基于速度分析的探地雷达阻抗介电常数反演

阻抗反演是利用波阻抗与介电常数关系开展地下介质参数估计的重要技术,在探地雷达以及叠后地震资料解释中具有广泛的应用。常规阻抗反演需要钻孔或测井曲线作为约束项,约束项信息直接影响阻抗反演的估计精度。在缺少钻孔数据的实际应用中,如何开展探地雷达阻抗反演是该方法研究的重要内容之一。基于上述问题,本文提出了基于速度分析的探地雷达阻抗反演方法。其基本思想是基于多偏移距雷达数据开展速度谱分析和Dix反演,以获得不同深度的速度信息作为阻抗反演的约束项;同时,采用K-means方法自动拾取速度谱信息,大大降低了常规人工拾取误差,提高了计算效率。通过典型随机土壤介质模型,验证了本文方法在无钻孔条件下仍然可以获得较好的介电常数估计结果,并测试噪声适应能力强。最后通过美国密歇根州Wurtsmith AFB,in Oscoda区域的探地雷达数据测试了本文提出方法在探地雷达实测数据参数估计中具有较好的应用效果。     

反射定标板污染对典型月球矿物定量分析影响的研究

悬浮月尘存在污染月表就位光谱仪反射定标板的可能。文中工作模拟并分析了近红外光谱仪反射定标板在无污染、受轻度和重度污染情况下对模拟月壤矿物混合物光谱指纹特征及定量分析模型预测精确度的影响。结果表明：以受污定标板为参比的月壤矿物混合物反射光谱在反射率和指纹特征上均异于无污染样品,且污染越重差异越大;用无污染光谱数据建立的偏最小二乘(PLS)定量分析模型,预测受污样品时其预测精确度显著降低;采用受污后光谱数据重建PLS模型会在一定程度上能提高受污样品的预测准确度。该研究和获得的结论,在星表光学载荷的设计、数据校正以及定量分析模型预测能力评估等方面具有一定的指导意义。     

矿物的成分和结构对其介电常数的影响

一百多种矿物的微波复介电常数的测量结果表明:各类矿物之间的介电特性差异很大,在微波段,ε′和ε″的变化范围为2到4个数量级,在低频段这种差异更大。硫化物类矿物的介电特性变化最大,其次为氧化物类矿物。实验还表明,矿物中的结构水对其介电特性影响不大,而吸附水与ε′之间有如下相关关系:ε′=ε_0~(1p)εw~(15w)。矿物的成分不同,其离子类型、离子半径、离子极化率也不同,使其介电常数发生有规律变化;矿物晶体结构中的不同的结晶方向、结构模式、原子配位数、键型以及矿物的地质产状、变质程度的高低等都能导致介电常数发生很大变化。     

地质雷达的应用条件探讨

地质雷达是浅部勘探的一种有效的勘探方法。本文对其应用条件进行了探讨,特别研究了导电率、介电常数、探测频率3个主要因素对地质雷达探测的影响。研究结果对地质雷达的应用具参考指导作用。     

二维直流电阻率与射频大地电磁双参数聚类联合反演

考虑到射频大地电磁（RMT）法反演介电常数具有可行性,但目前RMT与直流电阻率（DC）联合反演研究中均只进行了电阻率参数的反演,本文基于模糊C均值（FCM）聚类算法,开展了RMT与DC的电阻率与介电常数联合反演.首先,检验了介电常数对RMT观测的影响,并通过DC与RMT法的电阻率参数反演,分析了联合反演相较于单一方法反演的优势;基于双数据集反演电阻率的优势,辅以FCM聚类的双参数联合约束,进一步实现最佳介电常数模型反演.理论试算表明,DC与RMT法的电阻率联合反演,可补足RMT浅部高阻分辨率不理想的缺点,同时改善DC法深部反演能力的不足;此外,通过FCM聚类的联合约束以及真实物性的引导,相较于单一RMT方法,DC与RMT的联合反演可恢复更准确的地下介电常数分布.

     

岩矿石介电常数的测量方法与技术

针对岩矿石电磁参数的实验室测试工作，对所使用的仪器，测量方法及技术加以说明，并就测量误差，样品的机械加工要求，各种测试方法的对比及工作频率等问题进行了讨论。     

基于非结构双网格的2D RMT双参数同步反演研究

Radio-magnetotelluric（RMT）是以无线电发射机为信号源的一种地球物理勘探方法,近年来被广泛应用于数米至数十米内的近地表工程和环境地球物理勘探.目前,各类电磁资料的反演均是以寻求满足目标拟合差的地下介质电阻率分布为目的.然而,对于勘探频率为10~300 kHz的RMT数据,由介电常数所引起的波动场在总场中的比例可达20%以上,在这种情况下,忽略介电常数,仅通过电阻率参数的反演来进行数据拟合势必降低反演资料解释的准确性.为解决这一问题,本文研究了基于电阻率-介电常数的双参数同步反演算法.构建了一个全新的双参数目标函数,并推导了双参数反演迭代方程组;通过灵敏度分析,研究了电阻率和介电常数对正演响应的影响,并据此提出相对电导率的概念,统一了反演参数的灵敏度;通过理论模型分析了参考频率、双参数正则化因子对反演结果的影响,并给出了一般性的参数优选方案.此外,为了能够灵活处理复杂地形,本文采用非结构的正反演双网格进行模型离散,并通过局部加密技术保证反演的速度和精度.最后,对一带地形的理论模型分别进行了单参数和双参数反演,结果表明单参数反演无法正确反映出地电信息,而双参数反演能够准确得到异常的分布,验证了本文所开发的双参数反演程序的有效性.

     

基于探地雷达的实验室水合物物理模型制备与电磁特性研究

探地雷达是探测水合物的一项有效技术手段.通过模拟试验研究实验室水合物电磁特性与水合物饱和度等因素的关系,对陆域冻土区水合物勘探及储量估算具有重要的意义.通过实验室制样获得以均匀天然石英砂颗粒为骨架的含四氢呋喃水合物土样并对其介电常数进行研究,发现在1.5G高频雷达测试下,纯冰模型与四氢呋喃水合物具有明显的电磁特性差异;当四氢呋喃水合物模型饱和度大于35%时,水合物模型介电常数随水合物体积增大而增大,雷达波在模型中传播速度逐渐减小;四氢呋喃水合物在10℃室温及常压下可以保持近1h的模型稳定性,当模型孔隙中水合物和液态四氢呋喃共存时,合成试样的四氢呋喃体积分数越大,孔隙中液态四氢呋喃越多,水合物模型的介电常数也随之增大.     

基于FCM聚类算法的二维RMT电阻率与介电常数联合反演

射频大地电磁(RMT)是新兴的浅地表勘探法, 其工作频段(10 kHz~1 MHz)处于音频大地电磁(AMT)与探地雷达(GPR)之间, 随频率的增加, 位移电流对RMT观测的影响逐渐增大, 单一电阻率参数反演会影响数据解释的准确性.本文在同时考虑传导电流与位移电流影响的条件下, 开展二维RMT数据电阻率和介电常数联合反演研究.为提高电阻率与介电常数之间的联合约束效果, 在经典最小结构模型正则化约束的基础上, 引入模糊C均值(FCM)聚类算法进行联合约束.模型试算表明, 基于FCM聚类的二维RMT电阻率与介电常数联合反演可以在丰富解释参数的同时提高反演效果.

     

基于辐射传输方程的低损耗介质微波介电常数反演

微波介电常数是分析和研究微波与介质之间相互作用的重要基础参数之一。笔者设计了一种针对低损耗介质微波介电常数的反演方法。引入并改进了辐射传输方程,将介质介电常数的实部和虚部与其微波亮温相关联。在温度均匀分布且表面光滑的条件下,利用改进的辐射传输方程,构造了低损耗介质微波介电常数的反演模型。基于模拟月壤物质,进行了反演模型的验证。结果表明,反演的介电常数的实部与北京师范大学提供的检测结果吻合良好,虚部与阿波罗14号月壤样品的平均测量值吻合良好。