应主要集中在早期，并且在晚期快速衰减，因此晚期从感应电动势曲线上也可以判断出掌子面前方是否存在低阻异常.

图 11

Fig. 11

图 11 充水断层与掌子面不同距离时的瞬变电磁衰减曲线 Fig. 11 TEM responses with different distances between the tunnel face and the water-filled fault

围岩与充水断层之间的电阻率差异是进行瞬变电磁超前探测的地球物理基础，二者比值越高则瞬变电磁的探测能力越强，比值越低则充水断层产生的瞬变电磁响应越微弱，也就越难分辨.维持围岩背景电阻率为100 Ωm不变，断层与掌子面距离固定为20 m，断层规模为150 m×150 m×5 m，设置围岩电阻率与充水断层电阻率的比值分别为100、20、10、5，即直立充水断层的电阻率分别为1 Ωm、5 Ωm、10 Ωm、20 Ωm进行计算.从图 12可以看出无论二者电阻率差异多大，早期的响应都与TBM响应重合无法分辨，明显的差异表现在晚期，差异越大，曲线分辨越好.甚至当二者电阻率的比值为100时，由于直立充水断层的存在产生了非常大的低阻异常，并且异常在关断后1 ms时仍然没有衰减到只有纯隧道腔体的背景场值.此时，曲线还表现出了两个明显的峰值，第一个峰值应该对应TBM的响应，第二个峰值对应直立充水断层的响应.当二者电阻率比值降至20时，由直立充水断层所引起的低阻异常幅度大大减弱，已经不再能够分辨出第二个峰值.而当这一比值进一步下降至10时由直立充水断层所造成的响应幅值进一步下降.当比值为5时，由直立充水断层所引起的低阻异常响应已经几乎与只存在TBM的响应重合，很难分辨.

图 12

Fig. 12

图 12 围岩与断层不同电阻率之比时的瞬变电磁响应曲线 Fig. 12 TEM response curves for different resistivity ratios between country rock and fault

围岩电阻率与直立充水断层电阻率的比值对于瞬变电磁响应具有重要的影响，在直立充水断层规模和距离掌子面距离保持不变的情况下这一比值越高就越容易分辨直立充水断层的响应.从数值模拟的结果看，如此规模的直立充水断层要想直接从感应电动势曲线上分辨出来，必须要保证围岩电阻率值与断层电阻率值的比值大于10，小于这一比值时已经不能从衰减曲线上分辨.

在满足一定探测距离的条件下，对于掌子面前方的直立充水断层，采用瞬变电磁是比较容易分辨的，然而，不同的断层厚度对于瞬变电磁的响应曲线势必具有一定的影响.为了考察断层厚度对瞬变电磁响应的影响规律，固定前述相同的断层规模，固定断层与掌子面距离30 m，改变断层厚度分别为2.5 m、5 m和10 m，进行数值模拟，并给出回线框中心点处的垂直感应电动势曲线(图 13).

图 13

Fig. 13

图 13 断层不同厚度下的瞬变电磁响应曲线 Fig. 13 TEM responses for different fault thicknesses

断层厚度越大，在晚期引起的异常也越大.当断层的厚度减小到2.5 m时，晚期不存在由断层引起的第二个异常峰值，并且总体响应幅值较小，但仍然能够明显地与TBM响应曲线进行区分.随着断层厚度增加，晚期异常响应幅值增大，并且与TBM曲线的差异也越来越大.此时，同样出现了前述的两个异常峰值现象.当断层厚度增大到10 m后，由断层所引起的响应已经非常强，第二个异常峰值也非常明显.这一现象表明对于厚度较大的断层，即使存在TBM的影响，也可以使用瞬变电磁进行分辨.

当断层厚度、电阻率和断层与掌子面的距离保持不变时，断层规模的变化也会引起瞬变电磁响应的变化.为了考察断层规模变化对于瞬变电磁响应变化的影响规律，固定断层电阻率为1 Ωm，断层厚度5 m，断层与掌子面距离50 m，设计100 m×100 m、250 m×250 m和500 m×500 m的3种不同规模断层进行计算(计算结果如图 14所示).当断层规模达到一定程度时，即使与掌子面的距离达到了50 m，由断层产生的异常响应也可以在垂直感应电动势曲线中明显分辨出来，可见断层规模越大，引起的瞬变电磁异常响应也越大，即使存在TBM的强干扰源，仍然可以通过引起异常的时间差异来区分.

图 14

Fig. 14

图 14 不同断层规模时的瞬变电磁响应曲线 Fig. 14 TEM responses for different fault sizes

通过前述的数值计算结果分析可以发现不论是断层规模、断层与隧道掌子面的距离以及断层电阻率与围岩电阻率的比值如何变化，在垂直感应电动势曲线前期的响应都几乎相同，差别只存在于晚期，也就是由TBM之外的异常体自身响应的差别.因此，对于TBM施工隧道掌子面前方含有直立充水断层异常体时，在掌子面上测得的瞬变电磁响应可以近似看成由TBM响应、纯异常体响应以及纯隧道腔体背景响应的叠加.

理论上，低频电磁勘探为主导的Maxwell方程组满足准静态近似条件，即忽略了位移电流项，控制性方程变为(Zhdanov and Keller, 1994)：

(1)

(2)

其中，E为电场强度，H为磁场强度，B为磁通量密度，σ为电导率，t为时间.

可以看出，Maxwell方程组满足线性叠加原理，由若干场源产生的总场等于每一个场源在采集位置产生电磁场的线性叠加.当掌子面处的激发源关断之后，模型中的异常体会感应出涡流，不同的异常体(TBM、充水断层)产生的涡流可以看作二次场源，它们所产生的电磁响应可以在掌子面接收位置线性叠加.因此，TBM在整个模型中所造成的响应可以近似地认为不随模型的变化而变化，只随TBM型号和周围围岩背景电阻率的不同而变化.对于背景电阻率，可以根据区域地质情况进行确定.所以，只要给定了TBM型号，通过精确地建模和正演计算便可以得到其瞬变电磁响应，然后在总响应数据中减去即可剔除TBM的强干扰.其具体的实施步骤为：①对不包含任何异常的纯隧道腔体模型进行正演得到其响应əB_z/ət_b；②对包含TBM的隧道模型进行正演并得到其响应əB_z/ət_TBM；③计算TBM产生的纯异常场əB_z/ət_a=əB_z/ət_TBM-əB_z/ət_b；④对于总场数据进行校正后的瞬变电磁响应əB_z/ət_t=əB_z/ət_m-əB_z/ət_a.其中，əB_z/ət_m表示在掌子面处实测的瞬变电磁响应，在本文中采用数值模拟获得.

在通过正演计算确定TBM所产生的纯异常时需要先给定模型的背景电阻率，在实际操作时背景电阻率的值应该通过大量的现场标本采集和岩石物性实验并结合工区的地质情况确定.然而这一过程中最后给出的背景电阻率不可避免地与实际的背景电阻率存在差异，那么TBM干扰消除校正时必然存在误差.另外，TBM正演建模中给定的参数也必然与真实TBM存在一定的差异.

总体来讲，去除TBM干扰的过程中的误差来源主要分成两部分，第一部分来源于正演时背景电阻率与真实的背景电阻率差异引起的误差，另外一部分来自TBM建模结果与真实TBM之间的误差.本研究仅就第一部分的误差进行讨论，对由于TBM建模失真引起的误差暂不考虑.

算例1：断层100 m×100 m×5 m，距离掌子面50 m，断层电阻率1 Ωm，背景电阻率100 Ωm

在不考虑正演时背景电阻率与真实背景电阻率差异的前提下，按照前述的方法尝试对计算的隧道掌子面前方含有直立充水异常体不同模型进行校正和去除TBM干扰.首先对图 14中断层规模为100 m×100 m×5 m，距离掌子面50 m的直立充水断层进行了干扰消除.根据流程分别计算纯隧道腔体响应、包含TBM的响应和同时包含TBM和充水断层的响应，其中认为同时包含TBM和充水断层时的响应对应着总场数据(实际应用中是实测响应).图 15a中，可以看出去除TBM干扰后的瞬变电磁响应曲线与直接正演得到的纯异常体的瞬变电磁响应曲线吻合较好，这说明本文采取的去除方法是可行的.图 15b给出了去除TBM干扰瞬变电磁衰减曲线与直接正演得到的充水断层异常的瞬变电磁衰减曲线之间的相对误差.

图 15

Fig. 15

图 15 算例1去除TBM影响的数据与断层数据对比 (a)衰减曲线；(b)相对误差. Fig. 15 Case 1: Comparison between response data after TBM interference is removed and data from direct forward modeling (a) Decay curve; (b) Relative error.

从相对误差曲线图中可以看出去除TBM影响后整体相对误差较小，最大值不超过8%，最大误差出现在关断后10 μs和100 μs之间，说明干扰消除效果较好.采用校正后的数据与不包含TBM直接正演的数据分别计算回线范围的三维视电阻率图(图 16).尽管存在8%的最大误差，但根据两者计算的三维视电阻率图不管是低阻体的位置还是视电阻率幅值来判断都对应较好.

图 16

Fig. 16

图 16 算例1不包含TBM直接正演数据(左)与校正后的数据(右)三维视电阻率图像 Fig. 16 Case 1: 3D apparent resistivity from direct forward modeling (left) and after TBM response is removed (right)

算例2：断层100 m×100 m×5 m，距离掌子面50 m，断层电阻率10 Ωm，背景电阻率100 Ωm对于与算例1相同规模，但电阻率差异不是特别大的模型进行计算和验证.图 17给出了算例2中距离掌子面50 m的直立充水断层模型消除TBM干扰后的响应曲线与直接正演得到的纯异常曲线对比.可以看出，由于异常体本身规模较小并且距离掌子面较远，其在掌子面处产生的异常较小，但是经过干扰消除之后的瞬变电磁响应曲线与异常体正演响应曲线还是能够很好地对应.从相对误差曲线来看，消除干扰的效果比算例1效果好，最大的相对误差不超过1%.

图 17

Fig. 17

图 17 算例2去除TBM影响的数据与断层数据对比 Fig. 17 Case 2: Comparison between response data after TBM interference is removed and data from direct forward modeling

考虑到实际情况中利用正演模拟获取TBM响应时给定的围岩背景电阻率不可能完全符合真实围岩的背景电阻率情况，因而有必要分析两者存在差异时对于TBM干扰消除带来的误差.本文全部使用均匀背景电阻率进行研究，这一方面是为了模拟建模方便，更重要的是通过均匀背景能够发现模型变化的规律，便于开展研究.实际上，采用三维建模的方法可以模拟非常复杂的背景电阻率情况.

首先，在通过正演获得TBM干扰校正量时，分别设置隧道模型中的背景电阻率为130 Ωm、170 Ωm和200 Ωm，设计获取总响应(模拟实测数据)时背景电阻率为100 Ωm，如表 1所示，设计模型的最大相对误差为100%.掌子面前方的异常体采用150 m×150 m×5 m，距离掌子面20 m，电阻率为10 Ωm.

表 1(Table 1)

表 1 考虑背景电阻率差异的模型背景和相对误差 Table 1 Comparison models with different background resistivity and relative error 序号 获取TBM响应 背景电阻率/Ωm 获取总场响应模型 背景电阻率/Ωm 相对误差/% 算例3 130 100 30 算例4 170 100 70 算例5 200 100 100 算例6 100 200 100 算例7 130 200 35 算例8 170 200 15

表 1 考虑背景电阻率差异的模型背景和相对误差 Table 1 Comparison models with different background resistivity and relative error

图 18、图 19和图 20分别给出了表 1中3个算例的衰减曲线和视电阻率曲线对比.可以发现，在利用正演模拟获取TBM响应的过程中如果给定的围岩背景电阻率大于真实背景电阻率，则直接进行TBM干扰消除后获得的瞬变电磁响应与真实响应之间存在一定的差异，在衰减曲线中表现为衰减电压幅值高于真实的衰减电压，相应的在视电阻率曲线中表现为视电阻率幅值小于真实的视电阻率，但整体差异不大.即使背景电阻率相对误差增大到100%，经过校正后的曲线仍然表现了原有曲线的形态.

图 18

Fig. 18

图 18 算例3衰减曲线(左)和视电阻率曲线(右)对比图 Fig. 18 Case 3: Comparison of decay curve (left) and apparent resistivity (right)

图 19

Fig. 19

图 19 算例4衰减曲线(左)和视电阻率曲线(右)对比图 Fig. 19 Case 4: Comparison of decay curve (left) and apparent resistivity (right)

图 20

Fig. 20

图 20 算例5衰减曲线(左)和视电阻率曲线(右)对比图 Fig. 20 Case 5: Comparison of decay curve (left) and apparent resistivity (right)

在背景电阻率相对误差逐渐放大的过程中，无论是从衰减曲线，还是视电阻率曲线来看，相对误差越大，采用本文方法消除TBM干扰的响应与真实响应差距越大.从视电阻率曲线对比图中还可以发现，低电阻率异常得到了放大，最低值出现的时刻也有所提前，通过前述响应规律分析可知，这是TBM干扰去除不干净造成的.但这一结论是偏于安全的.

当计算TBM响应时设置的背景电阻率较真实电阻率低时，采用算例6、算例7和算例8来考察.此时设计采集总场时的背景电阻率为200 Ωm，正演计算TBM响应时的背景电阻率分别为100 Ωm、130 Ωm和170 Ωm，其余参数不变.

从图 21、图 22和图 23给出的衰减曲线和视电阻率曲线对比可以看出，获取TBM响应的正演过程中给定背景电阻率值小于实际背景电阻率值时，消除TBM干扰后所得异常响应感应电动势曲线幅值比原始异常值小，对应的视电阻率曲线中整体视电阻率值大于真实异常的视电阻率值，而且视电阻率曲线的极小值在时间上出现了滞后.这对于判定掌子面前方的低电阻率目标是不利的，有可能错过低电阻率异常目标或将大异常判定为小异常.因而在实际过程中，选择计算TBM响应的背景电阻率应尽量接近真实，在无法确定的情况下应整体高于实际电阻率，使计算结果偏于安全.

图 21

Fig. 21

图 21 算例6衰减曲线(左)和视电阻率曲线(右)对比图 Fig. 21 Case 6: Comparison of decay curve (left) and apparent resistivity (right)

图 22

Fig. 22

图 22 算例7衰减曲线(左)和视电阻率曲线(右)对比图 Fig. 22 Case 7: Comparison of decay curve (left) and apparent resistivity (right)

图 23

Fig. 23

图 23 算例8衰减曲线(左)和视电阻率曲线(右)对比图 Fig. 23 Case 8: Comparison of decay curve (left) and apparent resistivity (right)

采用时域有限差分法对TBM的瞬变电磁响应进行了数值模拟，对TBM存在时的瞬变电磁影响规律进行了分析.在分析基础上，根据瞬变电磁场的叠加原理，提出了一种电阻率减除的校正方法，通过数值算例表明，给出的减除校正法能够去除大部分的TBM影响，即使考虑建模误差带来的TBM响应差异，也能够很好地保持去除后视电阻率曲线与真实情况的趋势一致性.该方法不仅仅适用于隧道环境，对于其他诸如地面、航空、半航空、海洋瞬变电磁勘探同样适用.

但本研究仍然存在如下需要改进的问题：①本研究仅以TBM为例考虑单一干扰源的情况，但在实际探测过程中存在较多的干扰源，必须对所有可能的干扰源进行建模计算后才能够想办法去除.②实际数据采集过程中一般采用多匝小回线，由于线圈自感和互感的影响，此时采集的感应电压幅值可能会大于数值模拟的幅值，需要在实际数据采集时考虑校正.③由于目前没有试验条件，没有对实测数据进行分析，对实测数据的分析过程中可能会发现更多的问题.

感谢曾友强硕士提供TBM复杂模型建模和三维时域有限差分网格剖分.感谢两位匿名审稿专家提出的宝贵意见.