本文選題：全空間響應 + 磁偶極子源　； 參考：《中國礦業(yè)大學》2017年博士論文

【摘要】：礦井瞬變電磁法是構建煤礦突水危險源預測預報多方法、多階段、井上下立體綜合預警模式的重要勘察手段之一。該方法具有效率高、對良導含水構造靈敏的優(yōu)點。但與地面瞬變電磁法相比,該方法在理論上還未完全搞清,尚存在很多亟待解決的問題,如計算視電阻率偏小、地電異常體的空間定位和定向探測問題、有效探測深度和時深轉換等問題。本文針對地電體空間定位和定向探測問題,采用數(shù)值模擬方法對全空間地電異常體的響應特征進行了研究,并探索了一種新的探測方式。論文在前人的研究基礎上,從三維電場擴散方程出發(fā),基于正交六面體剖分推導了有限體積法(廣義差分法)的無條件穩(wěn)定的Du Fort-Frankel差分格式,避免了從磁場擴散方程構造的差分格式中需要計算電導率導數(shù)問題。采用均勻全空間磁偶源電場的解析解作為初始條件代入源;在大的求解區(qū)域條件下,采用非均勻網(wǎng)格空間離散方式不會耗費太多的計算內(nèi)存和時間,且在截斷邊界上應用第一類邊界條件不會帶來太大的截斷誤差。采用C++語言編程,提高了程序的執(zhí)行效率。均勻全空間模型數(shù)值解與解析解的誤差小于11%。利用全空間瞬變電場的解析式研究了全空間瞬變電、磁分量的擴散時空特征,計算結果表明全空間瞬變電磁場的擴散明顯不同于半空間瞬變電磁場,電場分量類似水波一樣向外擴散。數(shù)值計算結果表明高阻煤層對瞬變電磁場的擴散影響很小,而低阻煤層對瞬變電磁場的畸變作用很大,不利于開展瞬變電磁法。異常體的大小、空間形態(tài)、埋深、電阻率直接影響同點接收裝置中的響應值。異常體的幾何尺寸的變化對單個測點的響應值的影響是非線性的,增加到一定規(guī)模后影響逐漸變小。低阻異常體的埋深對同點裝置響應值的影響較大,淺層低阻異常體中由一次場關斷瞬間直接感應出的渦流電場非常強,遠大于隨后大地介質中擴散場在異常體中激發(fā)的渦流響應。異常體的空間形態(tài)的變化在測線上可以反映出來,傾斜異常體的響應特征與半空間存在一定的區(qū)別,反傾斜一側的感應電動勢大于另一側。兩種瞬變電磁掌子面超前探測方式均能反映前方低阻異常,短勘探線方式根據(jù)等值線的傾斜方向可以定性異常的方位,扇形觀測對異常的定位更準確,理論上扇形觀測方式效果更好。研究表明礦井瞬變電磁透視法可以有效地反映低阻異常的位置,新的探測方式有助解決當前施工模式下空間異常定位難、時深轉換不準的困局。曲線對比法、異常體響應系數(shù)反投影成像法、幾何成像法三種方法都能在一定程度上解釋異常體的位置,其中異常系數(shù)反投影法效果最好,三種方法相結合可以提高解釋的精度。礦井瞬變電磁透視法資料反演解釋方面還有待進一步研究。
[Abstract]:The mine transient electromagnetic method is one of the most important methods for the construction of the prediction and prediction of the dangerous source of water inrush in the coal mine. It is one of the most important means of investigation in the comprehensive early warning model of the well and bottom. This method has the advantages of high efficiency and sensitive to the good guide water cut structure. The problems to be solved, such as small calculation apparent resistivity, space positioning and directional detection of geoelectric anomaly body, effective detection depth and time depth conversion, are discussed in this paper. In this paper, the numerical simulation method is used to study the response characteristics of the spatial anomaly body of the whole space. On the basis of previous studies, the paper derives the unconditionally stable Du Fort-Frankel difference scheme of the finite volume method (generalized difference method) based on the orthogonal hexahedral division based on the three-dimensional electric field diffusion equation, and avoids the need to calculate the derivative of the conductivity in the difference scheme constructed from the magnetic field diffusion equation. The analytical solution of the electric field of the uniform full space magnetic field is taken as the source of the initial condition. Under the large area condition, the non uniform grid space discrete method will not cost too much memory and time, and the application of the first kind of boundary conditions on the truncated boundary will not bring too much truncation error. The program is programmed with C++ to improve the range. The error of the numerical solution and the analytical solution of the uniform full space model is less than 11%.. The spatial and temporal characteristics of the whole space transient electric field and the magnetic component are studied by the analytical formula of the full space transient electric field. The calculation results show that the diffusion of the whole space transient electromagnetic field is obviously different from the half space transient electromagnetic field, and the electric field component is similar to the water wave. The numerical results show that high resistivity coal seam has little influence on the diffusion of transient electromagnetic field, while low resistivity coal seam has great effect on transient electromagnetic field distortion, which is not conducive to the development of transient electromagnetic method. The size of abnormal body, space form, buried depth, and resistivity directly affect the response value of the same point receiving device. The influence of the response of a single point on the response value of a single point is nonlinear, and the influence gradually becomes smaller after increasing to a certain scale. The depth of the low resistivity abnormal body has a great influence on the response value of the same point device. The direct induction of the eddy current field in the shallow low resistivity abnormal body is very strong, far larger than the anomalous diffusion field in the subsequent earth medium. The variation of the spatial form of the abnormal body can be reflected on the measuring line. The response characteristics of the abnormal body are different from the half space, and the induction electromotive force on the side of the reverse side is larger than the other side. The two transient electromagnetic palm front detection methods can reflect the front low resistivity anomaly and the short exploration line mode. According to the inclination direction of the contour line, the azimuth of the anomaly can be qualitative, the sector observation is more accurate for the location of the anomaly, and the effect of the fan-shaped observation is better in theory. The research shows that the mine transient electromagnetic perspective method can effectively reflect the position of the low resistivity anomaly, and the new detection method helps to solve the difficulty of the spatial anomaly location under the current construction mode and the time depth. Three methods, curve contrast, abnormal body response coefficient back projection imaging, and geometric imaging method can all explain the position of abnormal body to a certain extent, and the effect of abnormal coefficient back projection method is the best. The combination of the three methods can improve the accuracy of interpretation. Further research is still to be done.

【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P641.461;P631.325

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本文編號：1868035