地震波层析成像和电磁波层析成像
第十四讲地震波层析成像
finite frequency kernels for travel time perturbations
Input
Radon Projected
Recovered (output)
Back projection of the function is a way to solve f() from p()
(“Inversion”): f ( x , y ) p ( x c y s o ) ) d i , s n 0 精品PPT
▪ Remove instrument response, de-mean, detrend, bandpass filter, time-domain normalization, spectral whitening
▪ Cross-correlation: 1 day at a time. ▪ Stack over many days. ▪ Waveform selection (SNR) for tomography
在数学方法上出现了本质上与奥地利数学家1917年提出的Rndon逆变换方 法相同的褶积投影方法，Chapman首先从理论上证明了地震学中的τ-P 变换即是Radon 变换(Chapman , 1981)。
地震波层析成像首先由Aki等提出，并给出了小尺度（Aki and Lee, 1976） 和区域尺度（Aki et al., 1977）远震体波层析成像（Teleseismic body-wave tomography）。 Dziewonski等在1977年给出了全球尺度的体波层析成像成果（Dziewonski et al., 1977）。
地震层析成像技术 ppt课件
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.1 地震波走时自动拾取问题 在地震层析成像的研究中 ,可获得的观测数据是地震 记录 .从地震记录中可以获得地震波的走时、振幅和 频率 ,其中最关键的是地震波走时 .随着数字地震技 术的发展 ,观测数据的数量迅速增加 ,准确地进行地 震波走时的拾取越来越成为一项重要且繁重的工作 . 为此 ,走时的自动拾取成为人们研究与关注的对象 .
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.2 三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题 开展非弹性介质和完全弹性介质有限差分法三维
一、地震层析成像研究发展概况
地震层析成像的研究在70年代首先以井间速度结构 调查为研究对象（Bois et al.1972）。1979年， Dines和Lytle首先对地震层析成像坐了大量数值模 拟，并公布了利用弯曲的地震射线进行地下地震波 速度成像的结果，并首先将层析成像 （ Computerized Geophysical Tomography ） 这 一 名 词 用 于 论 文 的 标 题 。 1984 年 ， 美 国 的 Anderson利用天然地震数据着手全 化、密度结构、地幔物质流动有了新的认识。
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.2 三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题 不论是天然地震还是人工地震 (即使是二维观测方 式 )的观测数据都是在三维空间介质中形成 .由于地 下地质结构的千变万化 ,理论数据的正演计算只有在 三维空间中实现才更具有实际意义 .而目前大多采用 二维计算 ,使得理论数据与观测数据之间的误差不仅 由地质模型形成而且还由计算方法的数学模型形成 . 三维波动方程的有限差分解是获取地震波三维波场 的有效方法 .
一、地震层析成像研究发展概况
20世纪60年代初期，美国科学家Cormack从数学和 实验结果证实了根据X射线的投影可以唯一地确定人 体内部结构，从而奠定了医学诊断上图像重建的理 论 基 础 ， 即 X 射 线 CT(X Ray Computer Tomography). 60年代中期和70年代中期,随着数 学图像重建方法在射电天文学和电子显微学方面的 应用和发展，在数学方法上出现了本质上与奥地利 数学家1917年提出的Rndon逆变换方法相同的褶积 投影方法，Chapman，1981）。此后，地学界借 助医学CT思想，利用地震波的传播对地壳乃至上地 幔结构开始进行半定量研究。从此，低着层析成像 成为地球物理学研究的一个新领域。
工程物探方法在工程监测检测中的应用
工程物探方法在工程监测检测中的应用发表时间：2019-05-07T11:34:24.820Z 来源：《基层建设》2019年第5期作者：黄仕茂[导读] 摘要：在地球物理勘探中，工程物探是其中的重要分支之一。
江苏省地质勘查技术院江苏省南京市 210049 摘要：在地球物理勘探中，工程物探是其中的重要分支之一。
随着地球物理勘探技术、计算机技术及信息技术的发展，工程物探技术也得到迅猛发展，并且被广泛应用于各个工程领域。
本文分析了工程物探方法技术在工程监测检测中的应用。
关键词：工程物探；方法技术；监测；检测；应用引言我国工程物探技术发展速度较快，应用较广泛。
在过去相当长的一段时间内，工程物探技术一直处于零散的、局部的研究与应用状况，设备落后，方法和技术手段较单一。
近二十年来，随着国民经济的飞速发展，基础产业、基础设施建设、城市建筑物建设迅猛兴起，如今的工程物探技术不仅服务于工程的前期勘察，还服务于工程建设过程以及后期维护的各个阶段，其任务和目的包涵了工程建设监测，检测等相关内容。
以低成本、高效率的特点极大保障了工程建设施工质量及生产过程安全。
1工程物探方法概述 1．1工程物探方法工程物探是以地下岩土层（或地质体）的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围（大小、形状、埋深等）并可测定岩土体的物性参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。
工程物探方法门类众多，其检测原理和检测仪器设备也各不相同，随着科学技术的不断进步，工程物探检测技术发展日趋成熟，新技术和新方法不断涌现，解决了大量的工程建设及后期维护难题。
工程物探的应用和发展已经成为了衡量地质勘察现代化水平的重要标志，也是工程建设过程生产监测和质量检测的重要技术手段。
1．2工程物探方法分类 1．2．1电法勘探电法勘察法主要包括电测深法、电剖面法、高密度电法、自然电场法、充电法、激发极化法、瞬变电磁法等。
1．2．2地震勘探：包括浅层折射波法、浅层反射波法和瑞雷波法； 1．2．3探地雷达探地雷达法主要包括剖面法、宽角法、环形法、透射法、单孔法、多剖面法等。
地震波层析成像和电磁波层析成像
地震波层析成像和电磁波层析成像地震波层析成像和电磁波层析成像1.地震波CT地震层析成像的主要目标是确定地球内部的精细结构和局部不均匀性。
这不仅可以促进地球科学的发展，而且还可以解决许多地质勘探和矿产资源开发中的难题。
第一个原因是岩石地震波与岩性性质有比较稳定的相关性，易于对地球内部成像，反之，对找水活确定流体性质时，电磁波层析成像较好。
第二个原因是对于主要频段的电磁波，其衰减比地震波大。
对于地址勘探、采矿工程、勘察工程等来说目标提一般为几米到几百米，对应波长为几十米，频率为数十赫兹。
这种的地震波在不松散的岩石中传播为几公里后耍贱一般不超过120dB，接收起来不费力。
反而相应波长的电磁波在岩石中传播几十米后就可能衰减100dB，难以穿透几百米的岩层。
第三个原因是电磁波速度太快，反映波速的到时参数难以测量。
地震波波速为每秒几千米，振幅、到时都易于测量，而且在地震记录上可以区分不同的震相，从而得到丰富地质信息。
1.井间地震波数据的采集方法一般地层观测排列均匀布置在风化层一下，以使提高成像分辨率。
一般采集方法及对应的观测方式有：1.共激发点道集数据采集方法单点激发，多点接收的观测方式采集地震数据。
这种方法比较适用于在震源连续性能较差且接收为多道检波系统的情况下使用。
这种方法有采集快，效率高的特点。
但要求至少有一口井的井深超过目的层且满足目的层覆盖要求。
2.共接收点道集数据采集方法这种方法以移动式多点源激发，单点接收的观测方式采集地震数据。
适合在震源连续激发性能较好且接收器为单级检波器系统情况下使用。
但施工效率不高，也有井深要求。
3.YO-YO道集数据采集这种方法采用激发点和接收点反向移动的观测方式采集地震数据。
要求震源系统具有良好的连续激发性能，获得道集多用于反射波成像。
适合井深不符合透射层析成像要求的目的层成像问题。
4.井间地震连续测井方法这种方法采用激发点和接收点等间距同向移动的观测方式采集地震数据。
地震层析成像
Company Logo
四、应用
广泛应用于内部地球物理和地球动力学、 能源勘探开发、工程和灾害地质、金属矿勘探 等领域。 如：地震层析成像结果从三个方面展示出 地球内部横向不均匀结构（参考文献：地震层 析成像板块构造及地幔演化动力学，2001）
Company Logo
四、应用
首次发现非洲超级地慢柱等大型地慢柱均起源 于核慢边界。 还有一个最重要的结力学对其给出 了很好的解释, 为板块运动的热对流学说提供了 证据。在大洋洋脊、板块消减带、克拉通地区, 地壳和上地慢中的火山、地壳和地慢顶部、造山 带、 断裂区和震源区等地方层析成像技术也都有 大量的应用成果。无论是能源和矿产等资源勘探, 还是地球内部结构及地球动力学研究, 地震层析 成像技术都是有效的、重要的技术之一。
结构以及其它物 性参数
Company Logo
二、分类
研究区域的尺度：全球层析成像、区域层析成像、 局部层析成像； 按所用资料的来源：天然地震层析成像(大尺度深 部横向不均匀性研究)、人工地震测深(主要研究 浅部界面分布)； 反演的物性参数：利用地震波走时反演地震波速 度的波速层析成像、利用地震波振幅衰减反演地 震波衰减系数的层析成像；
Company Logo
二、分类
所依据的 理论基础
基于射线方程 的层析成像 基于波动方程 的层析成像
体波(反射波 、折射波)层 析成像
面波层析成 像
射线追踪时所用的地 震波资料的不同
Company Logo
二、分类
基于射线理论, 地震波走时层析成像方法由于 走时具有较高信噪比、无论是柱面波还是球面波走 时的规律都相同等优点, 相对来说发展较早, 技术 方法比较成熟，是目前地震层析成像的主要方法；
HRT4(层析成像))
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它 沿路径 L 的积分
其中 d ( , ) 称为投影函数，变量 与波的入射角有关， 与射线的路径有关。当 L 为直线时， 即入射角， i 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 { f j } 代替 f ( x, y) ，即可得到图像的数字化版。则
灌浆前、后都作了地震波层析成像测试。井间距为10~12米，井 深为15~18米。采用了全程激发接收观测系统。激发、接收点距为 0.5米。测试剖面基本上顺岩层走向。其地震波层析成像图如下：
JK25号 孔 与 JK24号 孔 间 地 震 影 像 图
(灌 后 )
0
M 22右 05号 孔 与 M 26右 05号 地 震 影 像 图
高程（米） 2500
地震影像布置示意图
地表 2500
地震影
段 像激发
2400
地震影像带
2300
地震影像接收段 2200 湖水面
6号平硐
1号平硐
点距（米） 100 200 300 400 500 600
工程区位于松潘—甘孜褶皱带的巴颜喀拉冒地槽褶皱带内、南邻 后龙门山冒地槽褶皱带，东北邻杨子准地台的摩天岭台隆，靠近青 藏高原东边界的岷江断裂。边坡岩体为志留系浅变质砂岩，结晶灰 岩和碎屑岩。因多次构造错动，边坡十分破碎。为探测边坡岩体卸 荷情况，在勘探平硐与山顶间作地震波层析成像测试工作。 6号平硐长为 146 米，而它与山顶距离为 350 米，采用了全程激发 接收观测系统，激发、接收点距为 4米。地表激发，平硐内接收。 采用仪器为吉林工业大学工程地质研究所ES2404E型地震仪，软件 为成都理工大学井间地震波层析成象程序。其地震波层析成像图如 下：
地震层析成像方法及其应用研究
感谢观看
2、环境监测：地震层析成像方法也可以应用于环境监测领域。例如，通过 观测地震波在地壳中的传播特征，可以评估地球表面的沉降和隆起状况，监测地 壳运动和地震活动，为环境预警和减灾提供支持。
3、地球科学：地震层析成像方法在地球科学领域的研究中也具有重要意义。 它可以帮助科学家了解地球的内部结构和动力学过程，深化对地球演化历史的认 识。
电阻率法层析成像的原理与方法
电阻率法层析成像基于电阻抗测量技术，通过施加激励信号于研究对象，测 量其内部电学特征，如电阻抗等，并将测量结果转化为图像。具体实验设计包括 选择合适的激励信号、设计测量电路、采集数据及图像处理等步骤。
在物理学领域，电阻率法层析成像被广泛应用于研率的变化，可以推断出材料内部的 导电性能与微观结构。
地震层析成像方法的应用与发展
地震层析成像方法在地球物理领域的应用广泛，主要包括以下几个方面：
1、资源勘探与开发：地震层析成像方法在石油、天然气和地热等资源的勘 探与开发中具有重要作用。通过对地震数据的分析和处理，可以获取地下岩层的 分布、厚度、结构和属性等信息，为资源勘探和开发提供可靠的地质依据。
结论
电阻率法层析成像作为一种无损、非侵入性的成像方法，在物理学、化学、 生物医学等多个领域具有广泛的应用前景。本次演示详细介绍了电阻率法层析成 像的原理、方法及其在各领域的应用，并展望了其未来发展方向。随着技术的不 断进步和应用领域的拓展，电阻率法层析成像将在未来发挥更加重要的作用，为 科学研究与实际应用提供有力支持。
在应用前景方面，地震层析成像方法仍然有很大的发展空间。例如，利用该 方法进行深部矿产资源勘探、地下水污染监测以及地壳运动和地质灾害预警等领 域的应用研究，都具有重要的现实意义和社会价值。
工程物探技术在岩土工程中的应用及前景 邹志猛
工程物探技术在岩土工程中的应用及前景邹志猛摘要：现代社会发展愈加迅速，随之得到快速发展的还有工程物探技术在岩土工程中的应用，很多具有十分广阔应用前景的工程物探技术在解决岩土工程问题的时候发挥了重要的作用，该篇文章将对岩土工程中工程物探技术的应用作相应介绍。
并且分析探讨了各种应用的前景情况。
关键词：工程物探技术；岩土工程；发展前景随着社会的不断发展，工程物探技术快速发展起来，主要体现在电磁波理论和电学原理等发展而来的多种工程物探技术。
这些技术主要包括有浅层地震反射波法、浅层地震折射波法与弹性波测井、地下管线探测技术等。
这些技术已经在我国多种工程建设项目中被广泛的推广，并且打破了传统的勘察方法，解决了很多以前无法解决的难题。
工程物探由于其自身的优势条件，已经得到了广大技术人员的认可。
要注意的是物性条件的适用性与解决问题的可靠性成正相关关系。
因此，只有采用多种工程物探手段的联合使用，才能更有效地解决岩土工程可能遇到的一系列复杂的技术难题。
一、工程物探技术在岩土工程中的应用1.1工程物探技术在岩土工程检测中的应用地基加固的效果评价、大坝或者路基的密实度以及基桩质量检测都是工程技术在岩土工程检测方面的主要的体现。
工程物探技术在岩土工程中的应用主要有下几个技术：瞬态面波法、地质雷达等。
将施工之前和施工之后的原位测试试验值和弹性波速度进行对比和分析。
除此之外，工程物探技术可以利用电磁波传递速度的差异检查大坝以及其它的建筑中是否存在裂缝，对裂缝的相关情况进行详细的掌握，评估裂缝对工程是否存在危害，以及危害的等级，从而及时的采取相应的措施，最终保证工程的安全，防止事故的发生。
在工程建设质量控制当中，工程物探技术同样也发挥着巨大的作用，其中常见的作用就是对桩基实现无损检测，比较常见的检测方法主要有两种：一种是动力试桩法，另一种是声波测桩法。
通过弹性波不同的传递速度来对混凝土的质量进行判断和检测。
这种检测方法工艺简单，检测效率高且成本较低，比较适合大面积检测，支持随机抽样，因此获得了广泛的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
地震波层析成像和电磁波层析成像
1.地震波CT
地震层析成像的主要目标是确定地球内部的精细结构和局部不均匀性。
这不仅可以促进地球科学的发展，而且还可以解决许多地质勘探和矿产资源开发中的难题。
第一个原因是岩石地震波与岩性性质有比较稳定的相关性，易于对地球内部成像，反之，对找水活确定流体性质时，电磁波层析成像较好。
第二个原因是对于主要频段的电磁波，其衰减比地震波大。
对于地址勘探、采矿工程、勘察工程等来说目标提一般为几米到几百米，对应波长为几十米，频率为数十赫兹。
这种的地震波在不松散的岩石中传播为几公里后耍贱一般不超过120dB，接收起来不费力。
反而相应波长的电磁波在岩石中传播几十米后就可能衰减100dB，难以穿透几百米的岩层。
第三个原因是电磁波速度太快，反映波速的到时参数难以测量。
地震波波速为每秒几千米，振幅、到时都易于测量，而且在地震记录上可以区分不同的震相，从而得到丰富地质信息。
1.井间地震波数据的采集方法
一般地层观测排列均匀布置在风化层一下，以使提高成像分辨率。
一般采集方法及对应的观测方式有：
1.共激发点道集数据采集方法
单点激发，多点接收的观测方式采集地震数据。
这种方法比较适用于在震源连续性能较差且接收为多道检波系统的情况下使用。
这种方法有采集快，效率高的特点。
但要求至少有一口井的井深超过目的层且满足目的层覆盖要求。
2.共接收点道集数据采集方法
这种方法以移动式多点源激发，单点接收的观测方式采集地震数据。
适合在震源连续激发性能较好且接收器为单级检波器系统情况下使用。
但施工效率不高，也有井深要求。
3.YO-YO道集数据采集
这种方法采用激发点和接收点反向移动的观测方式采集地震数据。
要求震源系统具有良好的连续激发性能，获得道集多用于反射波成像。
适合井深不符合透射层析成像要求的目的层成像问题。
4.井间地震连续测井方法
这种方法采用激发点和接收点等间距同向移动的观测方式采集地震数据。
适合在震源连续性能较好且接收器为单级检波器系统情况下使用。
采集道集可用于进行透射与衍射层析成像和反射比成像。
但是效率不高，且有井深要求。
主要用于解决地层连续性诊断问题。
2.探测方法：
(1)获取各种可以收集到的有用资料,根据探测区域的具体情况。
首先走访勘察施工单位,确定钻孔的地层分布及钻进情况。
收集探测区域其他物探方法勘查报告,了解其特征,以便与井间层析成像实测资料进行对比。
(2)测量前需准备:①仪器测试和检波器的一致性校正;②震源试验,确定最佳的震源能量、频带宽度、震源信号的形状和可重复性等;③环境噪声的测试,尽量避开噪声源;④检波器耦合试验,找出改善耦合的办法,如在底部加黏合剂,加大井中泥浆的稠度;⑤井下震源和检波器深度误差的测试。
(3)观测系统设计的好坏是层析成像取得良好地质效果的重要因素之一,观测系统的设计应考虑以下几点:①成像区域的井深与井间距之比值尽可能小于1,比值越大,陡倾角射线数越多,成像地质效果越好;②被探测的不良地质体的几何尺度及埋藏深度;③射线尽可能覆盖整个成像区域且均匀分布,尽量使每个成像单元网格内有一条射线通过;④炮点距及检波点距尽可能分布在多个方位上;⑤现场测试时,对激发、接收点应准确定位,同时应保证每张记录的信噪比高、地震波初至清晰,对不合格记录应坚决去掉或重测。
同时,由于测试数据量大,应及时准确填写原始记录的激发、接收关系。
在探测过程中,介质中地震波的传播速度和介质的地球物理特性是重要的影响因素。
相对于泥灰岩介质其纵波速度范围介于1. 4~4. 5 km/s之间,冲洪积层等介质其纵波速度范围介于0. 5~1. 6km/s之间。
由于地质体变化的复杂性,针对具体场地，需要进行探测试验与参数标定,以确保探测结果解释的精度。
井中地震波层析成像的施工过程是:一般先将震源放到井底部,检波器串也
先放在另一口井底部,然后激发、记录后逐渐提升,完成一个共炮点道集后再继续进行下一个共炮点道集的接收。
就是采用一发多收的扇形穿透观测系统。
经过多点激发,在被测区域形成致密的射线交叉网络,构成扫描式观测系统。
注意记录发射点、接收点坐标及走时数据。
3.观测系统设计
观测系统的设计要根据所测定目标体的大小来选择激发与接收的点距,激发与观测点距要小于目标体的空间大小才能保证其空间的分辩率,一般采用一点激发多点接收,在能接收到有效初至波的情况下,尽可能对整个观测段进行全面覆盖,以增大初至波射线的密度和加大传播射线的扇形角度,只有当射线路径从多角度穿过成像目标体时,才能准确地识别它的位置和形态。
因此,目标体在空间上的分辨率也取决于射线密度。
4.激发与接收系统
从工作方便考虑,激发系统现在一般采用多脉冲型电火花震,这种震源具有连续激发能力、能量损耗小、激发频率高、一致性好的特点,且激发能量大小可以调节,激发方式灵活,适合在井中激发使用。
接收系统受观测系统及震源能量影响,有时检波器与炮点距离较远,因此,采用响应频带宽、采样精度高、灵敏度高、非线性失真小的水听器做成检波器串。
同时,由于一次激发,多个检波器接收,所得到的记录为共源记录,因此,各个水听器记录在时间域和频率域上是相似的,这为有效信号的识别和提取提供了有利条件。
对于地震记录的主机来讲一般地震仪都可以完成工作,但要求频响范围宽、动态范围大、采样精度高的多通道地震仪。
现场测试时,对激发、接收点应进行准确定位,增大观测的扇形角度。
同时要保证每张原始记录信噪比高、地震波初至清晰。
只有原始数据精度高才使后续处理有意义。
为提高弹性波CT层析成像反演精度,保证初始速度模型更精确,在有条件的情况下,可对每对钻孔中采取的岩心进行声波测试,以便获得测区岩体的纵波速度参数,为地质解释提供可靠依据。
进行反演计算时,离散单元尺度不应大于所需分辨的目的体的线性尺度。
应根据声波测试结果和钻孔资料建立反演初始模型及边界约束条件,以提高反演精度。
2.电磁波CT
地下洞穴，尤其是岩溶洞穴这类不良地质体的勘察，是国内、外工程界非常关注的问题。
地下电磁波法是探测地下洞穴的有效物探方法之一，与其他物探方法相比，在覆盖较厚或地面障碍物阻挡时有其独特的优势。
他在探测钻孔间与围岩有较大高频电磁差异的岩溶洞穴、地下暗河、断层破碎带等时，在确定其形态、空间位置以及充填物性质等方面，都取得了一定的进展，在应用中也解决了不少实际工程问题。
电磁波CT是利用工作频率0.5MHz——32MHz的无线电波在两个钻孔或坑道中分别发射和接收。
根据不同位置上接收的场强大小，对两孔之间二维模型的地球物理特征进行处理来确定地下不同介质分布的一种地球物理勘探方法。
钻孔电磁波CT有2种成像方法，一种为绝对衰减层析成像；一种为相对缩减层析成像。
前者重建地下介质绝对衰减的二维分布图像，后者重建地下介质相对缩减的二维分布图像。
钻孔电磁波CT测试共有定点发射、水平同步和斜同步三种观测方式，发射和接收点距根据空间介质的吸收系统系数的变化范围和振幅衰减规律而定。
正式采集数据前，应根据两钻孔的恐惧、孔深及两孔间的岩石完整性进行选频，即选择采集的最佳频率，为慎重起见，一般应选择包括所选择最佳频率的频率段。
利用采集到的数据绘制全部数据频率曲线，然后抽出最佳频率曲线，建立相应频率的数据文件。
其目的有：一是从全部频段曲线中找出异常分布规律；二是对最佳频率曲线进行优化处理，消除个别畸变点，在成图处理时，选用适当的网格和迭代上线，采用较合适算法进行反演计算。
在反演过程中，为了提高个剖面图像的对比性，可采用交替追赶法对计算公式中的E0值做合理调整。