一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法，通過探測儀器接收經(jīng)地下空區(qū)反射、折射、繞射、散射和吸收后的天然電場信號并細化得到分析帶寬f1～f2的256條譜線，由頻譜能量衰落判據(jù)、極點譜線分散判據(jù)、干擾剔除判據(jù)判斷是否存在地下空區(qū)，并對判定的地下空區(qū)進行定性、定量分析。本發(fā)明從研究天然電磁波穿透地下空區(qū)的衰落現(xiàn)象出發(fā)，運用窄帶隨機過程信號分析原理并充分考慮干擾因素的影響，總結(jié)出了在探測信號細化頻譜內(nèi)識別地下空區(qū)特征信息的判據(jù)以及對其定性、定量分析的方法，可使地下空區(qū)識別和分析的準確率達到80%以上，解決了現(xiàn)有物探方法中難以識別和分析地下空區(qū)的問題。
【專利說明】
一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明屬于物探成果分析技術(shù)，具體地說是一種在探測過程中用于識別地下空區(qū) 所產(chǎn)生的特征信息識別與頻譜分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地下空區(qū)是地下溶洞、斷裂構(gòu)造形成的地下空間、礦產(chǎn)資源開采后形成的老空區(qū) 以及各種地下掩埋空洞的總稱;所謂老空區(qū)是指礦產(chǎn)資源開采后形成的采空區(qū)、老窯和已 經(jīng)報廢井的總稱。在長期的采掘生產(chǎn)過程中，許多礦山形成了數(shù)以百計的采空區(qū)；特別是民 間掠奪式采礦留下的群采空區(qū)，更是大小不一、形態(tài)各異、層位復雜。另外，一些老空區(qū)，由 于設計資料不全、丟失或不足，造成無法確定其位置和邊界。這些地下空區(qū)，給礦山生產(chǎn)和 工程建設，帶來了極大的安全隱患。主要表現(xiàn)在:①礦山開采由露天轉(zhuǎn)入地下時，井下生產(chǎn) 安全受到采空區(qū)的嚴重威脅;②某些礦山擴建工程，受到采空區(qū)的限制;③地下防水帷幕注 漿工程，必須考慮采空區(qū)的影響;④采空區(qū)的陷落、坍塌，給礦區(qū)建筑物造成不同程度的危 害;⑤公路下伏采空區(qū)的存在，給施工增加了難度。因此，探明地下空區(qū)的賦存位置、形態(tài)和 邊界，已成為礦山、工程建筑和交通領域的迫切需要，采空區(qū)探測與定位具有重要的現(xiàn)實意 義。
[0003] 目前，地下空區(qū)探測方法大體分為現(xiàn)場調(diào)查、物探和鉆探三類。由于地下空區(qū)具有 大面積、不確定等特點，在實際工作中，通常是首先收集相關(guān)資料和進行現(xiàn)場調(diào)查，然后利 用各種物探方法進行探測，最后以鉆探方法來驗證。由此不難看出，地下空區(qū)探測的精確程 度，乃至成敗與否，關(guān)鍵在于物探方法。常見的地下空區(qū)物探方法主要有以下幾種:重力法、 直流電法、瞬變電磁法(TEM)、高密度電法、探地雷達法(GPR)、瞬態(tài)瑞雷波法、地震層析成像 法(CT)、淺層地震勘探法和測氡法等幾種方法。上述方法的共同點是在人工場作用下進行 測量，把尋找固體礦產(chǎn)的物探方法應用在找地下空區(qū)上。地面儀器測量值反映的是地質(zhì)體 物性綜合值，這個物理量所顯示的是地下的那種固體礦產(chǎn)或地下空區(qū)全憑解釋者的主觀經(jīng) 驗。所以上述方法的探測地下空區(qū)成功率不高，其根源在物探曲線的多解性。
[0004] 在一些復雜條件下，由于地球物理探測技術(shù)的局限性以及地球物理異常的多解 性，使得物探異常的推斷解釋比較困難;為解決了以往勘探中主要依據(jù)靜態(tài)信息探測地下 空區(qū)等地質(zhì)問題精度較低的不足，能否發(fā)明一種將地下空區(qū)與地下固體礦產(chǎn)資源區(qū)分開來 的方法，目前國內(nèi)外科技界一直沒有解決，尚無相關(guān)的研究成果和產(chǎn)品報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有物探方法在地下空區(qū)探測特征信息識別與分析方面存在的不足，本發(fā)明 為解決該問題提供了一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法。
[0006] 本發(fā)明的術(shù)方案是:一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法，通過探測儀器接 收經(jīng)地下空區(qū)反射、折射、繞射、散射和吸收后的天然電場信號并細化得到分析帶寬/\~/' 2 的256條譜線，由頻譜能量衰落判據(jù)、極點譜線分散判據(jù)、干擾剔除判據(jù)判斷是否存在地下 空區(qū)，并對判定的地下空區(qū)進行定性、定量分析。
[0007] 在本發(fā)明中，頻譜能量衰落判據(jù)是計算256條譜線的平均幅值Fj并同時搜索出最 大幅值譜線Lmax及另外12個次大幅值譜線Lmaxi、Lmax2、…、Lmaxi2 ;若譜線Lmax的幅值Fmax> 20Fj 并譜線LMAX12的幅值FmaxuSFj且12個次大幅值譜線Lmaxi、…、LMAX12分布在最大幅值譜線Lmax前 后各6條譜線范圍內(nèi)，則頻譜能量存在衰落現(xiàn)象，反之則不存在衰落。
[0008] 在本發(fā)明中，極點譜線分散判據(jù)是緩存256條譜線到一指定存儲區(qū)，在其中按從前 往后兩兩比較幅值低者置0、從后往前兩兩比較幅值低者置0的原則找出頻譜中的所有極值 點，若在最大幅值譜線Lmax前后各6條譜線范圍內(nèi)存在2個以上極值點，則極點譜線分散。
[0009] 在本發(fā)明中，干擾剔除判據(jù)是存在頻譜能量衰落且極點譜線不分散時，若最大幅 值譜線Lmax頻率非工頻或其高次諧波、也不是測點區(qū)域已知的固有頻率成分，則該頻譜信息 為地下空區(qū)的特征信息，主頻信息即為最大幅值譜線Lmm的幅值、頻率;反之則不是地下 空區(qū)特征信息。
[0010] 在本發(fā)明中，定性分析是根據(jù)多測點特征信息主頻/?。幅值f (t)的變化規(guī)律來評 估地下空區(qū)的塌陷、充填情況。
[0011] 在本發(fā)明中，定量分析是根據(jù)主頻頻率Z1。、相位(f)、幅值Fmax和幅值小于頻譜 平均幅值Fj的第一條衰落譜線的相位fc N (f)、幅值FMIN以及傳輸路徑公共損耗K來確定地下 空區(qū)的 埋藏深度 kisgiAsa/fc)0'5， 橫向尺寸Bx= 4.775*107*[ Ax (/?)- fcN (/?)] / fc， 縱向尺寸Bx=1〇[lg (FMAX/FMIN)+K/20-1.172-lg /fc]。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明從研究天然電磁波穿透地下空區(qū)的衰落現(xiàn)象出發(fā)， 運用窄帶隨機過程信號分析原理并充分考慮干擾因素的影響，總結(jié)出了在探測信號細化頻 譜內(nèi)識別地下空區(qū)特征信息的判據(jù)以及對其定性、定量分析的方法，可使地下空區(qū)識別和 分析的準確率達到80%以上，解決了現(xiàn)有物探方法中難以識別和分析地下空區(qū)的問題。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的地下空區(qū)特征信息形成示意與識別流程圖； 圖2是本發(fā)明的實施例一細化譜圖； 圖3是本發(fā)明的實施例二細化譜圖； 圖4是本發(fā)明的實施例三細化譜圖； 圖5是本發(fā)明的實施例四細化譜圖； 圖6是本發(fā)明的實施例五細化譜圖； 圖7是本發(fā)明的實施例六細化譜圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的方案作進一步詳細說明。
[0015]參見附圖1，一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法，通過探測儀器接收經(jīng)地下 空區(qū)反射、折射、繞射、散射和吸收后的天然電場信號并細化得到分析帶寬/i~/2的256條譜 線，由干擾譜線剔除、最大譜線離散判據(jù)、頻譜能量集中判據(jù)、窄帶對稱判據(jù)判定是否存在 地下空區(qū)，并對判定的地下空區(qū)進行定性、定量分析。天然電場法是利用雷電場和游散電流 場作為場源，以巖礦石電阻率差異為基礎，在地面沿特定的剖面測量大地電場的水平分量， 并通過對其變化規(guī)律的研究來解決水文、工程地質(zhì)和找礦勘探等地質(zhì)任務；由于不需要人 工供電，可省去笨重的供電設備，因此具有簡單、輕便、經(jīng)濟、效率高等特點。天然電場探測 方法類似于音頻大地電磁法，所不同的是野外工作中只測量單方向的大地電場的水平分 量，在場源上除了利用天然電磁場變化在大地中感應的大地電流之外，還利用了工業(yè)游散 電流場。隨時間變化的天然電磁場在大地中感應出電流，這種地電流頻譜寬、分布廣、能量 豐富，是一種能解決地質(zhì)任務的天然場源。天然電場產(chǎn)生的原因很復雜，通常認為頻率大于 1Hz的天然電場主要是由赤道地區(qū)雷電放電產(chǎn)生的，局部地區(qū)是由工業(yè)游散電流及諧波引 起的。大地電磁場的振幅、頻率、方向均隨時間而隨機變化，但這種隨機有一定的規(guī)律性;如 具有同源性，這表現(xiàn)在某一瞬間，在幾百平方公里范圍內(nèi)，場的振幅、頻率和強度均能同步 變化。天然電場的場源是由雷電和游散電流場組成的，由遠處傳輸來的雷電電磁場，可近似 看成一個平面電磁波，它的傳輸特性滿足麥克斯威方程組;至于游散電流場，當它剛?cè)氲貢r 電流線呈放射狀，而遠離接地點時，可近似認為電流線互相平行，可視為似穩(wěn)的均勻電場， 它在物探方面的應用原理與直流電法中的中間梯度相類似。如圖1所示，根據(jù)天然瞬變電磁 波的頻率和不同地質(zhì)體的電磁波穿透情況，由于地下空區(qū)與完好地層間存在密度突變，天 然瞬變電磁波在這里會引起信號的反射、折射、繞射、散射和吸收等現(xiàn)象，導致信號產(chǎn)生衰 落，從而降低了信號的傳輸質(zhì)量;這個由地下空區(qū)所形成的天然瞬變電磁波傳輸方式相當 于一個窄帶隨機過程：只允許靠近中心頻率《。（ = 231&)附近很窄范圍（A 的頻率 成分通過窄帶系統(tǒng)，隨機信號通過窄帶系統(tǒng)后，輸出信號即為窄帶隨機信號，而且是存在衰 落現(xiàn)象的窄帶隨機信號，理論上會形成圖1中上部所示的</)頻譜特征。該窄帶系統(tǒng)是低耗 的無源系統(tǒng)，則極點靠近虛軸;根據(jù)"窄帶-對稱"網(wǎng)絡特性:極點簇關(guān)于其中心線對稱，其響 應函數(shù)為 K t)=A( t)cos( t+《t)) 其中慢變化部分A(t)是窄帶隨機過程的包絡，快變化部分cos( ?。奸《t))，《t)為窄 帶隨機過程的隨機相位;其中A(t)、《t)是緩慢變化的。窄帶隨機過程的垂直分解為
式中X( t)和Y( t)在幾何上正交，有
[0016] 參見附圖2,本發(fā)明方法是運用天然電磁波經(jīng)過地下空區(qū)產(chǎn)生衰落現(xiàn)象這一特點 來識別地下空區(qū)特征信息，附圖2所示是本發(fā)明實施例中探測到較為規(guī)則的地下空區(qū)特征 信息。天然電磁波由地層經(jīng)過地下空區(qū)產(chǎn)生衰落的原因主要有：（1)界面反射當?shù)叵驴諈^(qū)折 射指數(shù)呈垂直梯度變化時，如果假定電波仍沿直線傳播，那么根據(jù)電磁波等效半徑分析方 法，反射點會沿著變化的地下空區(qū)凸起表面移動，這樣反射波的行程由于反射點的移動而 發(fā)生變化，即波的相位發(fā)生變化;當反射波的相位與直射波的相位相反時，合成場強顯著減 弱，形成干涉衰落。（2)地下空區(qū)中的多徑傳播當?shù)叵驴諈^(qū)出現(xiàn)塌陷、填充時，天然電磁波會 產(chǎn)生突變反射而發(fā)生多徑傳播;這時，電波沿著幾條路徑傳播，各路徑電波之間存在著由行 程差而引起的相位差，以及由不同反射條件而引起的相位差，同時各條傳播路徑的電波場 強的振幅也不相同，于是探測儀器在地面接收到的是多徑傳播干涉衰落后的天然電場信 號。（3)地層中不均勻體造成的反射和散射衰落在地層結(jié)構(gòu)中，常由一些不同性質(zhì)、不均勻 體的地質(zhì)體組成，當電磁波經(jīng)過這些不均勻體時，會發(fā)生亂反射或散射；由于地層中不均勻 體的位置、形狀和大小都隨機無規(guī)則的變化，反射波或散射波到達地面探測點的振幅和相 位也要隨機地變化，這就形成了快速反射衰落或快速散射衰落。衰落現(xiàn)象主要由上面幾個 原因產(chǎn)生，但由于地下空區(qū)的結(jié)構(gòu)形式、填充狀態(tài)都是隨時間變化的，其產(chǎn)生的地下空區(qū)特 征信息也是不規(guī)則的;作為地下空區(qū)特征信息載體的天然電磁波受場源、傳輸途徑、天氣等 諸多因素的影響，也是變化的、不規(guī)則的；另探測儀器在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的過程中，會受周邊 電力、通訊設施和廠礦大型設備運行產(chǎn)生的電磁干擾影響，導致探測數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定;這就給 地下空區(qū)特征信息的準確識別帶來很大的難度。本發(fā)明為克服以上問題，根據(jù)觀測和摸索 的結(jié)果，通過對大量實施例的分析，總結(jié)了如下有關(guān)地下空區(qū)的一般識別方法。
[0017] 頻譜能量衰落判據(jù)的理論依據(jù)是天然電磁波經(jīng)過地下空區(qū)會產(chǎn)生衰落現(xiàn)象，且該 衰落現(xiàn)象屬于一窄帶隨機過程，具有窄帶對稱特性。本發(fā)明判據(jù)是計算256條譜線的平均幅 值Fj并同時搜索出最大幅值譜線Lmax及另外12個次大幅值譜線Lmaxi、Lmax2、…、Lmaxi2 ;若譜線 Lmax的幅值Fmax>20Fj并譜線Lmaxi2的幅值Fmaxi2>Fj且12個次大幅值譜線Lmaxi、…、Lmaxi2分布 在最大幅值譜線Lmax前后各6條譜線范圍內(nèi)，則頻譜能量存在衰落現(xiàn)象，反之則不存在衰落。 參見附圖2、附圖3，它們的最大譜線LMAX的幅值FMAX彡20FJ，且次大譜線LMAX12的幅值FMAX12彡 Fj;但附圖3中的12個次大幅值譜線Lmaxi、…、Lmaxi2沒有分布在最大幅值譜線Lmax前后各6條 譜線范圍內(nèi)，故附圖3的頻譜變化不屬衰落現(xiàn)象。
[0018]極點譜線分散判據(jù)的理論依據(jù)是傅立葉變換特性，信號中的基頻在頻譜中表現(xiàn)為 極值點或獨立譜線，目的是避免分析頻譜中不相關(guān)頻率成分譜線的影響。本發(fā)明的具體做 法是：（1)將原頻譜的256條譜線值復制到一指定存儲區(qū)緩存；（2)在緩存區(qū)中，按從前往后 兩兩比較幅值低者置〇(后向積分）、從后往前兩兩比較幅值低者置〇(前向積分）的原則，使 緩存區(qū)中只保留極值點的譜線值，其余無關(guān)的譜線值均被置〇; (3)最大幅值譜線FMAXQ肯定 是極值點，若在最大幅值譜線Lmax前后各6條譜線范圍內(nèi)存在2個以上極值點，則極點譜線分 散。參見附圖4、附圖5,顯然它們都符合頻譜能量衰落判據(jù)的要求屬于衰落現(xiàn)象，且最大幅 值譜線Fmaxo也都是極值點，但附圖4在最大幅值譜線Lmax前后各6條譜線范圍內(nèi)存在2個極值 點、附圖5在最大幅值譜線Lmm前后各6條譜線范圍內(nèi)存在4個極值點；因此，判定附圖5的極 點譜線是分散的。
[0019]干擾剔除判據(jù)是為了避免游散電流場穿過地層中不均勻體造成的反射和散射衰 落、探測現(xiàn)場空間電磁干擾等的影響，通過前面兩個判據(jù)后，對于存在頻譜能量衰落且極點 譜線不分散的頻譜應用該判據(jù)。其具體做法是：（1)根據(jù)最大幅值譜線Lmax的位置結(jié)合頻譜 分辨率A球出其頻率Aax = LmaxX A f;(2)判定Aax是否為工頻(50±0.2Hz)或其高次諧波 (如：100Hz、150Hz、200Hz、250Hz……），通常奇次諧波的影響更大些；（3)結(jié)合探測區(qū)域內(nèi)其 它測點的探測結(jié)果，判定Aax是否為測區(qū)內(nèi)的一個固有頻率成分。若最大幅值譜線Lmm頻率 非工頻或其高次諧波、也不是測點區(qū)域已知的固有頻率成分，則該頻譜信息為地下空區(qū)的 特征信息，主頻信息即為最大幅值譜線Lmax的幅值、頻率;反之則不是地下空區(qū)特征信息。 參見附圖6，頻譜的分析帶寬為/i = 139.668Hz~/'2 = 160.417Hz，通過頻譜能量衰落判據(jù)和 極點譜線分散判據(jù)的判斷后，發(fā)現(xiàn)該頻譜特征符合前面兩個判據(jù)的要求，計算得最大幅值 譜線Lmax頻率=150.002Hz，顯然是工頻的3次諧波所致。
[0020] 本發(fā)明的目的是有效識別地下空區(qū)并進行定性、定量評估與分析，其具體做法及 步驟參見附圖1:探測儀器接收天然電場信號并細化得到分析帶寬/i~/ 2的分辨率為A扣勺 256條譜線，經(jīng)頻譜能量衰落判據(jù)、極點譜線分散判據(jù)、干擾剔除判據(jù)后得出有無地下空區(qū) 特征信息的結(jié)論，并相應得出主頻信息（即最大幅值譜線Lmax的幅值、頻率）、平均幅值Fj和 12個次大幅值譜線L_a、…、1_( 12的幅值與頻率等。通過本發(fā)明方法的大量試驗和現(xiàn)場數(shù)據(jù) 分析，發(fā)現(xiàn)地下空區(qū)具有以下特點：（1)當?shù)叵驴諈^(qū)未塌陷且不含水時，將引起特征信息主 頻幅值的高值異常，而保存完好的地層主頻幅值相對較低；（2)當?shù)叵驴諈^(qū)塌陷且充填了泥 砂或者其它較軟雜質(zhì)時，會引起相對低的特征信息主頻幅值，而保存完好的地層主頻幅值 相對稍高；（3)當?shù)叵驴諈^(qū)塌陷（或未塌陷）且含水時，將引起主頻幅值低值異常，而保存完 好的地層主頻幅值較高。因此，根據(jù)多測點特征信息主頻幅值i? (t)的變化規(guī)律可有效評估 地下空區(qū)的存在狀態(tài);另外對比特征信息主頻幅值i? (t)的綜合值與周圍測點的變化情況， 結(jié)合附近已知的鉆孔資料，還可進一步評估測點在該深度的地下巖性。圖7中，橫坐標為測 線范圍、共150m，縱坐標為天然電磁波穿透不同地層后反映到地表的電性值，圖中曲線表示 垂深68m的地層電性值變化情況、A表示地下水特征信息、0表示地下空區(qū)特征信息;從圖7 中可清楚看到：測線的T11到T15之間存在地下空區(qū)，且該地下空區(qū)已部分塌陷，底部存在流 動水，頂部還有空隙。
[0021] 附圖2~附圖6均是本發(fā)明實施例的細化譜圖，圖中上半部分為天然瞬變電磁波的 時域波形，下半部分為天然瞬變電磁波中指定分析帶寬/i~/ 2的細化頻譜圖。頻譜圖中間的 A譜線稱為主頻譜線，根據(jù)電磁場理論，天然瞬變電磁波在地層中的傳導電流遠遠大于位 移電流，則其穿透深度為 A=l/( (單位:m) 式中，成/探測點的地表電阻率，一般地表大都是松散的土層，取其平均電阻率Pl〇 (假設天然瞬變電磁波穿透的地層為無磁性介質(zhì)，則磁導率取/^43tX1(T7矽奶據(jù)此 得到地下空區(qū)的埋藏深度與主頻頻率的關(guān)系如下 a=i/( jfc/Z/^.kisgi.ssa/fc)。.5 (單位:m) 由前述天然電磁波穿過地下空區(qū)的窄帶隨機過程的垂直分解可知x( t)和Y( t)在幾何 上是正交的，變換到頻域后其實部X(f)和虛部Y(f)也是正交的；附圖2~附圖6下半部分所 示是探測信號的細化幅值譜，圖中的每一條的幅值為A(f)=[ 乂(/)2+￥(/)2產(chǎn)5,相位為：《f) ztarT 1 [Y(/VX(f)]。如附圖2所示，設最大幅值譜線Lmax(即主頻A)的相位為亂x (f)，其衰 落到幅值小于頻譜平均幅值Fj的第一條譜線的相位為#IN (f)，則衰落相位差為A《/〇 = fc (/)_ Sin (/);由此可計算出主頻彳目號裝落時間差為 A t(f)= A《/>)/23i/>c=[ (/)- &n (/)] （單位：s) 天然電磁波的波速與光速C=3*108m/s相當，故可通過下式來評估地下空區(qū)的橫向尺寸 Bx大小 BX=C* A t(f) =4.775*107*[ 1(f)- fcN (f)]/ (單位:m) 本發(fā)明方法的探測儀器是在地面天然電磁波信號，則天然電磁波的各頻率成分穿過地 下空區(qū)傳輸?shù)降孛娴穆窂绞腔疽恢碌?，令其傳輸路徑損耗為K(dB)。根據(jù)電波在自由空 間(所謂自由空間傳播系指天線周圍為無限大真空時的電波傳播，電波在自由空間傳播時， 其能量既不會被障礙物所吸收，也不會產(chǎn)生反射或散射)傳播損耗(亦稱衰減)計算公式 Los=32.44+20*lg d+20*lg / 式中，Los是傳播損耗，單位為dB; 是傳播距離，單位是Km; /是工作頻率，單位是MHz。結(jié) 合本發(fā)明方法的應用實際，上式可改寫為 Los+K=23.44+20*lg d+20*lg 式中，碟傳播距離，單位是m; A是主頻頻率，單位是Hz ; Los和K的單位均為dB，K是傳輸 路徑公共損耗，對于同一探測區(qū)域的多個測點在相同深度探測時其值是基本一致的，Los是 天然電磁波穿過地下空區(qū)的衰落損耗，在本發(fā)明方法中，可由最大幅值譜線Lmax(即主頻A) 的Fmax和主頻衰落到幅值小于頻譜平均幅值Fj的第一條譜線的F_求得 Los=20*lg (Fmax/Fmin) 因此，可由該衰落損耗來評估地下空區(qū)的縱向尺寸By大小(單位:m) B =i〇[20*lg (FMAX/FMIN)+K-23.44-20*lg fc]/20=i〇[lg (FMAX/FMIN)+K/20-1.172- lg fc] 以附圖2實施例的探測結(jié)果為例，主頻頻率6=438.641^，主頻幅值實部Xmax (f)= 0.3518 mV、虛部Ymax (f) =0.3353 mV、模Amax (f) =Fmax=0.485993 mV，衰落到幅值小于頻 譜平均幅值Fj的第一條譜線的幅值實部Xmin (f) =0.00191 mV、虛部Ymin (f) =0.00182 mV、模Amin (/) =Fmin=0.0026383 mV，令傳輸路徑公共損耗K=30dB，根據(jù)前述計算公式可得 該測點地下空區(qū)的定量分析結(jié)果如下： 地下空區(qū)的埋藏深度993m; 地下空區(qū)的橫向尺寸Bx= 4.775*107*[ Ax (f)- fcN (f)]/ ^=12.481111; 地下空區(qū)的縱向尺寸By=10[lg (FMAX/FMIN)+K/2Q-L172-lg fc] =0? 8937m。
[0022]綜上所述，本發(fā)明從研究天然電磁波穿透地下空區(qū)的衰落現(xiàn)象出發(fā)，運用窄帶隨 機過程信號分析原理并充分考慮干擾因素的影響，總結(jié)出了在探測信號細化頻譜內(nèi)識別地 下空區(qū)特征信息的判據(jù)以及對其定性、定量分析的方法，可使地下空區(qū)識別和分析的準確 率達到80%以上，解決了現(xiàn)有物探方法中難以識別和分析地下空區(qū)的問題。但地下空區(qū)的結(jié) 構(gòu)形式、填充狀態(tài)差異較大，且天然電磁波會因時間、地點的不同而不同；雖然其識別原則、 分析方法是基本一致的，但還存在一定的差異;故還需更多的經(jīng)驗總結(jié)來完善本發(fā)明的識 別與分析方法。
【主權(quán)項】
1. 一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法，其特征在于:通過探測儀器接收經(jīng)地下 空區(qū)反射、折射、繞射、散射和吸收后的天然電場信號并細化得到分析帶寬Λ~/2的256條譜 線，由頻譜能量衰落判據(jù)、極點譜線分散判據(jù)、干擾剔除判據(jù)判斷是否存在地下空區(qū)，并對 判定的地下空區(qū)進行定性、定量分析。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法，其特征在于:所述 的頻譜能量衰落判據(jù)是計算256條譜線的平均幅值Fj并同時搜索出最大幅值譜線Lmm及另 外12個次大幅值譜線1^1?1、1^?2、"_、1^?12;若譜線1^?的幅值?祖^ :20&并譜線1^?12的幅值 FMAX12^:FJ且12個次大幅值譜線LMAX1、···、LMAX12分布在最大幅值譜線LMAX前后各6條譜線范圍 內(nèi)，則頻譜能量存在衰落現(xiàn)象，反之則不存在衰落。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法，其特征在于:所述 的極點譜線分散判據(jù)是緩存256條譜線到一指定存儲區(qū)，在其中按從前往后兩兩比較幅值 低者置〇、從后往前兩兩比較幅值低者置〇的原則找出頻譜中的所有極值點，若在最大幅值 譜線Lmax前后各6條譜線范圍內(nèi)存在2個以上極值點，則極點譜線分散。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法，其特征在于:所述 的干擾剔除判據(jù)是存在頻譜能量衰落且極點譜線不分散時，若最大幅值譜線Lmm頻率非工 頻或其高次諧波、也不是測點區(qū)域已知的固有頻率成分，則該頻譜信息為地下空區(qū)的特征 信息，主頻信息即為最大幅值譜線Lmax的幅值、頻率;反之則不是地下空區(qū)特征信息。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法，其特征在于:所述 的定性分析是根據(jù)多測點特征信息主頻幅值i? U)的變化規(guī)律來評估地下空區(qū)的塌陷、 充填情況。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下空區(qū)的特征信息識別與分析方法，其特征在于:所述 的定量分析是根據(jù)主頻頻率/。、相位亂X (/)、幅值Fmax和幅值小于頻譜平均幅值Fj的第一條 衰落譜線的相位(/)、幅值Fmin以及傳輸路徑公共損耗K來確定地下空區(qū)的 埋藏深度 A=1591.58(1//c)0·5， 橫向尺寸Bx= 4·775*107*[ Ax (/)- fcN (/)] / /c， 縱向尺寸By=1〇[lg (FMAX/FMIN)+K/20-1.172-Ig ft]。
【文檔編號】G06K9/00GK105891896SQ201610258558
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】黃采倫, 吳亮紅, 王靖, 張劍, 徐光遠, 向滔
【申請人】湖南科技大學