第五讲(无线电波透视)

2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
二、无线电磁波透视法基本原理
1、基本原理 、 在无限均匀、各向同性介质中, 距电磁波辐射源距离 r处的 电磁场强度H 为:
H = H0
e − βγ
γ
sin θ
H0----初始场强 它决定于发射机功率及周围介质 初始场强, 它决定于发射机功率及周围介质; 初始场强 β——煤层对电磁波能量的吸收系数 煤层对电磁波能量的吸收系数; 煤层对电磁波能量的吸收系数 r——测点到辐射源原点的距离 测点到辐射源原点的距离; 测点到辐射源原点的距离 sinθ——方向因子 θ是天线轴线与观测方向的夹角。 方向因子, 是天线轴线与观测方向的夹角。 方向因子 是天线轴线与观测方向的夹角
无线电磁波透视及其在 工程中的应用
中国矿业大学
主要内容
一．引言 二．无线电磁透视法基本工作原理 2.1 基本原理 2.2 资料处理 2.3 施工方法技术 2.4 资料解释 三．应用实例分析
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
一．引 言
一些煤矿地质条件比较复杂，无论是地质构造、 一些煤矿地质条件比较复杂，无论是地质构造、煤层 稳定性、水文地质条件以及矿井瓦斯等变化都比较大， 稳定性、水文地质条件以及矿井瓦斯等变化都比较大，成 为制约矿井安全与生产的主要控制因素。 为制约矿井安全与生产的主要控制因素。近年来很多矿务 工作需要, 局为了满足综采地质工作需要 进行了井下综采工作面内 的无线电波坑道透视试验与推广应用工作 较成功地探测 无线电波坑道透视试验与推广应用工作, 试验与推广应用工作 出了综采工作面内的断层、冲刷、陷落柱、 门帘石” 出了综采工作面内的断层、冲刷、陷落柱、“门帘石”、 火成岩墙、小褶皱、瓦斯聚集带、 火成岩墙、小褶皱、瓦斯聚集带、煤层分叉合并区等多种 地质异常体, 较好地指导了综采生产。 地质异常体 较好地指导了综采生产。
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业波透视法基本原理
1、基本原理 、
图１ 电磁波透视法工作原理图
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
二、无线电磁波透视法基本原理
1、基本原理 、 说明： 说明：坑透仪接收机测得的是发射机所发射的电磁波在水平 方向上电磁波的一个分量。 方向上电磁波的一个分量。当发射机发送的电磁波穿越电磁 性质不同的介质时, 就会造成电磁场强度的变化;因此分析 性质不同的介质时, 就会造成电磁场强度的变化; 电磁场强度的变化就可以预测工作面内介质的物性变化。 电磁场强度的变化就可以预测工作面内介质的物性变化。 的变化就可以预测工作面内介质的物性变化
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
一．引 言
通常情况下， 通常情况下，煤层和顶底板岩石对高频电磁波的吸收作用 是不同的。低电导率的岩石对电磁波能量吸收作用大 因而 是不同的。低电导率的岩石对电磁波能量吸收作用大,因而 接收的信号(即场强 较弱，而高阻煤层吸收作用小， 接收的信号 即场强) 较弱，而高阻煤层吸收作用小，接收 即场强 的信号强。断层破碎带、陷落柱等则会使电磁波产生反射、 的信号强。断层破碎带、陷落柱等则会使电磁波产生反射、 折射和吸收，属低电阻体 高电导率 高电导率) 折射和吸收，属低电阻体(高电导率 。
当频率f= 2πω不变时, β = f (ε 、 µ 、 σ) , 即β是ε 、 µ 、 σ的函数。当电磁 波穿越不同电性的煤岩层时, µ差别不太大。所以ε 、 σ的改变会明显引起β与 H 值的变化。 2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
二、无线电磁波透视法基本原理
2、资料处理 、
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
二、无线电磁波透视法基本原理
2.1、综合曲线法 、
根据在η值曲线上显现的异常, 可确定出异常体的边界点(或中心点) , 将边界点(或中心点)与对应的发射点相连, 此线表示异常体的几何阴影 范围(或中心点) 。根据多条这样的连线交汇, 就可圈定出异常体的大致 轮廓。这种方法简便而直观, 可以在现场快速作出初步推断。
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
二、无线电磁波透视法基本原理
1、基本原理 、
β是影响场强辐射的主要参数, 场强是以e-βγ呈指数规律随r衰减的, β越大, 场强衰减越快。
1 2 β = εµ 1 + (σ / εω ) − 1 2
式中 ω——角频率; ε——介电常数; µ——导磁率; σ——导电率。
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
一．引 言
该方法最初的设想是由前苏联科学院院士A· 该方法最初的设想是由前苏联科学院院士 A· 彼得罗夫斯 基在20 年代提出的，开始称为阴影法 阴影法， 基在 年代提出的，开始称为阴影法，意即利用良导矿体对 电磁波的强烈吸收造成的“阴影” 电磁波的强烈吸收造成的“阴影”来寻找井间或坑道间的盲 矿体。后来又称为无线电波透视法 井中无线电波法。 无线电波透视法、 矿体。后来又称为无线电波透视法、井中无线电波法。 70 年代中期，美国已故测井专家 J· Lytle 等人率先把层析 年代中期，美国已故测井专家R· 等人率先把层析 应用于钻孔电磁波法的数据处理， 技术应用于钻孔电磁波法的数据处理 技术应用于钻孔电磁波法的数据处理，推动了全球范围内电 磁波CT 的研究和应用，也进一步促进了钻孔电磁波法的推 的研究和应用， 磁波 广和提高。 广和提高。
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
一．引 言
无线电波透视法：是利用探测目标与周围介质之间的电性 无线电波透视法：是利用探测目标与周围介质之间的电性 差异来研究、确定目标体位置、形态、 差异来研究、确定目标体位置、形态、大小及物性参数的 来研究 一种井中物探方法。所用的频率属于高频频段， 一种井中物探方法。所用的频率属于高频频段，一般为一 百千赫至几十兆赫。无线电波透视法研究的是辐射场， 百千赫至几十兆赫。无线电波透视法研究的是辐射场，它 可以在真空及各种介质中传播。 可以在真空及各种介质中传播。 无线电波透视法就是通过研究电磁波在钻孔或坑道间传播 特性和被介质吸收的情况来寻找、圈定各种目标的。 特性和被介质吸收的情况来寻找、圈定各种目标的。
二、无线电磁波透视法基本原理
3、施工方法技术 、 在透视工作之前, 先选择地质条件正常, 在透视工作之前 先选择地质条件正常 无干扰和干扰因 透视条件试验, 素少的地段, 布置1～ 个发射点进行透视条件试验 素少的地段 布置 ～2 个发射点进行透视条件试验 以求取 该发射机的电磁波在工作面的初始场强值H0 和最大穿透距 该发射机的电磁波在工作面的初始场强值 离及煤层的吸收系数β。 离及煤层的吸收系数 。 透视工作时, 把发射机框形天线与巷道垂直 垂直， 透视工作时 把发射机框形天线与巷道垂直，悬挂成四边 接收机环形天线直立(注意接收机应放置在远离金属导 形, 接收机环形天线直立 注意接收机应放置在远离金属导 体的地方) 环面与巷道垂直, 即观测场强最大值方向, 体的地方 , 环面与巷道垂直 即观测场强最大值方向 把观 测到的数据记入已设计好的表格内。 测到的数据记入已设计好的表格内。
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
二、无线电磁波透视法基本原理
2.1、综合曲线法 、
图2 综合曲线图 2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
二、无线电磁波透视法基本原理
2.2、层析成像法 、
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
二、无线电磁波透视法基本原理
3.1、同步法 、 用同步法观测时, 发射天线和接收天线分别位于不同的巷道中, 用同步法观测时 发射天线和接收天线分别位于不同的巷道中 同时作等距离移动, 逐点发射和接收。当工作面长度较大, 同时作等距离移动 逐点发射和接收。当工作面长度较大 且 两条巷道基本平行, 人工干扰体又不能彻底消除的情况下, 就 两条巷道基本平行 人工干扰体又不能彻底消除的情况下 可以选择用同步法进行观测。采用这种观测方法, 因为透视距 可以选择用同步法进行观测。采用这种观测方法 同步法进行观测 离大体相等, 各处干扰情况相近, 离大体相等 各处干扰情况相近 接收的又是穿煤层而过的直 接波, 避免接收各种干扰体形成的绕射、反射、散射波, 接波 避免接收各种干扰体形成的绕射、反射、散射波 可确 保接收场强值的真实可靠性, 有利于资料的分析。 保接收场强值的真实可靠性 有利于资料的分析。但是用这种 方法观测容易形成盲区, 有漏测的可能。 方法观测容易形成盲区 有漏测的可能。
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
二、无线电磁波透视法基本原理
3、施工方法技术 、
根据工作环境，无线电波透视法分为钻孔电磁波法和 根据工作环境，无线电波透视法分为钻孔电磁波法和坑道 钻孔电磁波法 电磁波法。前者按工作方式，又可分为单孔、双孔、 电磁波法。前者按工作方式，又可分为单孔、双孔、三孔 和地—井方式； 两种. 和地 井方式；后者又有同步法和定点法两种 井方式 在实际透视工作前, 在实际透视工作前 还要选择一种适合实际情况的观测方 这一点很重要。关系到工作的成功与否。 法, 这一点很重要。关系到工作的成功与否。
2006.5
中国矿业大学。 中国矿业大学。地球探测与信息技术
二、无线电磁波透视法基本原理
2.1、综合曲线法 、
在均匀各向同性介质中, 实测场强等于理论场强, 即 1 , lg η = 0
H = H0 , η =
但是, 由于煤层的非均一性, 一般η值接近1(或0) 而不等