弹性波CT软件设计及其在模型分析中的应用研究

作     者：佘建峡 

作者单位：长江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：易远元;王运生;肖柏勋

授予年度：2015年

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：回采工作面 弹性波 正演 反演 软件 

摘      要：随着我国经济的高速发展,煤炭作为最主要的能源消费品产量持续增涨,但是煤安生产安全状况一直不理想,煤矿中发生的瓦斯爆炸、断层的导水、严重透水等灾害,造成的人员伤亡和经济损失仍是十分惊人。国家相继出台了一系列加强煤炭生产安全的相关法规,加大了对安全生产的投入,一大批新型的工程地球物理技术被应用到了井下的煤炭开采当中。为工程地球物理勘探技术提供了十分广阔的施展空间。但是,由于煤炭生产安全的重要性以及井下地质情况的复杂加上连续生产的要求,对煤矿井下的勘探提出了严苛的要求。而目前在井下回采工作面的物探措施相对比较缺乏,物探效果不够理想。层析成像技术具有信息量大、分辨率高、形象直观的优点,今年来蓬勃发展,层析成像技术在医学上已经取得的跨时代的意义,也在科学技术各领域推广应用。弹性波CT技术在石油工业、土木、水电工程领域经过长时间的尝试和应用已经比较成熟。弹性波CT技术在井下回采工作面中将有较大的应用前景。目前国内仅进行过几次相关的井下实验,目前并无一套完整的系统也无相关专业软件。所以采用弹性波透视系统对煤矿回采工作面内地质异常的预测预报是必要的,对安全生产和提高经济效益都具有十分重大意义。与成熟的医学CT相比,井下回采区的层析成像条件更加复杂,投影数据大多不完全,探测对象与异常体间的相关性不够清楚,以及不适定等困难,造成成像不够精确,目前亟待开展CT技术在井下回采区应用中的基础理论研究。能有助于解决井下回采工作面地质异常体的探测,并推动弹性波CT技术在煤炭生产中的应用,为我国能源安全提供支持。弹性波CT技术主要包括“正演模拟和“反演两个关键技术。正演是由初始模型计算射线走时,反演是由实测走时计算模型的各项物理参数。正演一般都有比较稳定的模型和明确的解。而反演往往遇到多解的问题。本文开发了一套针对煤炭井下回采区的弹性波CT软件,应用“椭圆约束算法实现快速弯曲射线追踪;应用SIRT联合迭代和阻尼系数“自动匹配方法,实现快速高精度成像。通过数值模型分析和工程实例验证了这款软件的实际使用效果。并使用软件正反演功能对影响图像重建精度的因素做了一些探讨。