探地雷達(dá)數(shù)據(jù)波阻抗反演方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、探地雷達(dá)通過發(fā)射和接收高頻電磁波達(dá)到探測(cè)和了解地下介質(zhì)的目的。隨著儀器系統(tǒng)變得愈發(fā)穩(wěn)定和可靠，以及探地雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，對(duì)數(shù)據(jù)的絕對(duì)振幅做定量分析從而獲取地下物理參數(shù)分布成為新的研究趨勢(shì)，因?yàn)樗軌蛱峁┍葌鹘y(tǒng)振幅剖面更多有價(jià)值的信息。針對(duì)最為常用的地面探地雷達(dá)，目前的研究思路主要有速度分析和迭代反演介電常數(shù)兩種。速度分析結(jié)果的分辨率通常有限，并且存在不確定性。傳統(tǒng)迭代反演方法近年來的研究熱點(diǎn)是全波形反演，但是它具有很強(qiáng)的非線性，結(jié)

2、果不夠穩(wěn)定，距離實(shí)用化還比較遠(yuǎn)。另外，它們大部分采用多偏移距模式的數(shù)據(jù)。相比之下，共偏移距模式的探地雷達(dá)用途更為廣泛，其數(shù)據(jù)反演具有更大的應(yīng)用前景。共偏移距探地雷達(dá)數(shù)據(jù)適用于褶積模型，基于此的電磁波阻抗反演是廣義線性的，計(jì)算成本較低，而且理論上以反射振幅為基礎(chǔ)，其結(jié)果具有較高的分辨率。此外，電磁波阻抗還能夠轉(zhuǎn)化為其它重要參數(shù)從而提供更多的地質(zhì)信息。因此，針對(duì)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)波阻抗反演方法及其應(yīng)用展開研究具有很大的意義。
　　本文首先闡

3、述了這項(xiàng)研究中最重要的物理參數(shù)即波阻抗的概念，分別對(duì)地震學(xué)以及電磁學(xué)中的波阻抗推導(dǎo)過程進(jìn)行了詳細(xì)的梳理和總結(jié)，并且對(duì)二者之間的聯(lián)系做了討論。接著概述了探地雷達(dá)探測(cè)的基本原理，闡明了探地雷達(dá)所涉及的物理參數(shù)，并圍繞波阻抗反演的目的，對(duì)測(cè)量方式、噪聲起源以及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理步驟進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。對(duì)于探地雷達(dá)數(shù)據(jù)波阻抗反演所涉及不同方法的技術(shù)原理，集中進(jìn)行了闡述和歸納。
　　在此基礎(chǔ)上，對(duì)波阻抗反演涵蓋的三種重要方法，即基于反射系數(shù)模型的

4、稀疏脈沖反褶積、以反褶積為基礎(chǔ)的有限帶寬阻抗反演、基于波阻抗模型的寬帶約束反演，分別展開了相應(yīng)的研究。針對(duì)稀疏脈沖反褶積技術(shù)，闡述了幾種處理探地雷達(dá)數(shù)據(jù)子波的方案，并且基于確定性子波開展了詳細(xì)的研究，利用兩個(gè)理論模型驗(yàn)證了子波確定性稀疏脈沖反褶積的薄層分辨能力和抗噪能力，并將其應(yīng)用于吳越國(guó)捍海塘勘探的實(shí)際數(shù)據(jù)中，取得了較好的效果;針對(duì)有限帶寬阻抗反演技術(shù)，以蘇州木瀆古城的古城墻和護(hù)城河考古探測(cè)為例，基于該方法提出一種新的工作流程并對(duì)各步

5、驟進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，反演結(jié)果證明了該方法的有效性和可行性;針對(duì)寬帶約束反演技術(shù)，以隨機(jī)介質(zhì)模型為例，論證了該方法相對(duì)于有限帶寬阻抗反演的優(yōu)勢(shì)，即利用先驗(yàn)信息建立的初始模型具有一定的可靠性、反演過程中沒有誤差積累，提高了波阻抗反演對(duì)于界面起伏、介質(zhì)內(nèi)部物理參數(shù)分布變化較大模型的探測(cè)能力。
　　研究結(jié)果表明，波阻抗反演的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算成本都比較低廉，其結(jié)果具有較高的分辨率，能夠提升探地雷達(dá)的應(yīng)用水平。其中，有限帶寬阻抗反演快速簡(jiǎn)單，可