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跨孔雷达全波形反演成像方法的研究
Study of cross-hole radar tomography using full-waveform inversion

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吴俊军 1   刘四新 2 *   李彦鹏 1   张宇生 1   张丽丽 3   傅磊 2   王飞 2   孟旭 2   雷林林 2  
文摘 跨孔雷达全波形反演是一种使用全波形信息反演两钻孔之间地下信息的层析成像技术.常规的层析成像反演大部分采用射线追踪方法,其中基于初至时的射线追踪方法可以反演出速度剖面(介电常数剖面),基于最大振幅的层析成像可以反演出衰减剖面(电导率剖面).常规射线追踪方法有许多不足,究其原因是该方法仅使用了小部分的信号信息.为了进一步提高成像分辨率,本文全面推导了全波形跨孔雷达层析成像反演方法,该方法利用雷达波全幅度相位信息能够反演出地下高分辨率的介电常数和电导率图像.本文通过基于局域网的分布式并行算法,有效地解决了巨量数据正演计算问题.文中首先建立了基于单轴各向异性介质完全匹配层的时间域有限差分二维正演算法,进而通过应用包括时间维度在内的全波场信息与残场逆向传播的全波场信息乘积来计算梯度方向,通过求取以步长为自变量的目标函数的极值确定步长公式,并提出以第一次介电常数反演作为同步反演的初始模型,能够有效提高收敛速度.本文对多组模型进行成像实验,取得了较好的反演效果.
其他语种文摘 Full waveform inversion of cross-hole radar is a kind of tomographic imaging technique.It uses full-waveform information to obtain the electric parameters of the underground media between the boreholes.Most conventional tomographic inversions use ray tracing method, the velocity profile(permittivity image)can be obtained by first-arrival wave,and attenuation profile (conductivity image)can be obtained from maximum amplitude.There are many shortcomings of conventional method.The main reason is that it just uses a small portion of the signal information.In this paper,we derive the algorithm of cross-hole radar full-wave inversion. The parallel algorithm based on distributed computers effectively solves the problem of massive data computation.First of all,we establish a 2D-TE mode finite-difference time-domain method (FDTD)with uniaxial perfectly matched layers(UPML)as forward modeling algorithm.What's more,we derive the gradient and step formulas.And we propose the first permittivity inversion image as the initial model of simultaneous inversion.Finally we test several models and achieve good inversion results.
来源 地球物理学报 ,2014,57(5):1623-1635 【核心库】
DOI 10.6038/cjg20140525
关键词 全波反演 ; 跨孔雷达 ; 梯度 ; 介电常数 ; 电导率
地址

1. 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司新兴物探开发处, 涿州, 072751  

2. 吉林大学地球探测科学与技术学院, 长春, 130026  

3. 沈阳航空航天大学电子信息工程学院, 沈阳, 110034

语种 中文
文献类型 研究性论文
ISSN 0001-5733
学科 地质学
基金 国家863计划 ;  国家自然科学基金 ;  中国石油集团东方地球物理公司中青年科技创新基金项目 ;  辽宁省博士启动基金计划项目 ;  辽宁省教育厅科学研究一般项目
文献收藏号 CSCD:5154106

参考文献 共 22 共2页

1.  Belina F A. Evaluation of the reconstruction limits of a frequency-independent crosshole georadar waveform inversion scheme in the presence of dispersion. Journal of Applied Geophysics,2012,78:9-19 CSCD被引 2    
2.  Belina F A. Analysis of an iterative deconvolution approach for estimating the source wavelet during waveform inversion of crosshole georadar data. Journal of Applied Geophysics,2012,78:20-30 CSCD被引 5    
3.  Belina F A. Waveform inversion of crosshole georadar data:influence of source wavelet variability and the suitability of a single wavelet assumption. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2012,50(11):4610-4625 CSCD被引 5    
4.  Cai W Y. Electromagnetic velocity inversion using 2-D Maxwell's equations. Geophysics,1996,61(4):1007-1021 CSCD被引 5    
5.  Cui T J. Low-frequency detection of two-dimensional buried objects using high-order extended born approximations. Inverse Problem,2004,20(6):S41-S62 CSCD被引 4    
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12.  MathWorks-Product Documentation. Accelerating the pace of engineering and science,2011 CSCD被引 1    
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14.  Meles G A. Taming the non-linearity problem in GPR full-waveform inversion for high contrast media. Journal of Applied Geophysics,2011,73(2):174-186 CSCD被引 5    
15.  Meles G A. A new vector waveform inversion algorithm for simultaneous updating of conductivity and permittivity parameters from combination crosshole/borehole-to-surface GPR data. IEEE Transactionson Geoscience and Remote Sensing,2010,48(9):3391-3407 CSCD被引 15    
16.  Pica A. Nonlinear inversion of seismic reflection data in a laterally invariant medium. Geophysics,1990,55(3):284-292 CSCD被引 23    
17.  Reiter D T. Nonlinear waveform tomography applied to Crosshole seismic data. Geophysics,1996,61(3):902-913 CSCD被引 3    
18.  Tarantola A. Inverse Problem Theory and Methods for Model Parameter Estimation,2005 CSCD被引 74    
19.  Taflove A. Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method.3rd ed,2005 CSCD被引 2    
20.  吴俊军. 跨孔雷达全波形层析成像反演方法的研究[博士论文],2012 CSCD被引 3    
引证文献 13

1 刘澜波 探地雷达:浅表地球物理科学技术中的重要工具 地球物理学报,2015,58(8):2606-2617
CSCD被引 55

2 王庆 时间域地震全波形反演方法进展 地球物理学进展,2015,30(6):2797-2806
CSCD被引 13

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