井下全空间瞬变电磁场理论及其规律研究

摘要

瞬变电磁法在多个生产领域中得到广泛运用，包括：天然气、石油、金属、煤等资源勘测，也包括地层以及地下水的勘探，已经成为国内外地球物理学一种重要的勘测方法。全空间瞬变电磁法与地面瞬变电磁法相比，具有抗干扰能力强，测量精度高等优点，成为国内外瞬变电磁法研究重点。针对当前我国全空间瞬变电磁场正演研究相对不够成熟的现状，采用三维有限差分法对全空间瞬变电磁场进行数值模拟，研究含异常体下的全空间瞬变电磁场传播特征及规律。具体的研究内容和成果如下：　　（1）通过对全空间瞬变电磁场扩散方程进行有限差分格式化，推出了迭代方程式，设置了初始源和差分边界条件，提出了有限差分法的数值模拟流程。　　（2）对模型的非均匀网格剖分原理进行研究，针对含异常体的全空间瞬变电磁场的特点提出并论证了自适应网格剖分方法。在半空间模型中通过数值模拟方法，验证了自适应网格剖分法的必要性和准确性，通过与差分网格剖分方法对比，从清晰度和准确度角度证明了自适应网格剖分的优越性。　　（3）通过基于自适应网格剖分的有限差分方法对含异常体的全空间瞬变电磁场进行数值模拟，研究了该模型瞬变电磁场的传播特性和响应特征。通过对含导水断层全空间瞬变电磁场模型数值模拟，总结了含导水断层距离、厚度与响应规律，并研究了巷道顶、底板对含导水断层响应的影响，为瞬变电磁场反演含导水断层提供理论指导。　　（4）研究全空间瞬变电磁场与半空间瞬变电磁场的倍数关系理论，通过对全空间和半空间瞬变电磁场模型数值模拟，得出二者响应强度、视电阻率新的倍数关系。最后使用矿井瞬变电磁法实地勘测，结合含导水断层数值模拟理论指导瞬变电磁法寻找含导水断层，与实际基本吻合，并证明了倍数关系在实际运用中的正确性。

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第一章 绪论

§1.1 课题的研究背景与意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3论文的研究内容

第二章 全空间瞬变电磁场理论基础

§2.1 瞬变电磁场原理

§2.2 扩散方程的推导

§2.3均匀网格划分下的时域有限差分方程

§2.4 初始源及边界条件的设定

§2.5数值模拟的程序设计与实现

§2.6 本章小结

第三章 非均匀网格划分与改进

§3.1非均匀网格介绍

§3.2自适应网格研究

§3.3 自适应网格验证

§3.4 网格剖分法对比

§3.5 本章小结

第四章 全空间瞬变电磁场数值模拟研究

§4.1 全空间模型数值验证

§4.2 含异常体的全空间模型特性研究

§4.3 含水断层下的瞬变响应特征研究

§4.4 顶底板影响下的含水断层响应特征研究

§4.5本章小结

第五章 全空间瞬变电磁响应的倍数现象

§5.1 倍数关系的理论推导

§5.2 倍数关系数值模拟研究

§5.3 倍数总结及解释

§5.4 本章小结

第六章 矿井瞬变电磁探测实例

§6.1 矿井瞬变电磁法勘测理论

§6.2 矿井瞬变电磁法实测案例分析

§6.3 本章小结

第七章 总结和展望

§7.1 工作总结

§7.2工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果