巷道瞬变电磁法三维正演研究

【摘要】巷道瞬变电磁法勘探是一种重要的矿井巷道物探方法，相比地面瞬变电磁法勘探，该方法具有体积效应小、分辨率高、设备灵活和高效等优点，该方法在矿井中的应用主要是预测巷道顶、底板和掘进面附近突水构造以防止矿井透水灾难、维护施工安全以及对掘进面处矿体进行超前探测。该方法正日益显示出在矿井勘探工作中的重要地位。但解释技术的相对滞后，严重制约着矿井瞬变电磁法的发展。因此，对矿井瞬变电磁法三维正演问题的研究有着重要的理论和现实意义。本文抛开了以往直接在全空间中推导磁偶极子时间域电磁场响应公式的方法，结合实际工作情况，将矿井下的全空间研究区域分解为矿井顶、底板层状空间及巷道空气层空间，结合相应的边界条件，推导了矩形回线源在三个空间中的频率域一次场公式，通过快速汉克尔变换的数值解法得到频率域一次场结果，并验证了正确性。本文推导了频率域二次场交错采样有限差分方程，研究了交错采样网格中电场单元与磁场单元采样位置及关系，结合边界条件将二次场问题转化为对含有稀疏矩阵的大型线性方程组的求解问题；对大型线性方程组的数值计算选用拟最小残量法进行求解，得到频率域二次场在三维全空间中的电磁场响应结果；并通过反傅氏变换的正余弦算法实现了频率域结果到时间域结果的转换。算法实现上，本文采用fortrain语言编写了程序，并对各理论模型进行了试算，运用Matlab和surfer等软件实现了对试算数据的可视化。通过对各种层状空间、含有高、低阻异常体空间模型的计算和结果分析，均表明了此方法的准确性。
【作者】陈琦；
【导师】谭捍东；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地质工程，2014，硕士
【关键词】矿井瞬变电磁法；矩形回线源；交错网格；有限差分法；三维数值模拟；

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