地球物理层析成像资料处理
地球物理CT的发展主要受医学CT的影响。80年代CT技术已在地球物理学研究中得到了实际的应用。我国的地学CT起步稍晚一些，但目前已接近先进国家的水平。在地学CT中，一般通过在钻孔-钻孔、地面-钻孔和井下坑道间发射和接收地震波、声波或电磁波，并将在相应位置上接收到的有关地球物理场的信号经CT处理后得到最终勘测区的图像。与医学CT比较，地球物理CT的目标和参数比较复杂，是一项计算高度密集性的技术。层析成像处理中必须考虑到射线的弯曲，并且还须考虑到发射器和接收器位置难于随意设置的限制。在地学应用的初期，主要用ART（代数重建技术）和SIRT（同步迭代重建技术）的计算方法。近年来，由于专门用于地球物理CT的资料采集仪器和计算技术的发展，CT技术在水、工、环地质方面的应用范围已得到了扩展，在矿区采矿工作面超前探测、岩溶、断裂带等的调查中发挥了有益的作用。以下简单介绍几种目前应用的CT方法。
一、井间地震走时层析成像
根据惠更斯原理和网络理论的最小走时射线追踪为基础的走时层析成像的正演理论及算法，能模拟任意复杂介质射线，保证阴影区也有射线通过。该方法计算速度快，收敛稳定，分辨率高，是目前用于射线追踪的最先进算法。可以利用两种方法来实现惠更斯原理的射线追踪，一是基于网络理论的最短途径算法，另一种是基于动力学的波阵面算法。这两种算法都能模拟直达波、折射波、反射波、散射波和绕射波，而且一次计算即可得到一个共激发点记录的全部走时，计算效果很好。其中以网络理论为基础的寻求最短路径的方法是目前追踪不均匀介质中真实射线的较好方法，适用于层析成像问题中的大量高精度射线的追踪计算。朱介寿等提供的广东某地高层建筑场地的地震走时层析成像资料中，查明了场地的基岩起伏及埋深、10m内溶洞的分布及埋深。
二、利用折射和绕射波作浅层地质层析成像
CT处理专家一致强调精确估计初始模型的重要性。为此，Belfer等将相关反演（初步估算）和层析重建（最后估算）结合起来，试图用于提高初始模型的精度。但后来发现这些计算过于依赖覆盖模型，并且对延伸问题不利。为此他们利用了以相关反演层析成像和异质同形成像的综合方法。该方法可同时利用折射波和绕射波反演。反演中利用折射波走时可以建立低频速度-深度模型。通过对共炮点记录进行线性时间校正，可以得出折射迭加剖面，从该剖面中可取得视截距时间作为初始数据。根据相关反演所得的模型，利用SIRT进行折射层析；利用绕射时距曲线，用异质同形成像以获得关于浅层的连续信息。该新曲线的参数是入射角以及与绕射波有关的波前曲率半径。利用该综合方法，可以提高识别浅层局部目标的可靠性。为验证该方法的实用性，在赫鲁莎伦附近选择一个巷道作为实验探测目标。利用记录资料绘制了初步的速度-深度模型，并将该模型的数据资料用于相关反演。经层析重建处理，得到了包括巷道位置在内的低速异常的影像。在取得的异质同形影像中，可以看到与绕射波有关的尖峰，探测到的分布在巷道边缘的波至也和隧道位置相一致。
三、矿山工作面电磁波高精度CT及其应用
CT技术中，图像重建十分重要，它的数学计算主要包括变换法和代数迭代法。目前地学界以代数迭代法为主作图像重建。代数重建法是依据射线原理，首先对成像条件提出一个初始模型，然后把模型网格化，计算出投影函数的观测值与理论值的残差量。然后将每条射线的残差量以它穿过每一网格的路径长度为权分摊到网格中去。经反复修改模型和反复迭代，直到满足方程收敛条件为止。工作面电磁波透视法采用偶极子天线发射，若在多个发射点上对场强分别作多重观测，便可形成相应的矩阵方程。然后利用SIRT算法计算该矩阵方程，就可以反演各像元的吸收系数值，从而实现工作面成像区内吸收系数反演成像。利用反演计算的成果，可以绘制成像区的吸收系数等直线图和色谱图。该成像技术在国内某矿一条长650m工作面上，作了CT探测，发现异常14个，解译断层12条。工作面电磁波衰减系数CT色谱图上显示中间区段内断层的切割关系以及最大落差位置，修正了原来的推断。该探测的主要成果已被回采工作证实。
地球物理层析成像的前提是被探测的不良地质体（裂缝、滑坡、岩溶等地质灾害）与围岩体的波速、电磁吸收及电阻率存在明显物性差异。探测区域位于钻孔与钻孔或钻孔与平硐间。
层析成像的目的是确定一个图像函数f(x,y），观测数据可以表示为沿路径 L的积分
地质灾害勘查地球物理技术手册
其中d（ζ，θ）称为投影函数，变量θ与波的入射角有关，ζ与射线的路径有关。当 L为直线时，θ即入射角，ζ为射线相对于坐标原点的法向距离，上式称为二维经典Radon变换；当L为曲线时，称其为沿曲线积分的广义Radon变换。把图像划分为J个互不重叠的象元，用象元内f(x,y）的平均值 ｛fj｝代替f(x,y），即可将图像数字化。
地质灾害勘查地球物理技术手册
式中：aij为第i条射线在第j象元中的长度；数据di可以是迭代计算的走时与实测走时之差；fj是波速扰动；ei为数据观测误差。线性化方程组可表示为矩阵方程
地质灾害勘查地球物理技术手册
常用最小二乘法或最小范数准则获取解估计。对于方程d=Af+e表面上超定而实际上欠定的问题，以及数据误差影响的问题，用优化准则和正则化方法解决。
13.3.1 声波与地震波层析成像数据处理
走时数据满足方程
地质灾害勘查地球物理技术手册
式中：（x,y,z）为介质中点的坐标；t,s,r分别为走时，激发点，接收点；C(x, y，z）为地质体空间某一点的波速；δt为观测误差；L为直达波的传播路径，即射线路径。
13.3.2 电磁波层析成像数据处理
电磁波理论表明，有耗介质中半波偶极天线的发射与接收存在下述关系：
地质灾害勘查地球物理技术手册
式中：E0为发射天线的初始辐射常数；E为相距R处的接收天线的电场强度；fs（θs）和fR（θR）分别是发射和接收天线的方向分布函数；θ为天线的辐射角度；L是射线路径；dl为积分元；β为介质的吸收系数。经变换有：
地质灾害勘查地球物理技术手册
据（13.7）式可以根据一系列不同投影方向的振幅衰减量A反演介质的吸收系数β值。
井中电磁波仪使用半波偶极天线发射兆级电磁波，观测到的电场强度数据宜用射线层析成像方法进行处理解释。
13.3.3 电阻率层析数据处理
电阻率层析成像一般采用有限元法，将成像区域作网格剖分，可以描述复杂的地质模型。网格剖分越细，电极间隔越小，成像质量越高。反演成像计算方法主要有比较重构算法和平滑度约束反演算法。
13.3.4 井间地球物理层析成像软件系统的开发与研制
20世纪80年代以来，国内学者在井间地震波及电磁波法的仪器研制、理论方法研究、算法及软件研究上，达到了较高的水平。1992年冯锐等学者研究开发了井间电磁波层析成像数据处理系统，1993年杨文采等学者研究开发了井间地震波层析成像软件系统。经过多年的研究与实践，人们对井间地球物理层析成像数据处理方法有了更新的认识和发展，在计算机技术发展的推动下，1994年以成都理工大学朱介寿教授为首的课题组开发研制的井间地球物理（地震波、声波、电磁波、电阻率）层析成像软件系统已被四川、广东、河北、山西、江苏等省的生产单位广泛应用，目前该软件系统平台为Windows 98或Windows 2000。
目前，井间地震波、电磁波层析成像方法中广泛使用的仍是利用走时或波场衰减等观测值，基于射线理论而建立的算法。其基本原理是将观测量表示成探测介质参数的线积分，通过沿积分路径进行反投影来重建介质参数分布图像。地球物理层析成像软件系统（朱介寿等，1994）的结构框图如图13-1所示。
图13-1 井间地球物理层析成像数据处理系统结构及调用关系
13.3.5 层析成像成果资料
提交工作布置图、观测系统示意图、层析影像图、射线分布图（重点地段）、地质解释成果图以及地质灾害平面分布图及地质灾害调查报告。
钻探后井中和井地联合地球物理勘探
（三）跨孔层析成像 该技术至少需要两个钻孔，包括声波、电磁波等层析成像方法。层析成像是常规地球物理勘探的辅助手段，完成孔间地层对比、划分和异常区域标定等工作。层析成像的分辨率一般比常规地球物理勘探高。需要针对CO2地质储存场地的具体情况，结合现有软硬件的特点并通过现场试验确定适宜的层析成像勘探...
预备知识 水文地质勘察概述
近年来,地质雷达、地球物理层析成像技术(CT)、核磁共振(NMR)等新技术、新方法也得到了广泛应用。 4.水文地质野外试验 在野外勘察工作中,为取得各种水文地质参数或解决某些水文地质问题需进行相关的水文地质试验工作。水文地质野外试验主要包括:抽水试验、注水试验、渗水试验、地下水流速流向测定试验、连通试验、弥散试验...
水文地质勘查所使用的主要方法手段
水文地质工作中应用的主要物探方法有:电法、磁法、地震方法、放射性方法等,近年来,地质雷达、地球物理层析成像技术(CT)、核磁共振(NMR)等新技术、新方法也得到了广泛应用。 4.水文地质试验 在野外调查工作中,为取得各种水文地质参数或解决某些水文地质问题需进行相关的水文地质试验工作。水文地质野外试验主要包括:抽水...
地震勘探的勘探方法
包括反射法、折射法和地震测井(见钻孔地球物理勘探)。三种方法在陆地和海洋均可应用。研究很浅或很深的界面、寻找特殊的高速地层时,折射法比反射法有效。但...三、地震波井间层析成像原理四、反演计算与图像生成五、地震层析技术在工程勘察中的应用第四节 瑞雷波勘探一、瑞雷波的波场特征二、瑞雷波法勘探原理三...
地球物理探测方法组合
目前，水文地质物探采用的方法主要有：直流电法、电磁法、弹性波法、地球物理层析成像、放射性法、微重力测量等，在岩溶地区寻找地下水常用的方法有直流电法和电磁法(表3-3)。表3-3 岩溶水地球物理探测基本方法的适宜性一览表 续表 根据各种物探方法的特点，结合西南岩溶石山地区的适用条件，遵循经济...
地球物理勘探知识
地球物理勘探是一门利用地球的物理特性与原理,根据各种岩石及其他矿物之间的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异,选用不同的物理方法和物理勘探仪器,探测工程区域内的地球物理场的变化,以研究不同物理场的地质内涵,了解区域内水文地质和工程地质条件和矿藏分布的勘探和测试方法。地球物理勘探一般分为重力勘探...
国土资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室实验室-支撑
并即将引进的具有当今国际先进水平的地球物理勘查和研究仪器设备，包括多功能电法仪、多道数字地震仪、三维高密度电法仪、便携式可控震源、PS波可控震源、地面及跨孔地质雷达层析成像系统、高精度重力、磁力仪等地球物理勘查仪器装备，为本实验室的创新研究提供了良好的物质基础和现代化的实验研究设备。
上地幔的电导率和热结构
目前这三种说法都没有充分的依据。此外，根据下一讲讨论的层析成像结果可知大陆的确有陆根存在，同时意味着富岩浆和热流活动的软流圈的萎缩或下沉，因此地盾区热流密度减小是必然的结果。图3.4 在1200℃和1GPa条件下CO2（a）和H2O（b）在纯橄榄岩中的渗透 裂缝由流体沿晶体边缘渗入 ...
EPSL:410-km间断面上覆低速层结构研究
图1 用于研究的地震台站由国家地震台网（黑色倒三角）和NECsaids流动地震台阵（粉色三角）构成。红色震源球表示5个用于研究的地震事件，图中散点为研究区域，右下角插图表示该区域P波层析成像结果 （Y oshio and Masayuki, 2013, JGR）区域最优速度模型明确显示，在中国东北和日本海西北部地区410-...
我国工程地质的研究现状
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薛城区13048113273： 大庆钻探工程公司部门简介 - ？
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狂饱盐酸： (一)磁测数据的处理 在环境与工程测量中获得的磁测数据的处理与解释方法与矿产勘查中数据处理与解释方法基本相同.数据处理大体上可分为滤除干扰的一般处理和提取信息的专项处理两类.一般处理的目的在于滤除干扰,得到能客观反映...
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