發(fā)布時(shí)間：2017-10-08 09:19

  本文關(guān)鍵詞：電磁波在煤層中的傳播規(guī)律與全波形概率反演方法研究

  更多相關(guān)文章： 巷道電磁波 相位 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)建模 蒙特卡羅抽樣 全波形概率反演

【摘要】：巷道電磁波層析成像技術(shù)是一種探測煤礦工作面內(nèi)地質(zhì)異常構(gòu)造的礦井地球物理勘探方法。在井下有限觀測方位下,目前僅利用透射電磁波的振幅衰減信息,其成像精度和準(zhǔn)確度均難以滿足煤礦生產(chǎn)需要。本文作為國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“煤礦突水、火災(zāi)等重大事故防治關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)”(2013BAK06B00)的一部分,采用數(shù)值模擬和物理實(shí)驗(yàn)綜合研究方法,從電磁波振幅和相位測量及全波形曲線觀測出發(fā),研究和分析了包括相位信息在內(nèi)的成像敏感參數(shù)的傳播規(guī)律,建立了全波形概率反演方法,提高了巷道電磁波層析成像法的反演精度。(1)通過正演模擬,基于虛實(shí)分量檢測法原理研究了電磁波在煤層中傳播時(shí)振幅和相位的分布變化規(guī)律,對(duì)比分析了電磁波振幅和相位參數(shù)在不同工況條件下對(duì)地質(zhì)異常體的響應(yīng)靈敏度。研究表明相位參數(shù)特征與煤層中小于菲涅爾半徑的異常體邊界有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,對(duì)垂直和平行巷道的復(fù)合異常體有良好的空間分辨能力,在推斷解釋斷層及其組合關(guān)系方面具有良好的應(yīng)用潛力。鑒于相位參數(shù)對(duì)低阻異常體反應(yīng)靈敏的特性,將相位參數(shù)應(yīng)用到巷道電磁波層析成像技術(shù)中。(2)利用聯(lián)合迭代的線性反演方法,對(duì)振幅和相位參數(shù)分別進(jìn)行了反演和重建。結(jié)果表明,相位參數(shù)較振幅參數(shù)對(duì)單個(gè)異常體有更加準(zhǔn)確的橫向定位,對(duì)多個(gè)地質(zhì)構(gòu)造并存的復(fù)合異常,透視異常的疊加效應(yīng)也得到很好的壓制。采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和自行設(shè)計(jì)的寬角覆蓋天線,進(jìn)行了振幅衰減和相位延遲參數(shù)測量的室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn),實(shí)測相位延遲曲線及其層析成像的結(jié)果驗(yàn)證了相位信息作為反演成像新參數(shù)予以利用的可行性和有效性。(3)基于相位參數(shù)在成像中的優(yōu)勢,為方便井下施工,提出了同時(shí)反映透射電磁波振幅和相位信息的全波形曲線觀測方法,并在貝葉斯框架下,將后驗(yàn)概率分布作為全波形反演算法的目標(biāo)解,利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)與蒙特卡羅模擬方法生成先驗(yàn)?zāi)Ｐ?通過先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼輸M合波形和觀測波形的似然概率函數(shù)與Metropolis準(zhǔn)則構(gòu)造了一個(gè)平穩(wěn)分布與目標(biāo)后驗(yàn)概率分布相同的馬爾科夫鏈,獲取了后驗(yàn)概率分布的樣本。樣本的統(tǒng)計(jì)信息提供了對(duì)全波形反演結(jié)果的可靠性的評(píng)估方法。在此基礎(chǔ)上,采用Matlab開發(fā)平臺(tái),編制了電磁波全波形概率法層析成像反演計(jì)算程序,程序中利用先驗(yàn)概率分布描述問題模型,可充分融合各種來源的先驗(yàn)信息,降低反問題的多解性。另外,利用概率建模的方法改善了傳統(tǒng)全波形反演方法對(duì)初始模型的依賴,降低了反演方法對(duì)噪聲的敏感度,實(shí)現(xiàn)了介電常數(shù)和電導(dǎo)率模型的同步反演。(4)各種理論模型的反演成像結(jié)果表明:全波形反演方法充分考慮了電磁波傳播過程中的繞射、散射等效應(yīng),有效改善了巷道電磁波層析成像方法的成像精度,顯著提高了單個(gè)小于菲涅耳半徑的小斷層的反演精度和復(fù)合異常的空間分辨能力。
【關(guān)鍵詞】：巷道電磁波 相位 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)建模 蒙特卡羅抽樣 全波形概率反演
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD166;P631.325
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-22
• 變量注釋表22-23
• 1 緒論23-29
• 1.1 論文研究背景及意義23-24
• 1.2 巷道電磁波透視技術(shù)的研究歷史與現(xiàn)狀24-26
• 1.3 研究內(nèi)容與技術(shù)路線26-28
• 1.4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)28-29
• 2 巷道電磁波透視方法與理論基礎(chǔ)29-47
• 2.1 巷道電磁波透視法原理29-33
• 2.2 電磁波在煤層波導(dǎo)中的傳播規(guī)律33-39
• 2.3 電磁波數(shù)值模擬算法39-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 3 電磁波在煤層中的相位分布特征及反演結(jié)果分析47-72
• 3.1 模擬參數(shù)的選擇47
• 3.2 模擬程序的準(zhǔn)確性驗(yàn)證47-49
• 3.3 電磁波在煤層中的相位分布特征研究49-63
• 3.4 相位參數(shù)的觀測與反演重建63-66
• 3.5 電磁波在煤層中的全波形響應(yīng)特征66-70
• 3.6 本章小結(jié)70-72
• 4 電磁波相位觀測物理模型實(shí)驗(yàn)72-86
• 4.1 物理相似性準(zhǔn)則72
• 4.2 實(shí)驗(yàn)原理及天線設(shè)計(jì)72-77
• 4.3 相位參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果及分析77-82
• 4.4 巷道透視全波形觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)82-85
• 4.5 本章小結(jié)85-86
• 5 基于全波形觀測的巷道電磁波透視反演方法研究86-122
• 5.1 全波形概率反演的貝葉斯描述86-88
• 5.2 全波形反演的馬爾科夫鏈蒙特卡洛抽樣88-92
• 5.3 全波形概率反演的數(shù)據(jù)不確定性92-93
• 5.4 全波形概率反演算法流程及編程實(shí)現(xiàn)93-97
• 5.5 不同地質(zhì)異常體模型的反演分析97-121
• 5.6 本章小結(jié)121-122
• 6 結(jié)論和展望122-124
• 參考文獻(xiàn)124-131
• 作者簡歷131-133
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集133

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 湯井田;任政勇;化希瑞;;地球物理學(xué)中的電磁場正演與反演[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2007年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳俊軍;跨孔雷達(dá)全波形層析成像反演方法的研究[D];吉林大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：993212