煤岩介质电磁波衰减特性的频率域研究
【摘要】：矿井生产的最大特点是地下作业，受地质条件、地质构造及煤层结构等因素制约，在采掘过程中易发生粉尘、瓦斯、火、水及顶板等自然灾害，严重威胁着煤矿安全生产和矿工的生命安全。无线电波透视法是煤矿常用的一种物探方法，能有效的探测工作面瓦斯富集区、含水体、火成岩侵蚀等地质异常体，因此研究无线电波在煤岩介质及各种地质异常体中传播的时域和频域响应特征具有重要的理论价值和应用价值。
通过无线电波透视正演模拟，分别在时域和频域内对电磁波在煤岩介质及各种地质异常体传播时的衰减特性进行了研究。采用时域有限差分法，利用Matlab语言编程，对几个有代表性的地电模型在时域内进行了无线电波透视正演模拟，获得了时域响应波形及场强的空间分布。正演结果表明，低阻异常体使通过异常体的信号的幅值明显变小，高阻异常体使通过异常体的信号的幅值变大，并且两种类型的异常体处场强值与周围场强值明显不同。在频域内对信号质心频移进行了数值模拟，数值模拟表明，接收信号的质心频率向零点发生了明显的漂移，验证了质心频移理论的正确性。对正方形异常体的两个模型进行了频谱分析，并分别利用场强衰减法和质心频移法计算了同步发射时发射点与接收点间的平均吸收系数，结果显示出用质心频移法计算出的平均吸收系数的变化量要大于用场强衰减法计算出的平均吸收系数的变化量，表明了质心频移法对于研究电磁波的衰减特性更为有效。最后根据正演模拟得到的数据，分别利用场强衰减法和质心频移法对正方形异常体的两个模型进行了CT成像，由成像剖面图可以看出，两种方法反演出的异常体的位置与模型中异常体的实际位置基本吻合，验证了两种方法探测工作面异常体的有效性和可行性。通过分析比较两种方法的成像效果图可以看出，质心频移法的成像效果要好于场强衰减法。
【关键词】：无线电波透视 衰减 有限差分法 正演模拟 质心频移 计算机层析成像 【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TD313
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2006.184823
【目录】：
- 声明4
- AFFIRMATION4-5
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-12
- 1 绪论12-18
- 1.1 课题的提出12-13
- 1.2 国内外研究现状13-16
- 1.3 本文的研究内容和创新点16-18
- 2 电磁波在煤岩介质中的传播特性18-28
- 2.1 煤层中的电磁场18-22
- 2.2 煤岩介质对电磁波的吸收衰减机制22-23
- 2.3 电磁波的吸收系数与工作频率、介质电性参数的关系23-26
- 2.4 电磁波衰减的其他参数表示26-27
- 2.5 本章小结27-28
- 3 无线电波透视有限差分正演28-55
- 3.1 电磁波时域有限差分法的发展和应用28
- 3.2 Maxwell方程和 Yee氏网格28-33
- 3.3 二维介质模型的波场模拟33-36
- 3.4 数值稳定性36-37
- 3.5 吸收边界条件37-41
- 3.6 激励源的选取41-43
- 3.7 模型正演模拟43-54
- 3.8 本章小结54-55
- 4 电磁波衰减特性频率域研究55-68
- 4.1 频谱分析的基本理论55-58
- 4.2 电磁波质心频移数值模拟58-61
- 4.3 模型频域正演模拟61-66
- 4.4 本章小结66-68
- 5 电磁波衰减层析成像68-81
- 5.1 CT的基本理论68-73
- 5.2 电磁波衰减层析成像方法原理73-76
- 5.3 模型层析反演例子76-80
- 5.4 本章小结80-81
- 6 结论与展望81-82
- 致谢82-83
- 硕士期间发表论文情况83-84
- 参考文献84-89
- 中文详细摘要89-102
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