论文部分内容阅读
我国碳酸盐岩分布较广，这些在这类地区进行了大量的基础建设。由于岩溶发育，常伴随突泥突水事故，造成了大量财产损失。
层析成像技术(CT)是根据物体外部的测量数据，依照一定的物理和数学关系反演物体内部物理量的分布，最后得到清晰的分布图像的技术。电磁波CT技术最早是由电磁波透视技术发展而来，该方法目前在国内已得到广泛使用。电磁波层析成像近年来已逐渐成为一种工程检测的重要手段，其具有分辨率高，利于勘察精细构造和目标体的特点。电磁波CT主要包括野外施测与数据采集、数据处理与成像，图像解释三个环节。其成像质量与野外观测系统、采集数据的质量有重要关系。不同的井间观测系统，成像方法、重建算法，其成像结果有很大差异。虽然各生产电磁波CT仪器厂家都有配套的电磁波CT软件，但从使用情况来看，效果并不尽如人意。因此，研究更有效的电磁波CT资料处理解释技术具有非常重要的理论研究和实际应用的价值。
电磁波进入岩石中时，将发生热能损耗，会使电磁波的强度随进入距离的增加而衰减，此种现象又被称为岩石对电磁波的吸收作用。吸收系数或衰减系数β的大小和电磁波角频率ω、岩石导电率σ、岩石导磁率μ、岩石介电系数ε有关。电磁波在含水裂隙或溶洞中传播时其能量急剧衰减，频率愈高，衰减愈快。所以，电磁波CT可被用来探测溶蚀带和岩体裂隙发育带。
电磁波CT在成像方法方面一般采用两种方法：相对衰减层析成像与绝对衰减层析成像。前者重建地下介质的相对缩减的二维分布图像，后者重建地下介质的绝对衰减的二维分布图像，两种方法的反演方程组相同，均采用介质吸收系数成像方法。
本文在前人的基础上，将蚁群反演算法应用到井间电磁波层析成像中，该方法具有全局收敛、不依赖于初始模型、稳定性好、图像分辨率高等优点。数值模型试验和实际_T区结果表明，蚁群反演算法结合工程钻探取芯结果进行电磁波视吸收系数成像，能较准确地推断出了孔之间的岩溶、裂隙及岩石破碎发育带分布。
依据非线性反演的特点以及蚁群算法求解连续优化问题，可根据已有的先验信息，首先大概设定工区内的最小与最大函数值，留下不同的信息素，某点信息素的多少影响下批蚂蚁的移动方向。当循环到初始给定的次小衰减系数，再在变量的取值范围内进行网格化，人工蚂蚁在各个空间网格点之间移动。蚂蚁在这些网格点上按概率移动，以寻找最优路径。目标函数值小的网格点信息量就比较大，招致更多蚂蚁选择该路径，形成一种正反馈机制。再根据信息量找出信息量最大的网格点，由此就确定了每个采样点的衰减值。
本文把蚁群算法应用到实例中，得出以下结论：
1、电磁波CT技术是通过研究电磁波在地下介质中的传播规律，探查溶洞及破碎带的有效方法以及探测井间盲矿体。电磁波在介质中传播时，介质的吸收系数与介质的磁导率、电阻率、介电常数以及电磁波频率有关。
2、电磁波CT探测方法性价比高，它比传统的物探方法更具有优越性，分辨率高，更加简单经济有效。
3、线性化反演方法求解非线性问题时强烈依赖于初始模型，而井间电磁波反演问题通常都是强烈非线形的，目标函数有多个极小值，线性反演问题容易限于局部极小值而无法获取全局最优解，所以线性反演计算结果的可靠性很大程度上依赖于初值的选取。因此，对于非线性的地球物理反演问题，常规经典的线性算法受到极大的局限，必须采用基于全局最优的算法才能有效的解决此类反演问题，提高反演结果的可靠性。因此，本文将蚁群算法应用到井间电磁波方法中开展试验性工作。
4、纵观杭州某工区孔间电磁波吸收系数成像剖面，可以看到，基岩视吸收系数范围绝大部分0.1～0.8奈贝/m，有较少一部分的基岩视吸收系数大于0.8奈贝/m，呈条带状不均匀分布，主要分布在浅地表。同时，整条剖面视吸收系数分布大体分成两部分，高程在112m以上的浅部，视吸收系数范围绝大部分大于0.75奈贝/m，反映裂隙较发育，强风化；高程在112m以下的深部，视吸收系数范围绝大部分为0.5～0.75奈贝/m，反映岩体基本完整；在高程小于85m，视吸收系数小于0.5奈贝/m，反映岩体完整性较好。