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矿井工作面震波三维透射层析技术试验研究

作　者: 程刚
导　师: 张平松
学　校: 安徽理工大学
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: 震波三维透射层析物理模型地质异常体矿井工作面
分类号: P631.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

震波CT透射层析技术对地质异常体精细探查能力较强,在矿井工作面地质异常精细探查方面具有重要的应用价值。但在具有一定地形起伏的工作面进行探测时,常规二维CT层析技术往往不能准确定位地质异常体的大小、形态及空间位置。采用三维层析技术能在某种程度上提高探测的精度,然而其观测系统建立、数据采集、数据处理与解释应用等具有一定的特殊性,需要进一步深入研究。论文以震波三维透射层析技术为手段,利用物理模型试验研究,得出对断裂构造带图像重建有利的采集、观测系统和重建方法,同时对震波三维透射层析技术有了一定的认识。论文通过构建三维立体观测系统,用三维直射线透射追踪技术进行射线追踪,通过网格划分、初至波到时拾取、反演成像,获得煤层切片内部震波波速度分布图,根据波速大小差异对煤层内部地质特征进行分析与解释。通过采用三维透射层析技术,可以提高震波CT层析成像的分辨率及解释精度。利用物理模型试验,确立了相应的观测系统,并对物理模型进行传统二维观测方式和改进后的三维观测方式,获得了物理模型模拟煤层工作面震波速度分布,其波速差异较为明显,对模拟煤层内部地质特征认识清楚。试验研究结果表明,利用两种不同观测系统的试验探查对比,可对模拟煤层内部的地质异常进行有效分析,为震波三维透射层析技术在矿井工作面地质异常探查中的应用提供了科学的指导。通过选取淮北矿区具有代表性的某工作面,选用模型试验获得的有利的采集、观测系统和重建方法对工作面进行现场探测及数据处理。将重建三维图像和重建区域的实际地质异常揭露资料对比,确定了应用震波三维透射CT技术探测工作面地质异常的可行性。论文同时也指出了震波三维透射CT技术存在的不足及今后的研究方向,特别是用一发双排垂直接收观测系统来表示三维立体观测系统具有一定的局限性,仅仅利用波速来反映地质体内部结构特征,未对边界效应进行深入研究,没有给出透射直射线追踪方式的定量评价依据,在今后震波三维层析成像研究中应进行全方位三维观测系统的构建,加大震波其他物理参数的利用率,着重利用定量计算与定性判断相结合的方式验证射线追踪的精确度。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
1 绪论  13-21
  1.1 选题背景及研究意义  13-15
    1.1.1 选题背景  13-14
    1.1.2 研究意义  14-15
  1.2 国内外研究现状与存在的问题  15-18
    1.2.1 国内外研究现状  15-17
    1.2.2 主要存在的问题  17-18
  1.3 研究内容及技术路线  18-21
    1.3.1 主要研究内容  18-19
    1.3.2 研究方法  19-20
    1.3.3 技术路线  20-21
2 震波三维层析技术  21-43
  2.1 震波三维层析技术的弹性波基础  21-26
    2.1.1 震波CT成像基本理论  21-22
    2.1.2 拉当变换及其逆变换  22-23
    2.1.3 图像重建  23-26
  2.2 最优观测系统的选择  26-29
    2.2.1 二维观测系统的局限性及改进思路  27
    2.2.2 一发双排垂直接收观测系统  27-29
  2.3 数据处理  29-41
    2.3.1 射线追踪  29-36
    2.3.2 反演成像  36-41
  2.4 震波三维层析技术弹性异常解释  41-42
  2.5 本章小结  42-43
3 震波三维层析模型试验研究  43-54
  3.1 观测系统的布置  43-44
  3.2 波速CT成像数值模拟  44-46
  3.3 物理模型测试试验  46-54
    3.3.1 试验条件  46-47
    3.3.2 数据采集  47-48
    3.3.3 数据处理  48-51
    3.3.4 数据分析与解释  51-54
4 震波三维层析技术在矿井工作面地质异常探查中的应用  54-60
  4.1 矿井概况  54
  4.2 工作面开采条件  54-55
  4.3 数据采集  55-56
    4.3.1 仪器设备  55
    4.3.2 探测布置  55-56
    4.3.3 现场数据采集  56
  4.4 数据处理  56-58
    4.4.1 初至拾取  57
    4.4.2 三维层析成像数据的处理  57-58
  4.5 成果解释与建议  58-59
    4.5.1 成果解释  58-59
    4.5.2 建议  59
  4.6 本章小结  59-60
5 结论与建议  60-62
  5.1 研究结论  60
  5.2 存在的问题及研究方向  60-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
作者简介及读研期间主要科研成果  67

矿井工作面震波三维透射层析技术试验研究

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