隨著我國煤炭礦產資源的不斷開發,在山西、陜西、內蒙古自治區等產煤區已產生了廣大的煤礦采空區。煤礦采空區的出現,使得周邊巖體結構的受力平衡性被破壞,導致一定區域范圍內發生裂縫、地面坍塌以及不均勻沉降等問題,威脅人民生命及財產安全。如何準確高效地探測煤礦采空區的具體位置,成為煤炭礦山生產及災害防治工作中迫切需要解決的熱點及難點。地球物理方法中,頻率域可控源電磁法具有探測精度高、效率高、成本低等優點,因此被廣泛用于金屬礦產、油氣資源、工程地質、水文資源勘查等,也可被用于煤礦采空區探測。隨著大規模的煤礦采空區的形成,采用頻率域可控源電磁法進行煤礦采空區的探測已成為一種趨勢。以煤礦采空區為研究對象,結合現代高科技技術,進行頻率域可控源電磁法的高精度、高效率數據解釋,開展煤礦采礦區精準探測的科學研究,并將該方法推廣到實際工程探測中去,具有重要的意義。本文以煤礦采空區的精準探測相關問題為研究目標,圍繞頻率域可控源電磁法三維正演及三維反演問題展開了研究。主要內容包括:(1)對煤礦采空區相關內容進行了闡述,包括采空區地質背景、類型劃分、結構特征和地球物理特征等,簡要介紹了常用的地球物理探測方法。(2)從...

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【學位級別】：博士

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摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 選題背景及研究意義
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 常用地球物理方法概述
        1.2.2 采空區地球物理探測國外研究現狀
        1.2.3 采空區地球物理探測國內研究現狀
        1.2.4 頻率域電磁法正反演研究現狀
    1.3 研究內容
    1.4 主要創新點
第2章 煤礦采空區概述
    2.1 煤礦采空區地質背景分析
        2.1.1 煤礦采空區的類型劃分
        2.1.2 煤礦采空區的結構特征
        2.1.3 煤礦采空區的地球物理特征
    2.2 煤礦采空區地球物理探測方法
        2.2.1 電磁勘探法
        2.2.2 重力勘探法
        2.2.3 地震勘探法
    2.3 本章小結
第3章 頻率域可控源電磁法三維有限元正演
    3.1 控制方程
    3.2 有限單元法分析
        3.2.1 有限單元法
        3.2.2 加權殘差計算
        3.2.3 四面體單元基函數
    3.3 單元分析
    3.4 單元矩陣積分
    3.5 邊界條件
    3.6 正演算例
        3.6.1 精度驗證
        3.6.2 單層采空區的電磁響應分析
        3.6.3 雙層采空區的電磁響應分析
    3.7 本章小結
第4章 頻率域可控源電磁法三維高斯牛頓反演
    4.1 反演目標函數的構建
    4.2 網格剖分
    4.3 全局最優化方法
        4.3.1 高斯牛頓法
        4.3.2 擬牛頓法
    4.4 靈敏度矩陣的計算及法方程的求解
        4.4.1 靈敏度矩陣的計算
        4.4.2 靈敏度矩陣與任意向量的乘積
        4.4.3 靈敏度矩陣的轉置與任意向量的乘積
        4.4.4 法方程的求解
    4.5 模型更新策略
    4.6 正則化參數的選擇
    4.7 反演算法的并行化設計
    4.8 反演算例
        4.8.1 單個采空區模型
        4.8.2 拱形采空區模型
        4.8.3 相鄰采空區模型
        4.8.4 復雜三維采空區模型
    4.9 本章小結
第5章 頻率域可控源電磁法探測煤礦采空區工程應用
    5.1 研究區地質概況及地球物理特征
        5.1.1 研究區地質概況
        5.1.2 地球物理特征
    5.2 數據采集與預處理
        5.2.1 數據采集
        5.2.2 數據預處理
    5.3 地質解釋
    5.4 本章小結
第6章 結論及展望
    6.1 結論
    6.2 展望
參考文獻



本文編號：3999506