大地电磁测深数值模拟与应用研究

论文摘要

随着煤矿的开采规模、采掘深度不断增加,煤矿井下的地质因素也愈加复杂,煤矿地质灾害特别是水害更加严重,对煤矿安全生产构成了极大威胁。本文与煤矿生产实际紧密结合,针对煤矿中采空区、断层构造、岩层含水性等地质异常体探测问题,通过理论分析、数值模拟和应用研究相结合的方法对大地电磁测深法进行了研究,为更好地利用该方法探测煤矿地质异常体提供帮助。首先分析了电磁波的传播理论,波阻抗和视电阻率等大地电磁测深法的基本原理；介绍了EH4电磁成像系统的系统组成,研究了大地电磁测深法工作方法技术以及干扰信号的剔除,近场源校正,数据反演,图形绘制等EH4电磁成像系统数据处理问题。以EMAGE-2D软件为系统操作平台,利用有限元数值模拟方法,建立了采空区、低阻体、断层的地电模型进行正演模拟,利用sufer绘制视电阻率断面图。通过对模型计算结果分析,得出它们在不同条件下的视电阻率断面分布特点和变化规律,为利用大地电磁测深技术对采空区,断层,低阻体探测和资料解释提供了更好的理论依据。针对大地电磁场易受起伏地形的影响问题,根据地形影响及校正的基本原理,利用有限元数值模拟,得到了二维地形影响的特点：一般TM模式比TE模式易受地形的影响,离陡直边越近越容易受地形的影响,山峰比山谷受地形影响大,山峰或山谷的落差越大越容易受地形影响,山顶宽度越窄越容易受地形的影响。通过典型实例说明地形的存在对电阻率形状产生影响,采用“比值法”进行地形校正,证明此方法能有效消除二维地形的影响。通过对煤矿中岩层含水性、采空区、断层探测的应用实例,结合矿方地质资料,圈定了地质异常体的范围,并进行了钻探验证,验证与实际探测基本吻合,同时也验证了模拟结果的正确性及地形校正的有效性。拓展了大地电磁测深技术的应用范围,对煤矿探测及地质灾害的预防具有较好的实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及技术路线
• 2 大地电磁测深基本原理及工作方法分析
• 2.1 大地电磁测深基本理论分析
• 2.2 EH4电磁成像系统工作方法介绍
• 2.3 EH4电磁成像系统数据处理研究
• 2.4 小结
• 3 大地电磁场的有限元数值模拟研究
• 3.1 有限元法的基本思想
• 3.2 二维大地电磁的有限元数值模拟
• 3.3 不同地电模型数值模拟及分析
• 3.4 小结
• 4 大地电磁测深地形影响及校正研究
• 4.1 地形影响基本原理
• 4.2 起伏地形影响数值模拟与分析
• 4.3 地形校正
• 4.4 小结
• 5 EH4电磁法探测技术在煤矿的应用研究
• 5.1 协庄煤矿采空区探测应用实例
• 5.2 新宏煤矿异常体探测应用实例
• 5.3 小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献