煤矿采空区频率域可控源电磁法三维正反演研究及应用

发布时间：2024-07-02 01:46

　　随着我国煤炭矿产资源的不断开发,在山西、陕西、内蒙古自治区等产煤区已产生了广大的煤矿采空区。煤矿采空区的出现,使得周边岩体结构的受力平衡性被破坏,导致一定区域范围内发生裂缝、地面坍塌以及不均匀沉降等问题,威胁人民生命及财产安全。如何准确高效地探测煤矿采空区的具体位置,成为煤炭矿山生产及灾害防治工作中迫切需要解决的热点及难点。地球物理方法中,频率域可控源电磁法具有探测精度高、效率高、成本低等优点,因此被广泛用于金属矿产、油气资源、工程地质、水文资源勘查等,也可被用于煤矿采空区探测。随着大规模的煤矿采空区的形成,采用频率域可控源电磁法进行煤矿采空区的探测已成为一种趋势。以煤矿采空区为研究对象,结合现代高科技技术,进行频率域可控源电磁法的高精度、高效率数据解释,开展煤矿采矿区精准探测的科学研究,并将该方法推广到实际工程探测中去,具有重要的意义。本文以煤矿采空区的精准探测相关问题为研究目标,围绕频率域可控源电磁法三维正演及三维反演问题展开了研究。主要内容包括:(1)对煤矿采空区相关内容进行了阐述,包括采空区地质背景、类型划分、结构特征和地球物理特征等,简要介绍了常用的地球物理探测方法。(2)从...

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摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 常用地球物理方法概述
        1.2.2 采空区地球物理探测国外研究现状
        1.2.3 采空区地球物理探测国内研究现状
        1.2.4 频率域电磁法正反演研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 主要创新点
第2章 煤矿采空区概述
    2.1 煤矿采空区地质背景分析
        2.1.1 煤矿采空区的类型划分
        2.1.2 煤矿采空区的结构特征
        2.1.3 煤矿采空区的地球物理特征
    2.2 煤矿采空区地球物理探测方法
        2.2.1 电磁勘探法
        2.2.2 重力勘探法
        2.2.3 地震勘探法
    2.3 本章小结
第3章 频率域可控源电磁法三维有限元正演
    3.1 控制方程
    3.2 有限单元法分析
        3.2.1 有限单元法
        3.2.2 加权残差计算
        3.2.3 四面体单元基函数
    3.3 单元分析
    3.4 单元矩阵积分
    3.5 边界条件
    3.6 正演算例
        3.6.1 精度验证
        3.6.2 单层采空区的电磁响应分析
        3.6.3 双层采空区的电磁响应分析
    3.7 本章小结
第4章 频率域可控源电磁法三维高斯牛顿反演
    4.1 反演目标函数的构建
    4.2 网格剖分
    4.3 全局最优化方法
        4.3.1 高斯牛顿法
        4.3.2 拟牛顿法
    4.4 灵敏度矩阵的计算及法方程的求解
        4.4.1 灵敏度矩阵的计算
        4.4.2 灵敏度矩阵与任意向量的乘积
        4.4.3 灵敏度矩阵的转置与任意向量的乘积
        4.4.4 法方程的求解
    4.5 模型更新策略
    4.6 正则化参数的选择
    4.7 反演算法的并行化设计
    4.8 反演算例
        4.8.1 单个采空区模型
        4.8.2 拱形采空区模型
        4.8.3 相邻采空区模型
        4.8.4 复杂三维采空区模型
    4.9 本章小结
第5章 频率域可控源电磁法探测煤矿采空区工程应用
    5.1 研究区地质概况及地球物理特征
        5.1.1 研究区地质概况
        5.1.2 地球物理特征
    5.2 数据采集与预处理
        5.2.1 数据采集
        5.2.2 数据预处理
    5.3 地质解释
    5.4 本章小结
第6章 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献



本文编号：3999506