[發明專利]基于起伏劇烈地表探地雷達數據高精度逆時偏移成像方法

有效

• 申請號: 201710028953.2
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106707277B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 魯興林;錢榮毅;劉雅瓊;宋翱
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 北京文苑專利代理有限公司 11516
• 代理人: 王婧

本發明涉及一種基于起伏劇烈地表探地雷達數據高精度逆時偏移成像方法，包括：步驟1)：生成貼體網格離散起伏地表模型；步驟2)：從Maxwell方程中解耦得到笛卡爾坐標系TM波方程；步驟3)：在曲線坐標系中將接收波場由最大時刻做逆時外推至零時刻；步驟4)：曲線坐標系中給定某一頻率的子波為正演子波，正演計算出每一時刻的正向延拓波場值；步驟5)：對整個剖面重復步驟3)和步驟4)，再去除低頻干擾，最后疊加成完整的偏移剖面。本發明降低了笛卡爾坐標系起伏地表處階梯網格引起的頻散效應，有助于消減逆時偏移成像過程中低頻噪音的干擾，能準確地將起伏地表處探地雷達數據中的反射波、繞射波偏移歸位，真實地反映地下構造信息。

技術領域

本發明屬于淺地表地質結構探測和工程勘察技術領域，具體涉及一種基于起伏劇烈地表探地雷達數據高精度逆時偏移成像方法。

背景技術

針對起伏地表區域的探地雷達數據中存在的傾斜反射、繞射等問題，通常采用起伏地形偏移方法改善探地雷達剖面，提高偏移成像分辨率，用于真實可靠地識別淺地表地下構造(結構)特征。前人提出的笛卡爾坐標系起伏地表逆時偏移方法未能完全解決劇烈起伏地表探地雷達數據的逆時偏移成像問題，嚴重影響對淺地表地下構造(結構)的識別。

很多學者都曾研究過起伏地表探地雷達偏移方法。Lehmann和Green(2000)實現起伏地形Kirchhoff偏移(Wiggins et al.,1984)，并將其應用于探地雷達數據處理。McClymont(2008)用Kirchhoff偏移方法處理三維探地雷達數據，獲得起伏地形下的活動斷層面特征。Dujardin(2013)用單點的繞射波場證明帶地形Kirchhoff偏移算法的合理性。Bradford(2015)利用從麥克斯韋方程中解耦出的標量波動方程實現笛卡爾坐標系帶地形逆時偏移。

雖然前人提出的探地雷達偏移成像算法都能應用于起伏地表區域的探地雷達數據偏移成像，但都未能較好地處理起伏地表問題，其偏移成像算法都不能準確地將反射波，繞射波準確歸位。相比于其它偏移方法，基于Maxwell方程的探地雷達逆時偏移方法能較好地利用回轉波、多次波成像，能更好地適應劇烈地形起伏，橫向速度變化的區域。但前人提出的笛卡爾坐標系逆時偏移方法在處理起伏劇烈地表探地雷達數據時，未能消除笛卡爾坐標系對起伏地表模型作網格剖分時引起的階梯網格對偏移成像的影響，其偏移成像過程，未能校正起伏地表處探地雷達天線的輻射方向。笛卡爾坐標系起伏地表逆時偏移方法中的階梯網格和天線輻射方向問題將嚴重影響起伏地表區域逆時偏移成像效果。

現有的基于笛卡爾坐標起伏地表逆時偏移方法存在兩個突出問題：

(1)起伏地表模型網格剖分時會在起伏地表邊界處引入階梯網格，有限差分計算過程中階梯網格會引起虛假頻散，這直接影響后期的逆時偏移成像；

(2)笛卡爾坐標系起伏地表逆時偏移方法未考慮探地雷達天線的輻射方向的變化，間接地認為起伏地表處接收天線接收到的電磁波信號來自天線的正下方；事實上，探地雷達天線的輻射方向會隨著地形起伏而變化，起伏地表處接收天線接收到的電磁波信號并不直接來自于天線的正下方；偏移處理時，需要用特殊的方法將天線輻射方向校正實際電磁波的傳播方向。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種可避免出現上述技術缺陷的基于起伏劇烈地表探地雷達數據高精度逆時偏移成像方法，以解決劇烈起伏地表探地雷達數據高精度逆時偏移成像問題，提高探測的分辨率與可靠性。

為了實現上述發明目的，本發明提供的技術方案如下：

一種基于起伏劇烈地表探地雷達數據高精度逆時偏移成像方法，包括以下步驟：

步驟1)：應用Poisson方程生成貼體網格離散起伏地表模型，實現起伏地表不規則網格剖分；