本文關(guān)鍵詞：隧道超前預(yù)報中的固源瞬變電磁正演方法

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【摘要】：瞬變電磁法(Transient Electromagnetic Method,簡稱TEM)是一種人工源時域電磁法,具有探測深度大、橫向分辨率高、低阻響應(yīng)靈敏以及工作效率高等優(yōu)勢,在礦產(chǎn)勘查、水文地質(zhì)勘察和工程勘察等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中,瞬變電磁法采用中心回線等動源類裝置,即在隧道掌子面上布置多匝方形或圓形等規(guī)則發(fā)射線框,利用接收回線(或探頭)在發(fā)射線框內(nèi)接收電磁信號,然后沿著掌子面上的測線同時移動發(fā)射線框和接收回線(或探頭)進(jìn)行逐點(diǎn)觀測。這種工作方式比較簡單,容易解釋,但也存在相應(yīng)的缺點(diǎn),比如：探測深度較小、互感干擾較強(qiáng)、覆蓋面小、數(shù)據(jù)量少、不利于整個掌子面的三維成像等。為了改進(jìn)這些不足,本文提出了一種固源瞬變電磁法隧道超前預(yù)報方法。該方法采用定源類裝置,通過設(shè)計適合于隧道掌子面輪廓的半圓形不規(guī)則發(fā)射回線,在回線內(nèi)布置多條平行測線進(jìn)行逐點(diǎn)或多點(diǎn)觀測。這樣一種工作方式可以充分利用隧道掌子面空間,也為日后發(fā)展固源陣列式觀測方法奠定基礎(chǔ)。因固源瞬變電磁法在發(fā)射和接收方式上都做了較大的改動,倘若直接利用現(xiàn)有的中心回線工作裝置正反演方法,其結(jié)果必定會出現(xiàn)較大的誤差甚至錯誤,所以,需要重新建立相應(yīng)的正反演理論方法。鑒于研究時間限制,加上正演是反演的基礎(chǔ),本文只針對固源瞬變電磁正演方法開展研究。該研究主要是基于水平電偶極子合成不規(guī)則回線源的方法,建立了均勻?qū)訝罱橘|(zhì)表面接收的固源瞬變電磁響應(yīng)的理論表達(dá)式。采用線性數(shù)字濾波算法,獲得了水平電偶極子的瞬變電磁響應(yīng)中的Hankel積分和余弦積分,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)固源瞬變電磁的正演模擬。該正演方法使得瞬變電磁的發(fā)射回線可以不規(guī)則,接收點(diǎn)位置可以放置在回線內(nèi)非中心點(diǎn)位置,可適用于不同掌子面條件下的超前預(yù)報。通過對同一模型的固源瞬變電磁正演模擬與傳統(tǒng)中心回線裝置的瞬變電磁模擬結(jié)果對比,初步驗(yàn)證了固源瞬變電磁正演理論及數(shù)值計算方法的正確性。為了更好地了解固源瞬變電磁正演方法的應(yīng)用效果和特點(diǎn),構(gòu)建了三種隧道超前預(yù)報典型不良地質(zhì)體的地電模型——充水?dāng)鄬�、裂�?低阻薄層),充水或充泥破碎帶(低阻厚層)和干燥無充填斷層、破碎帶(高阻夾層),通過對模擬得到的感應(yīng)電動勢衰減曲線及其一次微分變化曲線的分析,電磁響應(yīng)結(jié)果基本符合模型結(jié)構(gòu)特點(diǎn),從而又進(jìn)一步驗(yàn)證了該正演方法的有效性。最后,利用隧道超前預(yù)報模型試驗(yàn)系統(tǒng)開展相應(yīng)的物理模擬與數(shù)值模擬對比分析,同樣也能較好地檢驗(yàn)了固源瞬變電磁正演方法的實(shí)際應(yīng)用效果。
【關(guān)鍵詞】：固源瞬變電磁法 隧道超前地質(zhì)預(yù)報 正演方法 不規(guī)則回線 水平電偶極子
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U452.11
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 研究目的和意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-22
• 1.2.1 瞬變電磁法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.2 瞬變電磁法一維正演的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.3 瞬變電磁法不規(guī)則回線的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3 研究思路與主要內(nèi)容22-24
• 1.4 主要創(chuàng)新點(diǎn)24-25
• 第二章 固源瞬變電磁正演理論25-36
• 2.1 固源瞬變電磁的基礎(chǔ)知識25-28
• 2.1.1 Maxwell方程25-26
• 2.1.2 矢量位函數(shù)26-28
• 2.2 水平電偶極子的諧變電磁場28-30
• 2.3 水平電偶極子的瞬變電磁場30-35
• 2.3.1 頻域電磁場與時域電磁場的關(guān)系30-34
• 2.3.2 水平電偶極子的瞬變電磁場34-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第三章 固源瞬變電磁正演的數(shù)值實(shí)現(xiàn)36-56
• 3.1 固源瞬變電磁響應(yīng)的表達(dá)式36-37
• 3.2 漢克爾型積分的計算37-40
• 3.3 余弦積分的計算40-43
• 3.4 正演計算中的預(yù)定義參數(shù)43-46
• 3.4.1 接-發(fā)距r的確定43-45
• 3.4.2 電偶極子長度及個數(shù)的確定45-46
• 3.5 正演計算中的核函數(shù)46-50
• 3.5.1 雙曲函數(shù)的定義域問題46-50
• 3.5.2 R_1~*的遞推公式及計算程序50
• 3.6 正演計算的對比驗(yàn)證50-55
• 3.6.1 兩層D型地電斷面51-52
• 3.6.2 兩層G型地電斷面52-53
• 3.6.3 三層H型地電斷面53-54
• 3.6.4 感應(yīng)電動勢對比曲線分析54-55
• 3.7 本章小結(jié)55-56
• 第四章 隧道超前地質(zhì)預(yù)報中典型不良地質(zhì)體的正演模擬計算56-64
• 4.1 充水?dāng)鄬�、裂�?/span>56-58
• 4.2 充水、充泥破碎帶58-60
• 4.3 干燥無充填斷層、破碎帶60-61
• 4.4 正演模擬分析61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 第五章 物理模型實(shí)驗(yàn)分析64-72
• 5.1 物理模型概況64-67
• 5.2 儀器參數(shù)67
• 5.3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果67-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第六章 結(jié)論與建議72-74
• 6.1 主要研究成果及結(jié)論72-73
• 6.2 建議73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-79
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄79-80
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表80

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