2D有限差分偏移技术在探地雷达信号成像中的应用

由于绕射波的存在,很难准确估计探地雷达剖面中目标的尺寸,因此,对目标进行成像研究具有重要意义和应用价值。采用2D有限差分偏移技术对典型的合成记录及实测探地雷达剖面进行了成像处理,结果表明,偏移可以大大提高探地雷达资料的横向分辨率。在实际资料处理中,通过对点目标绕射波的准确归位,可以简单估计地下介质的电磁波速度。讨论了工程处理中速度模型的建立,实际数据的非零偏等偏移处理中的核心问题。      

有限差分法探地雷达波动方程偏移成像

在探地雷达（Ground-Penetrating Radar,简称GPR）剖面中，由于绕射波的存在，使得资料的处理解释十分困难，其结果的准确性与真实度也会降低。针对这一问题，作者提出了探地雷达有限差分波动方程偏移法，首先进行了理论模型的实验分析，在此基础上我们对实测GPR剖面资料进行分析处理，取得了较好的成果。     

逆时偏移在探地雷达数据处理中的应用

探地雷达(GPR)作为一种浅部地球物理探测技术,在工程检测中得到广泛应用。为提高雷达资料的解译精度,本文将逆时偏移算法应用于实测数据处理和解释。首先,从Maxwell方程组出发推导了二维TM模式下电磁波时域有限差分(FDTD)方程、给出了CFL数值稳定性条件和数值频散关系。在此基础上,阐述了GPR逆时偏移成像原理及零时刻成像条件公式,并编制了相应GPR逆时偏移程序。为验证逆时偏移对提高成像精度的有效性,设置了两个典型空洞模型,将逆时偏移程序应用于空洞模型GPR正演数据的处理,并与克希霍夫偏移结果进行对比分析。结果表明:相比于克希霍夫偏移结果,逆时偏移剖面中反射波归位更加准确,绕射波收敛更加完全。最后,将逆时偏移算法应用于实测数据处理中,精确圈定了地下管线的空间位置,为道路的后续施工与处置提供了科学依据。     

绕射波信息提取与成像技术研究——以某盆地海相碳酸盐岩为例

绕射波是提高地震分辨率或超分辨率的重要信息载体,绕射波的提取与成像技术是地震勘探提取小尺度异常体的有效途径。基于传统的反射成像的处理过程没有充分地利用到绕射信息,特别是一些常规处理方法通常对绕射信息有着压制作用。为了进一步提高地震资料中绕射波的使用效率,重点研究了在成像道集上采用预测反演算法对绕射波进行提取与成像,并以某盆地海相碳酸盐岩缝洞储层的实际地震资料进行验证。结果显示,就地下小尺度异常体而言,该种绕射波分离成像技术可以较好地将绕射波信息提取出来,对小尺度异常体进行了高精度的重现,具有一定的现实应用价值。     

偏移技术在GPR资料处理中的研究

针对GPR剖面中存在的绕射波影响资料处理和解释问题,根据雷达波波动方程和声波波动方程在形式上的一致性,合理地将地震勘探中成熟的相位移波动方程偏移法、克希霍夫积分偏移法和有限差分波动方程偏移法引入到GPR资料处理中。理论模型的试验和实测资料的处理分析表明,该方法有较好的效果。     

基于SVD的小尺度地质体地震绕射波成像

充分利用小尺度地质体引起的绕射波,可提高小尺度地质体成像的分辨率。由于绕射波的能量一般比反射波低好几个数量级,绕射波成像需要把绕射波从数据中分离出来。笔者提出用SVD算法直接在炮集上分离绕射波,然后对绕射波进行成像。与其它分离法相比,该方法在原理和实现上都更为简单。数值计算表明,SVD方法能很好地从全波场数据中分离出绕射波。对合成的数据加上一定程度的噪声时,SVD方法仍然能很好地适用。基于SVD分离绕射波的关键是奇异值序列的截断,这需要对不同的数据进行试验,以致数据分离后,绕射波的能量占主要部分。绕射波成像结果有助于小尺度地质体的识别,而综合绕射波成像结果以及全波场成像结果能够更好地解释小尺度地质体。     

基于绕射波的断层识别方法应用

基于相干和方差体识别断层的方法都是利用地震资料中的强信号,受地震资料分辨率的限制这些方法对断距较小的小断层无法准确识别。在地震资料中大型地质体的边界具有明显的反射特征,尺度较小的地质体如尖灭点、小断层等以绕射波或残留绕射的形式存在,能量较弱,被强反射所淹没。本方法利用平面波破坏滤波技术提取绕射波信息,该技术通过正则化反演迭代算法求取反射波倾角体,然后利用均值滤波的方法得到反射能量较强的平面波,将其从地震数据中去除,即可得到绕射波信息。利用绕射波信息则可以判断断层的发育程度及断裂系统组合样式。通过理论模型分析和实际资料应用验证了该方法的可行性和有效性。该方法具有一定的实际应用价值。     

基于FastICA的低信噪比探地雷达信号去噪

在背景条件复杂的工区,为了提高探地雷达(GPR)勘探资料解释的准确性和可靠性,利用独立分量分析理论进行了强噪声背景下的探地雷达信号去噪研究。阐述独立分量分析(ICA)基本理论,着重讨论了基于负熵最大化的快速独立分量分析(FastICA)算法。应用FastICA算法对单道探地雷达数据和正演含噪雷达剖面分别进行去噪分析,得到去噪后的探地雷达信号。以湖北恩施彭家寨隧道GPR实测数据为例,将Fast ICA算法应用于探地雷达剖面数据去噪。研究结果表明,将FastICA算法应用于探地雷达信号处理,摆脱了传统方法参数设置的束缚,流程简单,在GPR去噪方面有独特的优势,可较好地对低信噪比的GPR原始数据进行噪声去除,有助于突出探地雷达剖面中异常体特征,达到了提高资料解释准确性和可靠性的目的。     

探地雷达在中央粮库工程勘察中的应用

探地雷达是一种重要的浅层勘探地球物理勘察方法，从探地雷达应用的地球物理应用前提出发，详细阐述了探地雷达实测工作中测量方式、天线频率、采样率及时窗等工作参数的选取；归纳总结了雷达波的反射规律，分析了可能导致雷达资料误解释的绕射波及解决方案，并以中央储备粮益阳直属库北栋仓库纵测线3为例，说明了探地雷达勘察效果。     

基于GPRMax的隧道衬砌检测数值模拟及应用

利用基于时间域有限差分法(FDTD)的GPRMax,针对常用的400、900、1500 MHz三种不同中心频率的天线,数值模拟了隧道衬砌不同钢筋网密度、不同钢筋直径及其下方的钢拱架、空气界面等目标体的探地雷达反射及干扰信号图像特征;在混凝土试件上开展实验研究,并运用克希霍夫积分偏移处理了数值模拟和实验数据,压制了钢筋的绕射波和多次波,提高了钢筋网下方弱反射信号的成像效果;通过对比分析数值模拟、实验测量和工程实测结果,为探地雷达在隧道衬砌检测中取得更好的探测效果提供了借鉴。     

同时实现地质雷达数据地形校正和偏移成像的方法

起伏地形使地质雷达图像变得复杂、地层界面的反射同相轴畸变、绕射同相轴严重偏离双曲线形状.提出了用麦克斯韦方程逆时偏移的方法同时实现地形校正和偏移成像以消除地形的影响.该方法将等偏移距逆时记录作为在接收点位置处的电流源,用时间域有限差分法求介质中的波场,输入波场退为零时刻时的空间电场分布即为地形校正和偏移成像结果.由于地形校正也是基于波动方程实现的,因此它比基于射线理论的常规静校正方法精确.通过比较该方法与常规静校正加逆时偏移之效果可知,该方法能更准确地对起伏地形下方的金属管线等绕射体成像.     

吸收边界条件在探地雷达偏移处理中的应用

在雷达波偏移处理中。通常将边界条件设为零，但是这会在边界处产生由非介质因素引起的反射现象，使得剖面的解释精度降低。因此，为了消除反射边界的影响，提出将吸收边界条件引入到逆时偏移中，并将其运用到实测雷达波剖面上。结果表明。该方法很好地消除了人为边界，精度也得到了明显提高。     

探地雷达时域有限差分法正演模拟

在以往雷达波的正演模拟中,借鉴地震波中成熟的正演模拟方法,均采用模拟声波方程的方法,精度不够高。因此从麦克思韦方程组出发,采用目前电磁场理论中最常用的时域有限差分法,对探地雷达进行了正演模拟。为了进一步说明其正确性,对正演模拟的结果又进行了偏移处理,从结果看出该方法的正确性及可行性。     

基于钻孔雷达的透明工作面构建方法

煤岩界面的高精度探测是构建智能开采三维地质模型的关键难点。提出利用煤矿井下顺层孔实施单孔反射雷达,联合多孔探测结果构建区域煤岩界面地质模型实现透明工作面的方法。对单孔雷达数据,利用巷道波同相轴斜率计算煤层雷达波速度,采用空间约束偏移成像实现煤层顶/底板反射界面精准归位。形成3种匹配实际开采的透明工作面构建模式:回采前长钻孔模式、回采中短钻孔模式和联合模式。在山西某矿31004工作面对回采中短钻孔模式进行试验性应用,基于钻孔雷达构建的工作面地质模型与原始地质模型相比,局部信息刻画更精细,顶、底界面及煤厚与实际数据误差分别小于0.57、0.54、0.30 m。结果表明:钻孔雷达能高精度探测煤厚与顶、底界面,可实现透明工作面的构建。      

基于FDTD数值技术分析反向障碍物对探地雷达采集数据的影响

为了分析与雷达探测方向相反方向的障碍物对雷达采集数据的影响,以探地雷达理论为基础,运用时域有限差分法（FDTD）,建立相应的地质模型,进行探地雷达二维正演模拟。结合工程实例,对福建某隧道的雷达探测数据进行分析研究。研究结果表明,在使用探地雷达进行目标体探测时电磁波并非仅向探测方向发射和传播,在天线的四周都会有电磁波发射出来,而非探测方向上的电磁波将会对雷达采集的数据产生一定的影响,干扰数据解释人员解译的准确性。因此在使用探地雷达和解译雷达数据时,要了解现场环境和剔除干扰波,做到对探测目标体的正确判断。      

探地雷达在隐伏岩溶区工程地质勘探中的应用

在简要介绍探地雷达工作原理、方法及雷达图象资料处理、解释等基础上,以广东增城高滩圆盘岭桥基选址探地雷达技术的应用为例,剖析了隐伏岩溶的雷达时间剖面中岩溶的反射波形组特征。在场地钻勘验证的基础上,为隐伏岩溶区地基的处理与施工提供了工程地质依     

金属矿钻孔雷达探测的数值模拟

为了研究钻孔雷达对金属矿的响应特征,利用时域有限差分法（FDTD）对钻孔雷达探测进行了数值模拟。通过对不同形态的金属矿体,包括等球状体、板状体和一个实际矿体的模拟,得到大量模拟结果。球状目标体在剖面上表现为双曲线形态,通过偏移处理可以精确确定目标体的位置。板状矿体被钻孔穿过时,直达波位置发生错动并变弱,反射同相轴向上下延伸;板状矿体未被钻孔穿过时,反射同相轴呈线状。对于实际矿体,不同的钻孔表现出不同的特征,结合左、中、右3个钻孔的探测结果可以判断出目标体的形态,并且可以判断出此目标矿体具有低阻、高介电常数的特性。     

随机介质中的探地雷达叠前逆时偏移成像

为了更好地分析探地雷达(GPR)叠前逆时偏移算法对实际地下随机分布介质的成像效果,采用随机过程的谱分解和混合型自相关函数理论构建了不同自相关长度的GPR随机介质模型。基于时域有限差分法(FDTD)构建了GPR叠前逆时偏移成像算法,其中FDTD用于计算正传和反传电磁波场,归一化互相关成像条件用于获取逆时偏移成像剖面。在此基础上,利用该算法对两个随机介质模型的多偏移距正演数据进行计算,并与相应背景介质为均匀介质的逆时偏移结果进行对比。结果表明:电磁波在随机介质中散射强烈,反射波扭曲变形、不连续,形成了明显的随机扰动,致使逆时偏移成像剖面的空间分辨率更低,低频噪声更强;自相关长度是影响随机介质中异常体成像效果的主要因素,自相关长度越小,异常体的成像越清晰,自相关长度越大,异常体的成像效果越差,且不易被识别。