基于波动方程的槽波地震全波非线性反演层析成像研究

During the development of coal fields, small scale structure, abnormal body and seam thickness changing behind the mine working face are important factors affecting the safety of coal mining. It is the key issues need to be addressed. Therefore being able to finely depict and portray small scale, all types of demolished structures, it has important theoretical and practical significance for coal mine safety in production. Using the finite difference forward modeling, this project calculates channel wave synthetic seismogram, theoretically studies fully nonlinear global optimization inversion algorithm with multi-parameters, carries on full-wave nonlinear inversion tomography study based on channel wave records, and then obtains high-resolution, high-precision image data and displayed of elastic parameters (velocity, density, etc.) describing coal seam. Finally, trough site wave seismic testing, it demonstrates the feasibility of channel full-wave nonlinear inversion tomography. The purpose of the project is to establish channel wave full-wave nonlinear inversion tomography system, to realize this system by self-programming, further to improve the resolution and degree of detail of the channel wave seismic exploration, and to solve problems such as geological, mining engineering and production of security issues faced by mine geological work.

在地下煤田的开发中，矿井工作面小构造、异常体、煤层厚度变化等是影响煤炭开采安全的重要因素，是需要解决的关键问题。因此能够精细刻画和描述工作面煤层内的小规模、各种类型的构造破坏对煤矿安全生产具有重要的理论和现实意义。 本项目采用有限差分正演模拟计算槽波地震记录，理论研究完全非线性全局优化多参数反演算法，进而对槽波记录进行全波非线性反演层析成像研究，得到描述煤层弹性参数（速度、密度等）的高分辨率、高精度的图像数据及显示，最后经过现场槽波地震试验以论证进行槽波全波非线性反演层析成像的可行性。 本项目的研究目的是建立槽波全波非线性反演层析成像系统，并且自主编程实现该系统，以进一步提高煤田槽波地震勘探的分辨率和详细程度，解决矿井地质工作所面临的有关地质、采矿工程及生产安全问题。

槽波地震勘探是利用槽波探查采煤工作面前方小断层或其它地质异常的一种地球物理勘探方法，是地震勘探的一个分支。可以预见，槽波地震勘探在煤矿开发中有着广阔的应用前景。本项目研究的内容是《基于波动方程的槽波地震全波非线性反演层析成像研究》，主要包括两大部分，正演数值模拟和反演成像。. 项目进行期间，取得了一些研究成果，本文采用有限差分和交错网格有限差分数值模拟方法模拟槽波（Love型槽波和Rayleigh型槽波）的形成和传播，本文研究了反演方法（群最优化反演方法和梯度最优化反演方法），本文研究了积分法合成槽波和几种频散分析方法。这些研究成果正在发表或在项目结题后发表。. 因为个人原因、时间原因和计算资源等问题，项目的最后部分基于波动方程的槽波反演成像没有完成，在以后的工作中，会继续研究下去。