基于传输线法模拟探地雷达在多层介质模型中的传播

数值模拟是研究探地雷达电磁波在多层介质中传播规律的有效手段,传输线算法是一种基于Huygens原理的时域分析电磁场方法。这里阐述了TLM方法的基本原理及基本关系式,用TLM方法对多层介质进行了正演模拟,将模拟结果与FDTD方法合成结果进行了对比,结果表明了TLM用于GPR正演计算的正确性及有效性。应用该算法对已有模型进行了定性分析,验证了随着介电常数和电导率增大,雷达电磁波衰减加快的结论。     

隧道衬砌空洞探地雷达图谱正演模拟研究

探地雷达作为一种高效、先进的无损检测设备,能够对隧道衬砌实施连续扫描,实时获得雷达图谱。然而,由于探地雷达在我国的应用时间还非常短暂以及雷达图谱的复杂性,隧道衬砌空洞探地雷达图谱的辨识还存在一定的问题。据此,通过不同环境的试验得到空洞雷达图谱特征,并利用二维时域有限差分法对衬砌空洞雷达图谱进行正演模拟。采用VC++语言编写探地雷达正演模拟程序,对隧道衬砌检测中常见的几种空洞模型进行正演模拟,得出模拟波形和图谱,并与实测隧道衬砌空洞的探地雷达波形和图谱进行对比。结果表明,模拟图谱与实测结果相似,具有较明显的空洞特征。良好的结果也验证了二维时域有限差分法（2D-FDTD）正演模拟的可行性。     

复杂地电模型的探地雷达时域有限差分正演

目前探地雷达正演模拟。都是针对简单的层状模型、圆状空洞、正方形空洞等单一的规则模型,而对于地下弯曲的界面或“V”字形等复杂模型的正演,实现起来较为困难。然而,地下构造是复杂的,因此,对复杂地电模型的正演研究显得更为重要。这里以麦克斯韦两个旋度方程为基本出发点,运用K.S.Yee的空间网格模型理论和时域有限差分法的基本原理,推导出二维空间的探地雷达正演方程组,通过讨论数值频散关系及其产生原因,推导出符合探地雷达实际传播规律的理想频散关系。为解决正演模拟时截断边界处的超强反射,采用了Mur超吸收边界条件．并以自制的探地雷达正演模拟程序为依托,对两个复杂的探地雷达模型进行了正演模拟,得到了正演剖面图。从其后模拟实例中的两正演剖面图可以看出,边界截断处的干扰波被大大地减少,消除边界反射后的雷达剖面能更好地指导工作人员进行地质解释,从而达到了把雷达的正演研究深入到复杂地电模型中去的目的,使正演研究更符合实际的地质情况。     

介质含水率与探地雷达信号关系数值模拟

采用时间域有限差分技术实现了探地雷达三维正演计算,并以此对介质含水率与探地雷达信号关系开展了数值模拟研究.物理模型实验与数值模拟计算结果的对比分析证明了数值模拟的有效性.     

用Visual C++开发地质雷达正演模拟软件

从地质雷达的正演原理着手，通过对数值稳定性条件、数值频散关系、源的设计、边界条件等理论的探讨．用Visual C 语言编写出一套能对常见的二维地电模型进行正演模拟和对地质雷达的原始信息进行读取与写入的软件。     

探地雷达有限元数值模拟及衰减特性探讨

从Maxwell方程组出发,推导了带衰减项与不带衰减项的探地雷达(GPR)有限元波动方程。利用matlab平台编译了二维GPR有限元正演模拟程序。通过对典型模型例子的模拟分析,给出了GPR电磁波衰减比的概念及其计算公式,加深理解了GPR电磁波在不同介质中的传播特性。在GPR正演模拟中,必须考虑衰减项的吸收作用,得到的模拟结果更符合GPR电磁波在地下介质中的传播规律,更有助于理解和掌握地下介质中探地雷达波的传播规律,对探地雷达资料的地质解释具有更好地指导意义。     

基于GprMax的道路空洞三维探地雷达正演数值模拟

探地雷达(GPR)方法具有高效、高分辨率、无损探测等优势,广泛应用在城市道路病害体探测中。三维探地雷达是近年来发展起来的新技术,通过三维阵列天线进行三维数据采集,对道路病害体具有更高的空间分辨率和测量精度。本文利用基于三维时域有限差分方法原理的GprMax 3D软件,针对以空洞为代表的典型道路病害体,开展充气型和充水型空洞三维探地雷达正演模拟工作,获得两种不同填充类型空洞的三维雷达数据体,对数据体不同方向的图像特征进行分析,并结合工程实例,验证了正演模拟结果的可靠性。该研究对三维探地雷达实测图像解译和提高检测结果判定的可靠性具有重要的指导意义。     

时间域有限差分法在钻孔雷达探测金属矿中的应用

钻孔雷达相比传统的地球物理方法具有更大的探测范围,可得到更多的地层信息。在地质雷达正演模拟的方法中,时域有限差分法能提高探测的效果和解释的准确性。将两者相结合,通过单孔反射测量对金属矿进行数值模拟及对结果进行分析,说明了单孔反射测量不仅可以确定矿体的位置,而且对矿体形态也具有很好的识别性。     

三维探地雷达数值模拟中UPML边界研究

应用时域有限差分进行探地雷达正演计算时,边界条件的吸收效果是提高雷达波响应模拟精度的关键因素之一。这里推导出了三维各向异性完全匹配空间UPML吸收边界的计算公式,并编程实现。模拟结果表明:UPML吸收边界在吸收效果,反射误差及计算效率等方面,都明显优于常用的Mur、PML吸收边界,具有较好的模拟效果。采用三维UPML边界的时域有限差法,可以提高探地雷达正演模拟的可靠性、准确度。     

探地雷达在河道探测中的应用

基于有限差分法,建立了探地雷达电磁波在河道传播的正演模型,并模拟了水下不同构造的典型工况,得到了相应的二维反射图像。和实际探测的河道图谱进行了比较,通过对模拟图像的分析和实际雷达探测图谱的解释,研究了探地雷达方法在河道探测中的可行性。     

伪随机激电法的有限单元法数值模拟研究

利用有限单元法和Cole-Cole模型对伪随机激电法进行数值模拟研究。首先简要介绍了伪随机激电法的基本原理,然后在忽略电磁效应的情况下,给出电场的边值问题和变分方程,将模型中大地和极化异常体的电阻率用Cole-Cole模型的参数替换,通过解方程最后得到模型节点上的复电位值。通过改变地电模型的参数,得到了不同参数下幅频率的模型相应曲线。模拟结果与实际情况符合,表明运用有限单元法模拟伪随机激电法中的参数是正确和适用的。     

河流流场数值模拟初始场误差发展研究

为分析河流初始场误差对计算结果的影响,利用小扰动方法推导了流动模拟过程中初始场误差发展的控制方程,并依照湖泊假潮的形式得到了方程的分析解。理论结果表明,在通常的边界条件下,初始场误差相当于在流动中附加了一个虚拟的长波,这种波动以驻波的形式存在于河流中,波长是河段长度的4倍,波周期可用梅立恩公式近似估计。在底摩擦的作用下,误差波将会迅速衰减直至消失,充分显示了流场的强耗散特性。通过数值计算实例验证了理论分析的结果。     

探地雷达地下界面成像

由Maxwell方程,根据雷达波在介质中的高频传播特性,导出雷达波满足的波动方程。由此求出波速扰动量的成像公式,利用小波变换分析下界面的奇异性,从而达到雷达信号地下界面成像的目的。     

波场延拓法VSP正演模拟

波场延拓法模拟VSP,可以根据具体情况的需要同时对上、下行波场进行模拟,也可以只模拟上行波场或下行波场。对多次波能够有效地控制,通常在只关注一次波的情况下,可以不对多次波进行模拟。该方法相对其他波动方程正演模拟方法,有更高的计算效率。采用分步Fourier法延拓波场,既保证了延拓过程的稳定性,又不失较为复杂模型的模拟精度。模型试验表明,该方法能够有效地对VSP波场进行模拟,模拟的结果正确、可靠。     

频率测深的地形影响及其校正方法

从含源麦克斯韦方程出发，按照二维地形条件下的线源非齐次赫姆霍兹方程确定其边界条件，用边界元法计算了起伏地形条件下线源的频测影响曲线，并将其转换为二维地形点源赤道偶极装置频测曲线。总结了地形对频测曲线影响的规律，提出了地形校正的方法。     

利用FCT方法压制弹性波数值模拟中的数值频散

在基于波动方程的有限差分数值模拟中,会不可避免地出现数值频散（也称网格发散）问题。数值频散问题通常会给数值模拟的结果造成严重影响,因此在数值模拟中,应尽量设法消除这种现象。这里在前人的基础上,在基于各向同性介质的弹性波方程的数值模拟过程中,通过引入通量校正方法来解决数值频散问题。由数值模拟结果表明,该方法可以有效地消除数值频散现象,大大改善数值模拟的结果。     

地震波场的高阶交错网格有限差分模拟

应用高阶交错网格有限差分算法,并加入吸收边界条件和衰减带,对弹性波方程进行模拟,分析了其稳定性和收敛性。通过对各向同性和各向异性介质模型的模拟表明,高阶差分波动方程模拟的网格频散较小、精度较高、效果较好,可为地震勘探及其资料解译提供技术手段。     

基于常Q模型的分数阶粘弹介质数值模拟方法

基于常Q模型的解耦分数阶拉普拉斯算子粘滞波动方程,可以分开模拟振幅衰减和相位错动。但该方程拉普拉斯算子的阶数是随空间变化的,因此数值求解存在一定困难。这里基于截断的泰勒展开,经过一系列近似,推导出拉普拉斯算子的阶数与空间无关的解耦分数阶粘滞弹性波动方程。采用中心差分计算时间导数,使用交错网格伪谱法计算空间导数。数值算例表明,新的方程在处理非均匀介质时具有精度高,计算简便的优点。     

微屈多次波正演模拟及其在中原油田深层地震资料解释中的应用

对微屈多次波的压制或利用是地震资料处理、解释中的一个难题。正演模拟是压制或利用微屈多次波的基础。笔者利用层状介质非线性模型理论,发展了一种正演模拟微屈多次波的方法。利用这一方法在中原油田深层地震资料解释中作了初步应用,取得了一些有用的成果。该方法也可以在地震子波分析处理和提高地震资料分辨率中发挥作用。     

基于等效介质理论的碳酸盐岩储层地震数值模拟

综合考虑碳酸盐岩储层孔隙度、孔隙类型对储层物性参数的影响,对常规的Xu-White模型等效介质理论进行了改进,采用K-T理论增加多种不同类型的孔隙(如粒间孔隙、刚性孔隙、裂隙等),得到了一种新的改进的Xu-White模型等效介质理论,并提出了一套新的适用于碳酸盐岩储层的地震数值模拟方法。该方法首先采用改进的Xu-White模型等效介质理论,来计算碳酸盐岩储层的等效参数,将各向异性的储层转换为均匀介质;然后再采用声学波动方程进行地震数值模拟。模型试验的结果表明,该方法不仅计算效率高,而且可以得到高信噪比的模拟记录,其主要地层的反射波场特征与弹性波方程数值模拟完全一致,是一种简单高效的适用于碳酸盐岩储层的地震数值模拟方法。