多偏移距探地雷达数据的全波形反演方法研究与应用
发布时间：2022-04-27 23:28
探地雷达（Ground Penetrating Radar,GPR）作为一种重要的浅地表地球物理探测方法,目前被广泛应用于岩土工程勘察、地质工程质量检测、地下水污染监测、极地冰川考察、月球探测等众多领域。随着探地雷达方法研究的深入开展,探测任务已经从单纯获取目标体位置、形态、界面等信息,上升到对地下电性结构特征的精确反演。利用探地雷达记录实现建模的方法主要包括速度分析、层析成像和全波形反演。其中,速度分析和基于射线理论的层析成像方法仅利用了波场的走时信息,因此反演结果的精度和分辨率均受限。在最小二乘理论框架下,全波形反演充分利用了波场的走时、振幅、相位等全波信息,通过匹配观测数据和模拟数据,使二者之间的残差达到最小,从而提供地下精细的地质结构和高保真的岩石物性参数信息。基于探地雷达数据的全波形反演方法可以综合利用电磁波场的运动学和动力学特征,挖掘其在确定近地表目标体的赋存状态以及定量化、精细化描述地下介质的电性差异（主要是介电常数和电导率）等方面的潜力。然而,基于地表发射、接收的常规数据采集方式极易受到近地表层的影响,并且高频电磁波在地下传播时能量衰减迅速,导致采集的探地雷达数据信噪比...
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状和进展
1.2.1 全波形反演概述
1.2.2 多参数全波形反演
1.2.3 最优化算法
1.2.4 全波形反演的改进策略
1.3 论文研究内容和创新点
1.3.1 论文结构和研究内容
1.3.2 主要创新点
第2章 基本理论
2.1 时间域全波形反演基本原理
2.1.1 时间域电磁波正演基本理论
2.1.2 有限差分正演模拟
2.1.3 子波和吸收边界
2.1.4 目标函数的梯度求取
2.1.5 电磁参数模型优化更新
2.2 频率域全波形反演基本原理
2.2.1 频率域电磁波正演基本原理
2.2.2 有限差分正演模拟
2.2.3 吸收边界
2.2.4 目标函数的梯度求取
2.2.5 电磁参数模型优化更新
2.3 本章小结
第3章 基于模型的阶梯式层剥离全波形反演
3.1 频率多尺度全波形反演
3.2 基于数据的层剥离全波形反演
3.2.1 方法原理
3.2.2 数值测试
3.3 基于模型的层剥离全波形反演
3.3.1 源编码技术
3.3.2 基于模型的层剥离
3.3.3 阶梯式反演策略
3.4 数值算例
3.5 本章小结
第4章 基于相位校正的多参数全波形反演
4.1 最速下降法在多参数全波形反演中存在的问题
4.2 相位校正方法
4.2.1 多参数扰动和单参数扰动之间的相位差
4.2.2 相位校正方法基本原理
4.3 数值测试
4.3.1 算例1
4.3.2 算例2
4.4 讨论
4.4.1 其他反演策略测试
4.4.2 不同结构参数模型测试
4.5 本章小结
第5章 多偏移距实测数据全波形反演
5.1 研究区域概况
5.2 原始数据分析
5.2.1 共偏移距剖面计算
5.2.2 频谱分析
5.2.3 仪器响应上限分析
5.3 数据预处理
5.3.1 插值处理
5.3.2 带通滤波
5.3.3 子波反演
5.4 初始模型的构建
5.5 实测数据的多参数全波形反演
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MCPML边界条件的频率域声波方程高精度模拟[J]. 董士琦,韩立国,胡勇,罗玉钦. 石油地球物理勘探. 2018(01)
[2]不依赖源子波的跨孔雷达时间域波形反演[J]. 刘四新,孟旭,傅磊. 地球物理学报. 2016(12)
[3]基于频域衰减的时域全波形反演[J]. 郭雪豹,刘洪,石颖. 地球物理学报. 2016(10)
[4]基于Born敏感核函数的速度、密度双参数全波形反演[J]. 杨积忠,刘玉柱,董良国. 地球物理学报. 2016(03)
[5]基于优化步长的混叠数据编码全波形反演方法[J]. 韩雨桐,黄建平,曲英铭,李振春,王延光,国运东. 地球物理学进展. 2016(01)
[6]随机等效介质探地雷达参数递推阻抗反演研究（英文）[J]. 曾昭发,陈雄,李静,陈玲娜,鹿琪,刘凤山. Applied Geophysics. 2015(04)
[7]时间域平面波全波形反演[J]. 孙思宇,李振春,张凯,杨国权. 地球物理学进展. 2015(05)
[8]基于L-BFGS算法的时间域全波形反演[J]. 苗永康. 石油地球物理勘探. 2015(03)
[9]L-BFGS法时间域全波形反演中初始矩阵的选择方法[J]. 王义,董良国. 石油物探. 2014(05)
[10]变密度声波方程多参数全波形反演策略[J]. 杨积忠,刘玉柱,董良国. 地球物理学报. 2014(02)
博士论文
[1]探地雷达多尺度波形反演方法研究[D]. 刘新彤.吉林大学 2019
[2]频率域中电磁波与声波多参数反演[D]. 恩和得力海.吉林大学 2018
[3]时间域和频率域跨孔雷达波形反演及比较研究[D]. 孟旭.吉林大学 2016
[4]频率域波动方程多参数全波形反演方法研究[D]. 高凤霞.吉林大学 2014
本文编号：3649349
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状和进展
1.2.1 全波形反演概述
1.2.2 多参数全波形反演
1.2.3 最优化算法
1.2.4 全波形反演的改进策略
1.3 论文研究内容和创新点
1.3.1 论文结构和研究内容
1.3.2 主要创新点
第2章 基本理论
2.1 时间域全波形反演基本原理
2.1.1 时间域电磁波正演基本理论
2.1.2 有限差分正演模拟
2.1.3 子波和吸收边界
2.1.4 目标函数的梯度求取
2.1.5 电磁参数模型优化更新
2.2 频率域全波形反演基本原理
2.2.1 频率域电磁波正演基本原理
2.2.2 有限差分正演模拟
2.2.3 吸收边界
2.2.4 目标函数的梯度求取
2.2.5 电磁参数模型优化更新
2.3 本章小结
第3章 基于模型的阶梯式层剥离全波形反演
3.1 频率多尺度全波形反演
3.2 基于数据的层剥离全波形反演
3.2.1 方法原理
3.2.2 数值测试
3.3 基于模型的层剥离全波形反演
3.3.1 源编码技术
3.3.2 基于模型的层剥离
3.3.3 阶梯式反演策略
3.4 数值算例
3.5 本章小结
第4章 基于相位校正的多参数全波形反演
4.1 最速下降法在多参数全波形反演中存在的问题
4.2 相位校正方法
4.2.1 多参数扰动和单参数扰动之间的相位差
4.2.2 相位校正方法基本原理
4.3 数值测试
4.3.1 算例1
4.3.2 算例2
4.4 讨论
4.4.1 其他反演策略测试
4.4.2 不同结构参数模型测试
4.5 本章小结
第5章 多偏移距实测数据全波形反演
5.1 研究区域概况
5.2 原始数据分析
5.2.1 共偏移距剖面计算
5.2.2 频谱分析
5.2.3 仪器响应上限分析
5.3 数据预处理
5.3.1 插值处理
5.3.2 带通滤波
5.3.3 子波反演
5.4 初始模型的构建
5.5 实测数据的多参数全波形反演
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MCPML边界条件的频率域声波方程高精度模拟[J]. 董士琦,韩立国,胡勇,罗玉钦. 石油地球物理勘探. 2018(01)
[2]不依赖源子波的跨孔雷达时间域波形反演[J]. 刘四新,孟旭,傅磊. 地球物理学报. 2016(12)
[3]基于频域衰减的时域全波形反演[J]. 郭雪豹,刘洪,石颖. 地球物理学报. 2016(10)
[4]基于Born敏感核函数的速度、密度双参数全波形反演[J]. 杨积忠,刘玉柱,董良国. 地球物理学报. 2016(03)
[5]基于优化步长的混叠数据编码全波形反演方法[J]. 韩雨桐,黄建平,曲英铭,李振春,王延光,国运东. 地球物理学进展. 2016(01)
[6]随机等效介质探地雷达参数递推阻抗反演研究（英文）[J]. 曾昭发,陈雄,李静,陈玲娜,鹿琪,刘凤山. Applied Geophysics. 2015(04)
[7]时间域平面波全波形反演[J]. 孙思宇,李振春,张凯,杨国权. 地球物理学进展. 2015(05)
[8]基于L-BFGS算法的时间域全波形反演[J]. 苗永康. 石油地球物理勘探. 2015(03)
[9]L-BFGS法时间域全波形反演中初始矩阵的选择方法[J]. 王义,董良国. 石油物探. 2014(05)
[10]变密度声波方程多参数全波形反演策略[J]. 杨积忠,刘玉柱,董良国. 地球物理学报. 2014(02)
博士论文
[1]探地雷达多尺度波形反演方法研究[D]. 刘新彤.吉林大学 2019
[2]频率域中电磁波与声波多参数反演[D]. 恩和得力海.吉林大学 2018
[3]时间域和频率域跨孔雷达波形反演及比较研究[D]. 孟旭.吉林大学 2016
[4]频率域波动方程多参数全波形反演方法研究[D]. 高凤霞.吉林大学 2014
本文编号：3649349
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