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基于槽波层析成像的陷落柱定位研究

更新时间:2009-03-28

0 引言

煤炭一直是我国主要能源之一,煤矿的安全开采是目前相关领域学者们研究的主要课题,但是随着煤炭开采快速向机械化转变,煤矿未知区域的地质构造一直影响着煤矿的工人的安全,目前对地质构造的勘探主要依赖于井下勘探[1-2]。为了准确获取地质构造的位置,国内外学者进行了大量的研究。杨文采等[3]对煤矿陷落柱地震层析成像试验进行了研究,研究采用物理模拟的方法对资料作成像试验进行模拟,验证了通过使用应用地震层析成像方法,可以准确地对煤矿中的陷落柱进行圈定;王君等[4]采用折射波层析成像的方法对探测煤田陷落柱中的应用进行研究,对初至波进行适当的校正,以满足层析成像的条件,探测陷落柱位置。

1 陷落柱对煤层波场的影响

为了研究陷落柱对煤层波场的影响,综合地对瑞雷型槽波、体波和巷道型槽波对煤层厚度的影响[5-8],并根据实际地质资料,选择煤层厚度为5 m进行试验研究,含陷落柱模型如图1所示。

  

图1 含陷落柱模型Fig.1 Subsidence column model

陷落柱结构破裂,主要是由地层中溶洞坍塌做成的,能够强烈吸收地震波。为了充分模拟这种破裂结构,现把陷落柱设计为一个低品质因子体,具有强烈的吸收地震波的性能进行模拟。陷落柱物性参数:Vp=2 500 m/s,Qp=40;Vs=1 445 m/s,Qs=15;Rho=2 300 kg/m3

煤层高度设置为5 m,巷道高度设置为3 m,陷落柱设置为立方体,陷落柱高度为10 m,底面为正方体,尺寸为30 m×30 m,层析成像模型的几何参数见表1。

 

表1 层析成像模型的几何参数Tab.1 Geometric parameters of tomography model

  

坐标方位空间步长/m模型尺寸/m震源位置/mx坐标1.018015y坐标1.022010~210z坐标0.55025

由于巷道壁的转换反射,使得巷道模型内会产生拉夫型槽波,但是由于该槽波振幅不均匀,相位不连续,无法利用,因此本文只利用瑞雷型槽波,而且产生的瑞雷型槽波和拉夫型槽波在Vx分量上很容易在地震记录中辨别[9-12]。陷落柱对煤层中的波场的影响如图2所示。

由图2可知,在Vx分量上,可以对瑞雷型槽波和拉夫型槽波进行清晰的区分。由于在Vx分量上,陷落柱和煤层相比相对高度之一性质是显而易见,因此利用Vx分量进行走时层析成像对陷落柱进行定位是合理的。

为了更加清晰地对陷落柱对地震记录的影响进行准确显示,分别在y=100 m,y=50 m位置处分别放一炮,然后在提取测线上y=100 m、y=50 m位置处,分别记录对RxRz分量的影响,陷落柱对RxRz分量的影响如图3所示。

由图3可知,在2条测线上,两导数据的路径和传播距离基本相同,仅存在区别是:y=100 m的射线路径穿过了陷落柱,然后y=50 m的射线路径没有穿过陷落柱。由图3(a)可知,在60~100 ms内,此时地震波为体波,然而在100~125 ms内,在该时间段为瑞雷型槽波,在波形上,y=50 m记录的波形在波谷和波峰上都大于y=100 m的记录。由分析可知,陷落柱对体波成分影响相对较小,然而对瑞雷型槽波RxRz分量的影响却相对较大。陷落柱对煤层中波场的影响如图4所示。

  

图2 陷落柱对煤层中的波场的影响Fig.2 Influence of collapse column on wave field in coal seam

  

图3 陷落柱对RxRz分量的影响Fig.3 Effect of collapse column on Rx and Rz components

四是调整水的空间分布。以恢复自然片状流态为目标,拆除大沼泽地386km的防护堤及运河,拆除沼泽地公园与大水杉国家保护区的分离堤坝,将阻碍产生片状沼泽地的41号公路的部分路段改为桥梁或设置路下管道。

  

图4 陷落柱对煤层中波场的影响Fig.4 Influence of collapse column on wave field in coal seams

2 陷落柱速度成像的研究

2.1 陷落柱速度成像的方法

由于模拟中煤层设置为三维立体结构,但是模型槽波的能量主要都发生在煤层中,因此可以把煤层看成二维平面进行分析[13-15],巷道中接收点和激发点的实验观测系统布置如图5所示。

根据实际模型结论分析,对51炮数据进行计算,炮点位置为x=15 m、y=10~210 m、z=25 m,炮点的间隔距离为4 m;测线的位置为x=165 m、y=10~210 m、z=26 m,道间距离为1 m。因此地震记录为51炮记录,每炮的记录为201道。

目前走向层析成像技术主要涉及走向提取和射线追踪2个问题,本文主要的解决方法如下。

一般情况下,初始迭代在反演的问题中占据重要的地位,合适的模型可以有效减少迭代时间,本文将迭代速度控制在1 500 m/s,陷落柱速度成像效果如图7所示。

由图7可知,随着迭代的增加,高速异常区的范围逐渐减少,但是异常值却在增加。当迭代次数达到50次时,模型区域处于稳定期,中心异常区域的范围固定在y=85~115 m、x=50~100 m,背景速度为1 450 m/s,高速异常为1 550 m/s。

  

图5 巷道中接收点和激发点的实验观测系统布置Fig.5 Experimental observation system arrangement of receiving and exciting points in roadway

(2)射线追踪。由于槽波主要是沿直线传播,因此采用直射线追踪槽波,然而在CG中,采用Bresenham画线算法可以快速地对两点之间的直线进行绘制,因此在该算法的基础上,进行算法的改进(本文不作详细介绍),对槽波的直射线进行追踪。

2.2 陷落柱速度成像效果

本次模拟的陷落柱能量成像和第2节所介绍的速度层析成像所有设置参数一致,数据均来自同一个试验,为了有效地提取数据,进行一次透射系数成像和二次透射系数成像[16-20]

  

图6 层析成像的迭代模型和原始模型Fig.6 Iterative model and original model of tomography

(1)走向提取。由于煤层结构的多样性,造成实际井下资料的复杂性和多样性,而且槽波在传播的过程中具有明显的频散特性,因此从地震记录对槽波进行旅行拾取时,通常是非常困难的。本文利用槽波在震相相对低速的特性,在V_X区域进行槽波相位拾取,相对比较容易快捷,然后再进行反变换,把拾取的槽波速度数据转换为走时信息,从而实现自动拾取高精度的槽波走时信息的功能。

  

图7 陷落柱速度成像效果Fig.7 Collapse column velocity imaging effect

通过频谱仪可以检测到实验室空中TD-LTE 2330频点的射频信号,其频谱图如图12(a)所示。欲将TD-LTE的2 330频点信息接收下来,需要进行两级射频混频,第1级混频将2 330 MHz的信号与ADF4350产生的3 160 MHz本振信号采用上混频的方式混频到830 MHz,通过频谱仪检测到的信号频谱图如图12(b)所示;第2级混频将830 MHz的信号与ADF4350产生的970 MHz本振信号采用上混频的方式混频到140 MHz,通过频谱仪检测到的信号频谱图如图12(c)所示。

陷落柱速度成像效果可知,槽波速度层析成像方法较好地完成了陷落柱定位的工作。在x方向上约有5 m的误差;在y方向上,几乎和实际陷落柱边界相一致。

干预前两组间家庭环境量表中文版各因子评分差异均无统计学意义;干预后研究组的家庭亲密度、情感表达和成功性评分显著高于对照组,而矛盾性和控制性显著低于对照组。见表1。

3 陷落柱能量成像研究

在已知正演模型下,不容易对得到原始的槽波层析速度模型,但是可以准确地对陷落柱的位置信息进行获取,层析成像的迭代模型和原始模型如图6所示。

3.1 一次透射系数成像

相对槽波速度成像而言,一次透射系数成像具有成像速度快、异常区域更加明显等特点,一次透射系数能量反演结果如图8所示。

环境是人类生存和发展的重要条件,随着近几年我国社会经济的不断发展,促使环境污染问题越发严重。这种情况出现的主要原因就是社会环保意识的缺乏。特别是我们高中生,对环保方面没有正确的认识。

由图8可知,在每次的迭代过程中,图形的中心区域均有一个能量衰减因子区,且随着贴袋次数的逐渐增大,该能量衰减因子区域逐渐变小,低值异常值也随之更加突出,当模型迭代约30次时,异常区域处于稳定,稳定范围:y=110 m,x=60~90 m。

  

图8 一次透射系数能量反演结果Fig.8 One transmissivity energy inversion results

华觉明:非物质文化遗产保护政策实行以后,有人提出了一个尖锐的问题,就是传统工艺有没有现代价值。这是一个关键问题。传统工艺的历史价值很容易理解,但是关于传统工艺的现代价值,很多人还没有意识到。经过研究,我认为传统工艺具有“三品四性”,即实用的品格、审美的品格、理性的品格,它是人性的、个性的、能动的和永恒的。

从整体分析可知,一次透射系数成像反演结果,无论在数据量和观测系统中,其反演结果异常轮廓更加接近矩形,和初始设定陷落柱形状类似,而且成像效果以及分辨率都占有明显优势。

(2)数字货币和法定货币之间没有直接联系。上文中提到的清华大学计算机系联合阿尔山公司推出的数字货币,就与中国人民银行没有直接联系,其发行不受中国人民银行控制。

3.2 二次透射系数成像

二次透射系数成像的反演结果如图9所示。

由图9可知,二次透射系数成像的反演结果与一次透射系数成像的反演结果类似,但是异常范围明显大于实际陷落柱的范围,而且对于异常体的反应没有一次透射系数成像反映结果明显。一次通过两次的反演结果对比,可以真实地找出一些假异常,更加有利于对陷落柱为位置定位的判断。

严正声明:神矮LS—1矮化砧已由中华人民共和国国家工商行政管理总局商标局注册,2006年被山西省科技厅列为科技攻关项目,每个苹果品种对神矮LS—1矮化砧适应性和敏感程度不同,技术结构极其严谨,其自主知识产权归本中心独家拥有,任何单位和个人未经授权不得宣传、繁殖和销售。为维护品种的合法权益和广大果农的利益,对假冒和侵权者,将依法追究责任及广告部门的连带责任!

  

图9 二次透射系数能量反演结果Fig.9 Two transmissivity energy inversion results

4 结语

通过分析陷落柱对煤层波场的影响、陷落柱速度成像的研究和陷落柱能量成像研究,验证了槽波层析成像技术在陷落柱定位的准确性,槽波层析成像技术可以理想地将陷落柱的位置参数反映到地震记录中,不但实现了对走时层析成像,而且利用槽波和体波实现了能量层析成像,从而准确地获得陷落柱的位置。

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赵久斌
《能源与环保》 2018年第05期
《能源与环保》2018年第05期文献

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