基于双平方根算子叠前深度偏移成像技术的结构损伤成像与探测

介绍一种基于双平方根算子的叠前深度偏移方法用于结构损伤探测.首先推导上行波传播时间(走时)的全微分表达式,推导在频率波数域和频率空间域中,用源点和接收点坐标表示的双平方根算子波动方程.然后,用频率空间域的有限差分法及混合法进行双平方根算子的波场外推,推导关于炮点和检波点的差分方程,以及双平方根算子混合法波场外推公式.最后,用Marmousi数据体对结构损伤进行偏移成像.根据双程波动方程分析该方法的数值频散性、奇异性以及波场、位移、振幅、能量、动应力集中系数等力学特征,计算得到波场快照图和剖面图,达到对结构损伤成像的目的.数值算例证明了这种方法的适用性.     

隧道反射波超前探测有限差分正演模拟与偏移处理

针对地下工程领域隧道不良地质灾害超前探测问题,构建断层、倾斜软弱夹层等地质灾害体的隧道介质模型,研究隧道反射波超前探测的波场传播机理与偏移成像问题。利用一阶速度-应力弹性波方程和高阶交错网格差分计算方法,导出隧道工程反射波探测数值模拟的差分计算格式、数值稳定性条件以及边界条件,对上述模型进行正演模拟,得到相应模型不同时刻的波场快照与地震合成记录;通过对这些模拟结果进行分析,验证高阶交错网格差分法在隧道波场正演中的有效性。在导出弹性波方程逆时延拓交错网格差分计算格式基础上,通过求解程函数方程,获取激发时间成像条件,进而得到隧道全波场逆时偏移算法及偏移处理程序,并应用于隧道波场偏移成像中。研究结果表明:采用高阶交错网格有限差分逆时偏移算法能使反射波归位,绕射波收敛,从而大大提高了隧道工程反射波探测的分辨率,为隧道超前探测资料的解释提供理论依据。     

波动方程基准面在深层勘探中的应用

考虑到在波场延拓算子的成像效果 ,其运算效率及对复杂地表的适应情况或处理措施下 ,利用波场延拓算子将基准面下移 ,以提高深层复杂地质体的偏移成像效果 .在集成基准面技术和叠前深度偏移基础之上 ,提出了一种不受地表不规则程度和速度函数变化限制的基准面向下延拓方法 .实践证明 ,该方法用于深层复杂地质体的勘探时 ,可以使偏移成像得到更好的效果 ,其运算速度与叠前深度偏移的运算速度相当     

起伏地表条件下波动方程法共聚焦点成像技术

为解决起伏地表条件下的偏移成像,引入了共聚焦点成像技术.采用合成聚焦算子和面炮合成的共聚焦点方法和波场逐步累加的直接下延法对起伏地表条件下的模型资料和实际资料进行偏移成像研究.结果表明:该方法克服了起伏地表的影响,直接实现了基于起伏地表的叠前深度成像;采用波场延拓的方法实现了起伏地表条件下的单点聚焦成像和多点聚焦成像;在一定程度上解决了起伏地表的静校正问题,并且计算效率得到提高,在选取较少聚焦点的情况下,就可以达到和共炮偏移一样的成像效果.     

散射波成像技术在地铁空洞探测中的应用

城市地铁工程快速发展,以空洞为主的不良地质体诱发的地面塌陷事故层出不穷。传统的地震反射波法无法满足高精度探测小尺度、不均匀复杂地质体和城市施工空间受限的要求。在考虑散射波成像方法需求以及城市施工环境限制的情况,设计快速可移动城市散射波观测系统,将等效偏移距(EOM)散射成像技术应用于地铁空洞探测中,取得较好效果。     

在频率波数域实现三维叠前深度偏移

叠前深度偏移是理想的改善复杂地区和强横向速度变化的地震资料成像技术,对于复杂变速介质成像,常用的时间域成像方法已不能满足实际需要,必须借助于深度域成像方法,特别是三维地震叠前深度偏移方法.推导了三维叠前深度波场延拓算子公式,指出其实质含义,并通过模型测试进行了验证,介绍了一种三维叠前深度偏移的实现方法,最后进行了偏移算子的误差分析.理论分析与实例计算表明,该计算方法是合理和有效的.     

煤层气富集矿井采空区瞬变电磁波场变换成像技术

煤矿采空区及采动裂隙是煤层气富集、渗流及赋存的重要载体,精准探测采空区位置及采动裂隙成为煤层气开采的基础工作.基于波场变换理论,采用非线性阻尼最小二乘算法对波场变换积分方程进行反演计算,开展了全空间响应校正及波场数据处理,阐述了矿井瞬变电磁合成孔径工作方法,进行了采空区三维模型波场成像数值模拟,在晋城煤层气富集矿区开展了巷道掘进超前及工作面探测工程应用试验.研究结果表明:波场变换成像技术能够提取瞬变电磁信号中的电性界面信息,对采空区及采动裂隙的富水边界反映明显,钻探验证结果同波场成像及视电阻率综合分析成果吻合,该技术可降低体积效应对采空区及采动裂隙解释工作的不利影响.     

基于虚拟偏移距方法的转换波保幅叠前偏移

以单程波方程为基础推导转换波保幅的虚拟偏移距(POM)方法的权函数,在POM道集映射过程中直接实现保幅.保幅的POM叠前偏移方法不但简化了转换波的处理流程,提高了覆盖次数和信噪比,而且在偏移过程中体现出来了对振幅的定量分析.结果表明,无论是水平层还是大倾角地层转换波的POM法都能使构造进行准确成像,并且使偏移后的振幅体现反射系数的信息.     

波动方程基准面在深层勘探中的应用

考虑到在波场延拓算子的成像效果，其运算效率及对复杂地表的适应情况或处理措施下，利用波场延拓算子将基准面下移，以提高深层复杂地质体的偏移成像效果．在集成基准面技术和登前深度偏移基础之上，提出了一种不受地表不规则程度和速度函数变化限制的基准面向下延拓方法．实践证明，该方法用于深层复杂地质体的勘探时，可以使偏移成像得到更好的效果，其运算速度与叠前深度偏移的运算速度相当．     

基于Born近似的角度域共成像点道集

偏移距域共成像道集和炮域共成像道集在复杂地区存在运动学和动力学假象,Born近似傅里叶偏移方法基于小扰动假设引入参考慢度可以适应横向变速.利用频率波数域与空间频率域混合域偏移算子和波场的窗口傅里叶框架展开与重构,提出了局部角度域共成像点道集方法,改善了局部成像质量,有效地消除了假象,为偏移速度分析和振幅随入射角的关系分析提供了有效的支持.     

利用共偏移距共反射面元叠加提高叠前地震资料质量

提出利用部分共偏移距共反射面元(CO CRS)叠加提高稀疏低信噪比叠前地震资料质量。通过多参数的COCRS旅行时公式计算得到部分叠加的CRS超道集,对数据进行规则化,以利于以后的常规处理如速度分析、叠前偏移等。模型试算和实际资料处理结果表明,与原始地震数据相比,对经过部分CO CRS叠加处理后的叠前数据进行偏移,不仅提高了偏移剖面的信噪比,同时改善了同相轴的连续性,获得了较好的成像结果。     

基于Lamb波混合成像算法的薄板结构损伤定位

针对传统椭圆法和双曲线法对结构损伤定位不精确的问题,提出了一种基于Lamb波的混合成像算法。该算法将椭圆法和双曲线法相结合,在使用相同数量传感器的条件下提高对信号数据的利用率,从而提高损伤定位的精度。通过有限元仿真对该算法进行验证,即建立一个无损伤模型和多个有损伤模型,模拟压电传感器以双面同相的激励方式获得单一模态的Lamb波,从而获得损伤的反射信号。用混合成像算法和传统椭圆法对仿真模型分别进行损伤定位。成像结果对比表明,混合成像算法对损伤的定位更精确,而且在结构有多处缺陷的情况下能检测到传统椭圆法无法识别出的损伤。     

扩展的局部Born近似的广义屏算子分析

三维叠前深度偏移广泛地应用于地下复杂地质体成像。当前工作量较大的三维成像问题一般采用基于射线追踪的克希霍夫积分方法,但该方法在处理复杂构造不足。虽然基于有限差分方法的全方程逆时偏移对存在剧烈横向速度变化的非均匀介质也具有非常好的成像精度,但是,把该方法应用于三维叠前深度偏移需要花费较多的机时和巨大的计算机内存容量;这些要求在目前是不现实的。为了寻求一种既方便快捷又准确可靠的叠前深度偏移方法,于是扩展的局部Born近似的广义屏算子在速度场中等程度横向变化情况下,能较准确地描述地震波场的传播过程,对较复杂的地质构造具有较好的成像效果。且该算子具有稳定、高效的优点。不过扩展的局部Born近似的广义屏算子是条件稳定的。但从稳定性和计算效率角度看,该偏移算子可用于目前复杂地质体叠前深度偏移初期处理。     

复杂地表条件下的地震波场模拟方法研究

克服常规非零炮检距地震波场模拟只能采用双程波动方程的限制,以等时叠加原理为基础,提出了一种新的适用于复杂地表条件的基于单程波动方程的频率域地震波场模拟方法.该方法采用频率域单程波动方程延拓算子进行波场延拓,利用等时叠加原理进行波场成像,不仅具有很快的计算速度,而且可以得到高信噪比的模拟记录,仅包含一次反射波和不规则点的绕射波,不包含直达波、多次波等干扰波.实际模型的正演数值模拟和叠前偏移结果都证明了该方法的正确性和有效性.     

基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像检测

超声水平剪切(shear horizontal,SH)导波成像检测旨在解决平板检测中检测距离增加时分辨力降低的问题。该文运用合成孔径聚焦原理,构建了16通道超声SH导波成像检测实验系统,通过分析阵列信号时频域特征揭示了声波与缺陷间相互作用的规律,对SH导波合成孔径聚焦成像算法进行了讨论,阐明了导波阵列信号时空域信息合成在聚焦成像中的应用。研究结果表明:合成孔径聚焦可用于超声SH导波成像检测,所成图像能够表征钢板中检测距离2 m以上、尺寸当量大于5 mm的缺陷信息,为深入开展工业在役大尺度结构板材的缺陷成像检测和结构健康监测提供了基础。     

Evanescent wave imaging of adsorbed protein layers

An evanescent wave arises at the interface of two media when light propagates from a more to a less-dense medium under total internal reflection. The wave is distributed over a superficial area because its amplitude decays exponentially with distance from the interface. The evanescent wave intensity at the interface can be larger than that of the incident beam. Evanescent waves have widespread current use in the imaging of chemical, bio-chemical and biological phenomenon. For example, an evanescent wave is responsible for fluorophore excitation in total internal reflection fluorescence microscopy, which is used to visualize single-molecules on the surface of living cells, and can detect cell membranes in micro-domains. An interesting scientific question is the possibility of directly using evanescent waves to image a monolayer, and how to improve the image contrast. The authors have observed an adsorbed protein layer using evanescent wave imaging and used both experimental and theoretical techniques in their investigation.
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基于最优Born近似的叠前深度偏移方法

波动方程法中的叠前深度偏移是实现复杂构造和岩性地震成像的关键技术。其中 ,广义屏法是近几年发展起来的一种新方法 ,它基于散射理论、屏近似和一般Born近似 ,具有较高的精度和效率 ,是条件稳定的。为了提高算法的稳定性 ,提出了基于最优Born近似的叠前深度偏移方法。即对散射波场成像所使用的介质速度横向扰动公式不做任何近似 ,并且采用与两个延拓深度层中间位置处的地震波场最接近的波场代替层间的平均波场 ,而不是用上一延拓层处的地震波场代替层间的平均波场。模型试算结果表明 ,最优Born近似法对复杂地质体具有较强的适应性 ,在保证计算效率和成像精度的前提下 ,明显提高了算法的稳定性。     

相移加校正变范围三维叠前深度偏移

理论和实践证明,三维叠前深度偏移是目前最精确的地震波场成像方法。该文在二维叠前深度偏移及偏移速度模型建立方法研究的基础上,进一步研究了变范围三维叠前深度偏移叠加方法和软件。用三维相移加校正方法在炮集上实现三维叠前深度偏移,并根据三维速度模型构造形态,自动确定偏移后成像孔径进行变范围偏移叠加,提高三维构造形态清晰度。该方法属全波动方程偏移,具有成像精度高,对模型适应性强的特点     

高精度叠前时间域速度分析方法研究及应用

以水平层状为假设的常规速度分析和倾角时差校正都不能很好地解决倾斜地层反射点弥散问题,而高精度共散射点道集速度分析方法则可以很好地解决。研究优于常规方法的椭圆展开共反射点叠加速度分析方法,用它获得的速度场作为高精度共散射点道集速度分析方法的初始输入。同时,研究等价偏移距单平方根旅行时方程的推导,以及共散射点道集的提取过程及基于共散射点道集的速度分析方法与叠前时间偏移。通过两种方法的组合,从模型和实际资料的试算可以看出速度谱精度得到提高,获取得到高精度速度场,并且获取叠前时间偏移剖面的效率得到提高。