在煤礦井下開展地震探測工作,技術優(yōu)勢顯著,具體表現在:探測距離近、驗證快;不受地面不利因素干擾;針對多層采空區(qū)及地表沉陷情況,可有效填補地面地震的不足;目前采用礦井地震波法進行斷層超前探測是一個研究熱點;然而煤巷地質條件復雜,斷層超前探測存在煤層巷道以及圍巖松動圈影響,但煤巷、圍巖松動圈條件下的三維地震波場特征尚未揭示,常規(guī)偏移成像方法難以準確構建斷層模型;故以煤巷前方斷層三維地震波場特征及精細成像方法為研究對象開展研究,具有重要的理論意義和實踐價值。本文依托國家自然基金項目,以理論分析、數值模擬、現場試驗為研究方法,以基于希爾伯特變換復協方差矩陣極化分析、統計矢量矩陣分析為關鍵技術,以形成一種煤巷斷層超前精細定量探測為研究目標開展研究,其主要研究成果如下:(1)揭示了掘進工作面前方正、逆斷層有效波的運動學、動力學差異特征。當正斷層超前探測時,上盤斷失翼煤層斷點繞射波與下盤煤層斷點繞射波、反射槽波混疊,斷點繞射波無法識別;當逆斷層超前探測時,上、下盤煤層斷點繞射波到時差異顯著,易于分離提取,且下盤斷點繞射波極化傾角指向性強。(2)揭示了全空間條件下煤巷空腔及圍巖松動圈效應耦合影響下的超前斷層地震波極化特征。由于煤巷空腔和圍巖松動圈耦合作用,巷道面波發(fā)育,斷點繞射波極化方位角與理論值存在較大偏差,而極化傾角與理論值偏差較小;當斷點繞射波穿過煤層時,極化參數發(fā)生改變,無法通過極化參數成像;當斷點繞射波直接到達檢波器時,極化參數準確,可以通過極化參數對斷點進行精確成像。(3)提出了一種對掘進工作面前方斷失翼煤層進行高精度定位的希爾伯特極化成像新方法。該方法利用希爾伯特極化分析計算斷點繞射波極化參數,通過檢波器組合計算可能存在的繞射點并以其空間密度分布為衡量標準,對斷失翼煤層進行收斂成像。希爾伯特極化成像方法無需考慮速度建模問題,利用時間域繞射波的極化特征可以實現斷失翼煤層的準確定位。(4)實現了典型礦區(qū)煤巷斷層超前定量探測�；赩isual C++.net平臺開發(fā)的HTPsFilter礦井巷道多波多分量地震數據處理系統,在典型礦區(qū)開展了現場試驗,構建了超前斷層探測模型,實證結果表明希爾伯特極化成像技術可為煤巷安全掘進提供必要的技術參數。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TD326
【部分圖文】：

z PU z , x, P D x, z , d 條件 ( , , ) ( , , ),( , , ) ( , , )U DD DP x z P x zI x z dP x z P x z 點的成像結果；( , , )UP x z ，DP ( x, z , )分別為 x , 為角頻率； 為復數的共軛； 為無窮小實數。像或反褶積成像條件，逆時外推每一步，將逆向外推積成像條件進行計算，然后將波場值累加至成像剖結束，便可獲取最終的偏移成像結果。換偏移成像[178-180]原理如圖 1-2 所示。廣義拉冬變換偏移考角，對相位進行了校正，而且做了 Hilbert 變換處理

射波波場特征；推導繞射波主極化方向約束的成像算法；在典型礦井開展現場試驗，用現場實證對比法分析探測與實際揭露數據，完善超前探測方法。具體技術路線如圖1-3所示，工作量如表1-1所示。表 1-1 論文工作量Table 1-1 Paper workload序號 工作內容 主要工作量1文獻查閱，研究方案設計與制定查閱中英文獻，設計與制定研究方案和詳細研究內容，完成選題報告2 理論推導完成統計矢量矩陣分析、希爾伯特極化偏移推導3 處理軟件編制及調試基于 Visual C++.net 平臺開發(fā)完成 HTPsFilter三維可視化數據處理軟件4構建三維數值模型及正反演分析構建掘進工作面不同屬性斷層三維模型，并開展運動學、動力學差異特征分析考慮三維煤巷空腔和圍巖松動圈耦合影響，并進行超前斷層地震波極化特征分析基于三維三分量數值模擬數據，開展不同觀測系統條件下斷層模型成像反演5 典型礦區(qū)現場探測實驗針對淮南、濟寧礦區(qū)巷道進行現場探測實驗

博士學位論文本模塊根據多分量地震信號，繪制質點極化軌跡圖，可在三維空間動態(tài)顯示極化矢端曲線圖；基于求解構建的復協方差矩陣，可動態(tài)顯示指定周期內三維極化方向，并且可以選擇任意采樣點的極化主軸在三維空間的顯示。3）數據導出分析模塊本模塊可導出所選時窗的各個采樣點對應的優(yōu)勢極化方位角與優(yōu)勢極化傾角，挑選出能代表該周期內的極化主軸的極化參數，以該優(yōu)勢極化參數在空間表達出所需時間段的極化主軸的位置，進而進行分析驗證。4）空間繞射點極化成像模塊本模塊可根據所有檢波器所選時窗的各個采樣點對應的優(yōu)勢極化方位角與優(yōu)勢極化傾角，對繞射點進行統計成像。
【參考文獻】

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本文編號：2843885