基于GATE的正电子发射断层成像仿真研究

探讨利用GATE仿真软件,来模拟正电子发射断层成像的扫描过程,并进行图像重建研究。介绍了GATE仿真过程中,若干关键参数的设置及计算方法:包括PET探测器的结构设置,被扫描物体的空间结构与活度分布设置,γ光子检测过程中探测器性能参数设置。此外,还讨论了从光子计数数据生成正弦图,以及随后的图像重建过程。作为示例,对西门子公司的Inveon小动物PET扫描仪的进行了仿真成像,成功获得了图像。     

地震层析成象

地震层析成象(Seismic tomography)是用地震波描述地球内部复杂的、不均匀的速度和/或衰减结构之图象的技术,它可以使用天然震源(地震)和人工震源(爆破和振动)的地震波。“Tomography”一词为医学家所创,来源于“tomograph”(即“切片图”)——一种受检病人身体某部分的高分辨率二维X射线图象。若干相邻切片图叠加在一起即可得到病体的三维图象,以辨认肿瘤或其它病变。地震层析成象与医学的层析成象有很强的相似性,二者都有来自多源的大量交叉射线从不同方向穿透物体,并被一组接收器所接收。就目前的技术发展水平,地震层析成象是用波速的变化来产生物体的图象,而医学层析成象(或称之为计算机辅助层面成象,或CT扫描)则是由X射线衰减的变化得到的。     

井间地震层析成象

多数井间地震走时层析成象法是将震源到接收器间的射线路径近似为直线,但这只有当研究区域速度变化较小时才有效.实际上许多地区都可观测到速度变化达到10—20%以上,引起显著的射线弯曲.虽然在研究井间成象问题时有人已考虑到这一非线性效应.但多数结果并不令人满意.本文提出一种二维射线追踪的迭代反演方法并成功地应用于野外实测数据. 本方法是先进行迭代射线追踪然后来修改速度模型.每次迭代都把在当前模型中经射线追踪计算得到的理论走时与观测走时之差通过线性方程组与未知的速度扰动联系起来,并通过阻尼最小二乘法求出用来修改模型的速度扰动.迭代一直进行到理论走时与观测资料拟合到给定误差,或走时拟合无法再改进时为止.理论模拟表明本方法经几次迭代后就可收敛到正确解. 利用这一方法处理了结晶岩地区的实测井间地震实验数据.地震波的频率范围是1—6.6 kHz,允许的分辨率为几米.得到的速度图象与其它地质和地球物理资料十分吻合.根据求解的速度模型计算出的马斯洛夫(Maslov)理论地震图与实际波形图相当一致,这也有力地验证了本反演方法的有效性.     

初至波相位走时层析

近地表速度结构通常是利用射线走时层析或菲涅尔体走时层析等反演方法得到的,但它们的目标函数仍利用射线走时残差构建,导致反演精度不高.为此,本文提出了基于散射积分算法的初至波相位走时层析成像方法.该方法的核心是:(1)提出了依赖于频率的相位走时概念;(2)利用依赖于频率的相位走时信息,而非单一的无限频率射线走时;(3)发展了一种改进的相位展开方法,即通过监测相位不连续性和2π周期判定来消除相位折叠现象;(4)考虑了地震波传播的有限频特征,即基于波动理论而非传统的射线路径或有限空间的菲涅尔体构建核函数.通过利用Overthrust模型的数值实验及与传统射线走时层析和菲涅尔体走时层析的对比表明:本文提出的方法是一种有效的初至波走时反演方法.同时,基于Overthrust模型的数值试验还证明了下列结论,即通过挖掘更多的走时信息的确可以获得更高的反演精度和分辨率.     

地震层析成象技术

根据岩石圈板块构造的概念,有15块刚性板块沿着这些板块的下伏地幔移动。这便导致地壳不断改变面貌——大陆轮廓改变,形成山脉,扩大和“封闭”海洋。地幔物质对流是产生这种运动的原因。但是,为什么物质会由地球内部上升?相撞板块今后的命运如何?对这些问题,“经典”的地球物理学目前还不能作出回答。然而,在这方面,近年来已经取得进     

全球地震层析成象

第一份IRIS提议写于12年前,当时,在地球科学界,地震层析成象还是有争议的工具。只是最近几年才越来越清楚,早期的三维模型给出的地幔中地震速率长波长模式的影象是正确的。与诸如大地水准面、板块运动、岩石学、地球化学和地磁学方面的其他规模地球物理信息相关的关系表明波谱的这部分在解释行星尺度的运动过程时可能特别重要。这并非意味区域尺度的研究不同样重要。例如,对板块的沉降或落基山前缘的特征进行成象时,全球规模的分辨率绝不能利用临时密集布设流动地震仪所达到的分辨率同日而语。所要做的就是通过网点的局部加密,把这两种方法结合起来,努力做好这些,可能代表将来最有前途的发展。全球地震台网(GSN)和大陆岩石层地震台阵(PASSCAL)作为IRIS的两个组成部分都将在这方面作出贡献。下面我们将在4个方面对层析成象的成果对整个深部范围:从地壳到内核进行简要的综述,只有一个例外,其余结果不仅根据来自IRIS GSN台站记录的数据,而且根据其他数字地震台网联合会(FDSN)台网:GEOSCOPE,CDSN,MedNet记录的数据得到的。显然,这些台站的存在正改变着地震学研究方式。     

二维地震折射层析成象

本文提出了由地震折射波初至走时确定二维速度结构的一种迭代层析成象反演方法。该方法适宜源检距密于常规剖面的折射剖面,反演方法基于线性化问题的迭代解,可用来确定连续变化的速度和亚水平(Subhorizontal)介面的几何形状。每次迭代中,都用试射法,进行两点射线追踪以构成线性方程组。速度场用速度梯度为常数的三角单元的速度来确定,射线路径可解析计算。根据正问题的各别的线性化公式,考虑了两种不同的反演方法。用线性化走时-速度雅可比行列武反演比用类似于普通级数展开法的慢度公式得到的结果要好。有关分辨率的实例表明,由于射线几何特性、分辨率随深度而下降,引起了水平模糊以及源-     

天山地壳的层析模型

本文主要目的是对天山的吉尔吉斯境内部分及其毗邻地区作了地壳速度不均匀性的填图。该区观测到大量地震，并由此拥有一个发展完好的地震台网，这对研究该地区地壳深部构造具有重大意义，尽管对整个中亚及其各个地区的地壳和上地幔已有相当研究，但到目前为止我们仍然尚未完全弄清岩石层上层区域构造及此处所发生过程的概况。本文任务为试图在某种程度上弥补现有课题的不足。有关天山地壳的研究已发表了大量文献，这些文献一方面基于     

层析和Herglotz-Wiechert反演公式

本文将线性层析与Herglotz-Wiechert反演公式进行了比较.二维和三维速度结构的层析反演使用了沿射线的线积分,而且可以以Radon交换的形式写出.对球对称介质,Radon变换可简化为Abel交换.因而对于直的射线路径,走时的Abel交换正是一维球对称介质的层析算法.Herglotz-Wiechert,公式应用地震走时资料反演一维地球结构,且通过Abel交换用精确的射线轨进推导.这是有历史意义的,因为它意味若特定的类似于层析的一种方法从本世纪初就应用在地反学中了(Her目心,1907,,八“h口t,1910).用数值例子比较了He叼otz一Wiechert算法和沿宜射线的线性层析.由Her川侧tZ刃犷沮忱h.时算法于特定条件下(无低速层)可应用于非直射线路径,它与层析的联系在评价推广到布曲射线中的层析结果的非唯一性方面非常有用.     

非线性层析反演速度建模技术

深度速度模型的构建仍然是地震成像中的巨大挑战,获得一个精确的深度速度模型和减少深度成像项目周期都是至关重要的。常规层析反演速度建模每次迭代相当于一次线性反演,且需要重新的拾取工作,导致非常耗时,效率低下。本文提出非线性层析反演速度建模技术来建立速度模型。拾取共成像点道集的RMO量,转换到叠前域,作为运动学不变量,通过层析反演迭代进行模型更新。用一个多次的线性反演来逼近一个非线性的物理过程,避免重复的拾取工作,大大提高项目的运转效率。通过实例证明该方法的有效性。     

导线线圈的射线层析检测

本文选用不同的方法对两个导线线圈进行了射线检测,主要采用透射式工业CT检测和康普顿背散射成像检测两种射线层析检测方法,有效检测了导线线圈内部的缺陷情况,并指出射线层析检测作为一项新技术和新手段,可充分应用在航天产品的无损检测中。     

二维地震波折射层析成象

给出了一种用地震折射波初至走时确定二维速度的迭代层析成象反演法。该反演法适用于源－接收器间距比常规剖面法密的折射剖面，它是以线性化问题的迭代解为依据，不仅能用于近水平界面的几何形态，而且也能用于连续速度变化的情况。每次迭代中用射击法进行两点间的射线追踪，来建立线性系统。速度场用速度梯度为常数的三角形单元定义，这样射线路径可解析计算。根据正问题的不同线性化公式对两种不同的反演方法作了研究。用线性化走时－速度雅可比行列式反演得出的结果比用更近似于一般级数展开法的慢度公式的结果好。分辨率的例子不仅揭示了源－接收器组合方式及速度结构对分辨率的影响，而且也揭示了射线的几何形态造成的水平向模糊不清和分辨率随深度降低。反演例子表明，使用较好的初始模型时，整体范数产生的解比用最小扰动法计算的解更接近真实模型。对不均匀射线覆盖产生的条纹作用及其排除作了实例说明。     

反演=偏移+层析成象

广义的地震反演等于同时进行偏移和反射波层析成象。与医学成象法一样,当源与接收器位于研究区周围时衍射层析成象和反演效果最佳。理论研究已表明,用表面地震反射资料反演可求出速度挠动波数谱上的高垂直波数部分,但低垂直波数部分必须分步骤地得出(如速度分析或反射层析成象法)。作者提出了一种非线性迭代反演法。该法不断地修正非常数背景速度,得出了可分别用偏移和层析成象法分辨的全部波数谱。背景速度必须含有反射面以便能提供穿过大地的上行和下行射线路径,从而提供低波数信息。把地表源与隐伏镜像检波器之间看作为下行传播路径;地震检波器与镜像源之间看作上行传播路径。源和接收器的覆盖区效果上与医学成象一样,虽然虚源与虚检波器的深度必须在求反射面深度的反演过程中确定。理论例子证明理论预计是正确的,并且表明即使没有反射面的先验信息也可同时得出反射面位置和层速度。但是通常要求一个初始模型具有好的低波数谱,以保证反演解的整体收敛。     

地震层析成象的-变换

由Radon变换出发给出了地震走时问题的——变换.定义模型坐标(x,z)与震源位置()和射线斜率()间的线性关系为x=+z.文中给出了-正反变换的理论公式,并分析了-变换与富氏变换的关系。理论表明,连续函数的-变换可得到走时反演问题的唯一解。 在地震学非完全层析成象中,欲提高图象质量必须压制假频和提高分辨.作者对重建图象的分辨进行了详细讨论,最后通过数值模拟讨论了观测系统和滤波处理的影响。     

电阻率层析成象理论和方法

电阻率层析成象是８０年代末发展起来的一种新的地球物理探测方法，主要用于对地球浅层精细结构的研究以及工程探测和监测。本文比较系统地介绍了该方法的基础理论、操作原理和解释方法，综述了国外发展的现状。最后着重介绍了两种具有代表性的反演方法，并讨论了各自的优缺点和存在的问题。     

跨孔衍射层析成象技术

本文中,首先利用矩量法产生的非近似正演数据,比较研究了滤波反传播算法和频域插值法。模拟研究了油田薄互层结构的重建问题,讨论了2.5维的问题,用计算机模拟研究了2.5维情况下的点扩展函数随两井的位置、发射阵和接收阵的长度及探测器的移动间距的畸变程度,最后讨论研究了跨孔衍射层析成象的分辨率,对实际应用的指导意义。     

基于一步法层析速度建模方法建立

像域层析速度建模方法利用偏移道集剩余曲率构建目标函数并迭代更新速度场.迭代更新速度场需反复进行叠前深度偏移,对于三维地震数据,偏移成像计算时间长,迭代更新过程成倍增加层析成像计算时间.本文由剩余时差拾取机理出发,提出隐式剩余时差概念,并建立隐式剩余时差与剩余速度之间的函数关系,利用该关系通过一次计算就可以对剩余速度进行...     

初至波走时层析速度建模方法研究

层析反演的核心是敏感核函数的求取和旅行时反演方程的建立.在射线理论下,射线追踪技术是计算敏感核函数和旅行时的主要方法,因此初至层析的实现需要有一种可以准确追踪初至波路径的射线追踪方法.本文推导了抛物旅行时插值射线追踪公式,提出了基于抛物旅行时插值的最短路径射线追踪方法.理论模型和实际资料处理结果表明,利用该方法实现初至层析速度建模可行.     

井间电阻率层析成象的某些进展

用有限元法作电阻率层析成象的核心问题是Ｊａｃｏｂｉ矩阵的求取和反演成象算法的研究。本文主要论述了这两方面的最新进展，即求取Ｊａｃｏｂｉ矩阵的格林函数法，用于反演成象计算的平滑度约束反演。文中通过理论模型的成象计算，比较了两种反演算法的成象效果。