文档介绍：同济大学
博士后学位论文
坑道内三维电阻率全空间立体成像及电阻率法研究
姓名:黄俊革
申请学位级别:博士后
专业:海洋科学
指导教师:王家林
20061031
摘要地表电阻率法测线布设方法对周边介质的全空间探测难以得§Ⅱ满意效果。例如,在坑道底而布设测线,其异常响应不仅仅是底面下方地质体的反映,坑道外测其他位置的地质体同样在由于坑道内电场空间分布的特殊性,各种电阻率观测装置的异常响应与地表异常形态完全不同。本文对小极距偶极一偶极、大极距偶极一偶极装置、赤道偶极装置进行正演模拟,坑道内的电阻率异常响应,由于受到坑道空腔的影响,很难得到解析解。止演一般采用物理或数值计算手段进行模拟,在分析异常规律的同时,为坑道全空间反演做准各。首先给Ⅲ坑道中正常电位的取值,并利用有限单元异常电位计算法对坑道内电阻率测深进行正演计在坑道正演的前提下,利用点源互换原理计算雅可比矩阵,可在~次正演的基础上得到所有矩阵元素,节约了计算时间。利用最小二:乘法对坑道周边介质进行全空间反演成像。煤矿和金属矿山坑道、公路铁路隧道、引水隧道等地下讨校锏狼胺揭肌⒑地质构造、溶洞一直是困扰安全生产的重人隐患。用钻探方法进行超前防探,设备笨重、丁期长、效率低,且破坏隔水层,,形成新的不安全闲素。、地质雷达、直流电阻率法、↖等本文首先以无限大板状体为例求解全空间电场分布,提出探厚比概念以讨论电阻率超前探测极限问题。通过对比全空间与坑道内超前探测异常形态可知,坑道坑道空腔只会影响极距较小时的视电阻率幅值,不会掩盖迎头前方地质体的异常响应。大鼍模型计算结果表明,性以及板状体倾角的影响。仅利用电阻率极值位置准确解释超前探测异常的难度较大。设计有效的反演方法对异常体的各种参数综台反演是非常必要的。首先利用有限元数值模拟技术分析并消除坑道空腔对视电阻率的影响,并将坑道超前探测视电阻率曲线转化为全空间视电阻率曲线。然后采用最小二乘法对超前探测视电阻率曲线进行快速反演。反演结果可准确反体的厚度和电阻率的组台值。目前,电阻率法在找矿、程勘察、水文地质调查中的应用非常胺骸5ǘ砸斐L卣鳌规律的理论问题缺乏深入研究。本文利用有限单元法对三维高密度畇ā⑺瓼电阻率/极化率测深、井地联合观测方式下的异常进行正演模拟,以分析其异常特征。在坑道内进行电阻率测深时,坑道空间狭小,测量剖面的布设受到局限。相应地,采用底面剖面上有所反映,异常判别困难。为此,可利削坑道的四个面和四个角同时进行测量。分析各个断面的异常特征。算。方法。其中直流电阻率法投入少、效率高被广泛使用。电阻率异常极值位置与板状体位置之间的差异在吨洌彝笔艿揭斐L搴穸群偷映嗣岩电阻率、异常体的电性、位置和产状;而由于同层等值现象,反演结果只能确定异常
不不秒盯『『.瑚第一章坑道三维电阻率测深正演模拟甁·三维电场正演模拟及加速己知电阻率的空间分布求电场分布的过程称为止演,电阻率的正演方法有解析法、物理模拟法和数值模拟法,由于解析法和物理模拟法不适合场源和复杂物性分布的正演情况,随着计算技术和计算机技术的发展,数值模拟法已成为电阻率法正演最主要的方法。目前主要的数值模拟方法有有限单元法、有限差分法和边界单元法等,使用较多的是有限单元法。其主要优点是,适用《豶复杂的电性分布和复杂边界形状的模拟计算。用有限单元法求解三施,阮百尧等在计算机上得以实现,但计算时间仍然很长。本章从三维点源场电位满足的微分方程、边值问题、变分问题出发,介绍有限单元法求解点源二维电场的变分方程的区域六面体剖分、三线性插值等方法;对比有限单元的总电位法和异常电位法的计算结果;简化异常电位算法的边界条件,使计算时间由原来的数十小时缩短到现在的十几分钟,通过对比边界距离对计算结果精度的影响,确定适当的边界距离以保证计算精度。通过对一些比较典型的模型进行对比计算的结果显示,这种做法非常成功有三维点源场的边值与变分问题点电源,用,表示电流密度久鼍,所围的区域,根据通量定律,当爿总量为,,当爿点在闭合面厂之外时.,流过闭合面厂的电流总量为零,即根据高斯公式,欠衬的面积分转换为矢量散度的体积分维电场问题,,曾做过这方面上作,徐世浙做过详细论述,但是电阻率法二维有限单元模拟需要庞人内存和高速度的运算处理器,当时难以实效。.三维点源场的边值问题总电位的边值问题在地面彳点有一电流强度为,的在空间作任意闭合面厂,臼是厂点在闭合面,⒖图彳∈
宴畍:蔐￡巧崩表示以V行牡恼己軯函数的积分性质押康牡缧圆痪刃远訪上的电位分布不发生影ぃ浮辧在无穷远边界希俣ㄇ騋够大的半球面,乙,它与地面槌梢桓龇獗盏边界:在希缌餮氐乇砹鞫缘缌髅芏∈电流密度氲缥惶荻葀有如下关系:一地橹史植荚诎胛尴蘅占渲