彈性波回波成像機理研究技術(shù)路線

張星

摘 要：彈性波通信理論在研究過程中需要各種理論的支持，才能對探測理論進行全面的研究。基于研究內(nèi)容，并且為了更精確地探測煤層中存在的地質(zhì)異常體的位置，提取地質(zhì)構(gòu)造的典型特征，需要對在煤系地層中震源發(fā)射的彈性波進行接收處理成像，然后分析圖像特點提取地質(zhì)構(gòu)造。針對這一需要，本文對彈性波回波成像機理技術(shù)路線進行研究。

關(guān)鍵詞：彈性波回波；成像；地質(zhì)構(gòu)造

在煤田勘探、地層探測等領(lǐng)域，工作面開采掘進過程中會遇到未知煤厚變化和地質(zhì)異常體分布的情況。事實證明，在情況不明的情況下進行作業(yè)，將會危害煤礦井下作業(yè)人員生命安全，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，探明工作面內(nèi)未知地質(zhì)異常體，并通過圖像進行重建，成為了煤田勘探中急需的手段。

1 彈性波回波成像機理研究立論背景

彈性波在大地信道中的傳播特性目前已經(jīng)應(yīng)用在地震監(jiān)測等領(lǐng)域，并且擁有一定的理論基礎(chǔ)，為彈性波地層探測的研究提供了基礎(chǔ)。但是彈性波地層檢測的實現(xiàn)仍然存在一系列的問題，本課題所涉及的典型地質(zhì)構(gòu)造特征提取方法研究旨在將反射回來的彈性波經(jīng)過接收處理使其特性直觀的在圖中顯示出來，實現(xiàn)對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的精確判斷，從而能夠有效指導(dǎo)實際生產(chǎn)工作。

電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性特征及幾何形態(tài)而變化。故通過對時域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或地質(zhì)體的空間位置及結(jié)構(gòu)[1]。

2 彈性波回波成像機理研究意義

典型地質(zhì)構(gòu)造特征提取方法是一種涉及多種原理的技術(shù)，包括彈性波的相關(guān)物理及數(shù)值模擬、探測方法理論、頻散特性分析方法理論、圖像重建理論、反演方法理論以及成像技術(shù)等理論。積分幾何學(xué)作為成像技術(shù)理論的基礎(chǔ)，將隨著構(gòu)造提取方法的發(fā)展而發(fā)展，不斷衍生出各種算法。

典型地質(zhì)探測技術(shù)分辨率高、探測距離大，能夠探明煤層的不連續(xù)性，如斷層破碎帶、煤層厚度變化、矸石層分布、剝蝕帶、古河床沖刷帶和巖墻等構(gòu)造，是一種有效的小構(gòu)造探測方法[2]。而小構(gòu)造是導(dǎo)致煤炭資源回采困難及煤礦安全事故的主要原因，因此典型地質(zhì)構(gòu)造特征提取方法將在挽救人民生命財產(chǎn)方面發(fā)揮舉足輕重的作用。

3 彈性波回波成像機理研究內(nèi)容

將多孔徑雷達成像原理和槽波地震探測方法應(yīng)用到彈性信號的地質(zhì)構(gòu)造探測中，完成反射回來的彈性波的探測和處理，分析彈性波信號的頻散特征，實現(xiàn)彈性波反演成像，根據(jù)所成圖像提取典型地質(zhì)特征。典型地質(zhì)構(gòu)造特征原理框圖如下：

根據(jù)典型地質(zhì)構(gòu)造原理特征，可以明確其主要研究內(nèi)容包括以下幾點：

（1）闡述典型地質(zhì)構(gòu)造特征方法的基本理論，包括彈性波的基本理論、頻散特性的含義、成像技術(shù)的研究理論以及數(shù)據(jù)分析等理論。

（2）介紹彈性波的接收與探測方法，分析槽波的頻散特性，研究影響頻散曲線的因素，重點介紹頻散分析方法中的移動時窗法和相位差法。

（3）將處理后的彈性波反演成像，主要涉及層析成像中的透射法。

（4）基于煤系地層的特殊環(huán)境，對整個典型地質(zhì)構(gòu)造特征提取系統(tǒng)進行仿真實驗測試。課題實施方案圖如下圖2所示：

整個課題的實施方案為：首先，弄清楚多孔徑雷達成像和槽波地震勘探技術(shù)的原理方法；其次，研究彈性波信號的相關(guān)知識和相關(guān)理論，然后對彈性波勘探理論進行研究，主要包括彈性波的接收探測理論、彈性波的頻散理論以及層析反演算法；再次，依據(jù)以上知識，結(jié)合彈性波的應(yīng)用環(huán)境建立地質(zhì)構(gòu)造特征的提取方法的基礎(chǔ)模型，確定提取方案；然后進而運用仿真軟件進行仿真，實驗以及分析結(jié)果，對實驗結(jié)果進行分析，進而對方法不斷的進行改進，最終得到典型地質(zhì)構(gòu)造特征提取的方法。

4 結(jié)語

本課題將彈性波作為震源信號，實現(xiàn)了超低頻率回波信號的成像問題。將合成孔徑雷達技術(shù)和槽波地震探測方法應(yīng)用到彈性波地質(zhì)構(gòu)造特征提取方法研究之中。利用COMSOL進行仿真，不斷修正所建模型，不斷的進行算法的修正，以得到以彈性波進行的典型地質(zhì)構(gòu)造特征提取方法。

參考文獻：

[1]裴建新.補償吸收衰減的地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)疊前偏移方法研究.中國海洋大學(xué)，2007.

[2]劉天放，潘冬明，李德春，等.槽波地震勘探[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.