本文關(guān)鍵詞：巷道瞬變電磁法三維正演研究

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【摘要】：巷道瞬變電磁法勘探是一種重要的礦井巷道物探方法，相比地面瞬變電磁法勘探，該方法具有體積效應(yīng)小、分辨率高、設(shè)備靈活和高效等優(yōu)點(diǎn)，該方法在礦井中的應(yīng)用主要是預(yù)測(cè)巷道頂、底板和掘進(jìn)面附近突水構(gòu)造以防止礦井透水災(zāi)難、維護(hù)施工安全以及對(duì)掘進(jìn)面處礦體進(jìn)行超前探測(cè)。該方法正日益顯示出在礦井勘探工作中的重要地位。但解釋技術(shù)的相對(duì)滯后，嚴(yán)重制約著礦井瞬變電磁法的發(fā)展。因此，對(duì)礦井瞬變電磁法三維正演問(wèn)題的研究有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本文拋開(kāi)了以往直接在全空間中推導(dǎo)磁偶極子時(shí)間域電磁場(chǎng)響應(yīng)公式的方法，結(jié)合實(shí)際工作情況，將礦井下的全空間研究區(qū)域分解為礦井頂、底板層狀空間及巷道空氣層空間，結(jié)合相應(yīng)的邊界條件，推導(dǎo)了矩形回線源在三個(gè)空間中的頻率域一次場(chǎng)公式，通過(guò)快速漢克爾變換的數(shù)值解法得到頻率域一次場(chǎng)結(jié)果，并驗(yàn)證了正確性。本文推導(dǎo)了頻率域二次場(chǎng)交錯(cuò)采樣有限差分方程，研究了交錯(cuò)采樣網(wǎng)格中電場(chǎng)單元與磁場(chǎng)單元采樣位置及關(guān)系，結(jié)合邊界條件將二次場(chǎng)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)含有稀疏矩陣的大型線性方程組的求解問(wèn)題；對(duì)大型線性方程組的數(shù)值計(jì)算選用擬最小殘量法進(jìn)行求解，得到頻率域二次場(chǎng)在三維全空間中的電磁場(chǎng)響應(yīng)結(jié)果；并通過(guò)反傅氏變換的正余弦算法實(shí)現(xiàn)了頻率域結(jié)果到時(shí)間域結(jié)果的轉(zhuǎn)換。 算法實(shí)現(xiàn)上，本文采用fortrain語(yǔ)言編寫(xiě)了程序，并對(duì)各理論模型進(jìn)行了試算，，運(yùn)用Matlab和surfer等軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)試算數(shù)據(jù)的可視化。通過(guò)對(duì)各種層狀空間、含有高、低阻異常體空間模型的計(jì)算和結(jié)果分析，均表明了此方法的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：礦井瞬變電磁法 矩形回線源 交錯(cuò)網(wǎng)格 有限差分法 三維數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P631.325;TD76
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 高維瞬變電磁法數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 瞬變電磁法常用工作裝置11-13
• 1.4 本文研究的意義與主要內(nèi)容13-15
• 第二章 巷道瞬變電磁法三維正演模擬15-53
• 2.1 基本方程15-16
• 2.2 頻率域?qū)訝羁臻g一維數(shù)值模擬16-25
• 2.2.1 巷道空氣層解18
• 2.2.2 底板下層狀地層勢(shì)解18-19
• 2.2.3 頂板以上層狀地層解19-20
• 2.2.4 矩形回線源電磁場(chǎng)分量20-25
• 2.3 快速漢克爾變換25-26
• 2.4 不同積分方法結(jié)果對(duì)比26-28
• 2.5 頻率域一次場(chǎng)結(jié)果正確性驗(yàn)證28-33
• 2.5.1 與垂直磁偶極子對(duì)比28-30
• 2.5.2 與水平大回線源（圓形）背景場(chǎng)對(duì)比30-31
• 2.5.3 與諧和磁偶極源背景場(chǎng)對(duì)比31-33
• 2.6 頻率域二次場(chǎng)有限差分公式推導(dǎo)33-47
• 2.6.1 研究區(qū)域交錯(cuò)網(wǎng)格離散化33-36
• 2.6.2 有限差分方程推導(dǎo)36-47
• 2.6.3 邊界條件47
• 2.7 求解線性方程組的擬最小殘量法（QMR）47-48
• 2.8 頻率域結(jié)果向時(shí)間域結(jié)果的轉(zhuǎn)化48-50
• 2.9 時(shí)間域二次場(chǎng)響應(yīng)50-53
• 第三章 算法驗(yàn)證及正演模型結(jié)果53-64
• 3.1 算法驗(yàn)證53-56
• 3.1.1 層狀半空間模型結(jié)果對(duì)比53-55
• 3.1.2 井下層狀空間模型對(duì)比55-56
• 3.2 正演模型算例56-64
• 3.2.1 不同收發(fā)距二次場(chǎng)結(jié)果曲線對(duì)比56-57
• 3.2.2 低阻-高阻模型正演結(jié)果曲線對(duì)比57-58
• 3.2.3 均勻介質(zhì)中巷道底板巖層內(nèi)部低阻異常體的響應(yīng)特征58-60
• 3.2.4 均勻介質(zhì)中巷道底板巖層內(nèi)部高阻異常體的響應(yīng)特征60-61
• 3.2.5 均勻介質(zhì)中高—低阻復(fù)合異常體的響應(yīng)特征61-64
• 第四章 結(jié)論與建議64-66
• 4.1 研究?jī)?nèi)容與結(jié)論64
• 4.2 建議64-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：619359