吉林大学学报(地球科学版)

• 地球探测与信息技术 • 上一篇    下一篇

基于数字图像分割法的跨孔雷达走时层析成像

曲昕馨,李桐林,王飞   

  1. 吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026
  • 收稿日期:2013-11-11 出版日期:2014-07-26 发布日期:2014-07-26
  • 通讯作者: 李桐林(1962-),男,教授,博士生导师,主要从事电磁法理论及其应用的研究 E-mail:lilaoshizh@163.com
  • 作者简介:曲昕馨(1984-),女,博士研究生,主要从事电磁法正反演研究,E-mail:xinxin2191@sina.com
  • 基金资助:

    国家重大科学仪器设备开发专项(2011YQ05006009);中国地质调查局吉黑东部综合找矿方法研究项目(12120113098400)

Cross-Hole Radar Travel-Time Tomography Based on Digital Image Segmentation

Qu Xinxin, Li Tonglin, Wang Fei   

  1. College of GeoExploration Science and Technology, Jilin University, Changchun130026, China
  • Received:2013-11-11 Online:2014-07-26 Published:2014-07-26

摘要:

跨孔雷达走时层析成像主要利用雷达波的走时进行反演,走时提取的正确与否将直接影响到层析成像的效果。数字图像分割法基于凸集投影(POCS)方法,使用能量比彩色图像分割技术准确提取走时。数字图像分割法提取走时首先应用在折射地震波的数据处理中。笔者首次将数字图像分割法提取走时的方法应用到跨孔雷达走时层析成像中,使用迭代线性反演算法重建了雷达波速度场。反演过程中,使用最小二乘QR分解法(LSQR)求解线性方程组,利用弯曲射线追踪技术构建雅可比矩阵,走时的计算值则由多模板快速推进算法(MSFM)得到。为了验证数字图像分割法在走时层析成像中的效果,使用一组合成数据及一组实测数据分别对比了基于数字图像分割法和基于传统能量比法获得的层析成像反演结果。对比结果表明,使用数字图像分割法得到的层析成像结果更为精确,误差更小,能为判断地下雷达波速度场提供更为有力的帮助。

关键词: 跨孔雷达, 走时提取, 走时层析成像, 数字图像分割法, 凸集投影

Abstract:

The effectiveness of cross-hole radar tomography depends mainly on the quality of the extracted first arrival-time. Digital image segmentation method, based on the projection onto convex sets (POCS) technique, is used to extract the first arrival-time by segmenting the color image of the energy ratio, and had previously been applied in refracted seismic first arrival-time extraction. We first applied digital image segmentation method into cross-hole radar travel-time tomography to reconstruct the velocity field using an iteratively linearized inversion approach. During the inversion, LSQR algorithm was employed to solve the system of linear equations, Jacobian matrix was constructed by the curved ray tracing technique, and the traveltime was calculated using Multistencils Fast Marching Method (MSFM). We employed a synthetic data set and a field data set to test the effectiveness of the digital image segmentation method in traveltime tomography. For comparison, a traditional energy ratio method is also used for first arrival-time extraction. The result reflected that the tomography based on digital image segmentation method is more accurate with smaller residuals, and can provide more effective judgment for the underground velocity field.

Key words: cross-hole radar, first arrival-time extraction, travel-time tomography, digital image segmentation, projection onto convex sets

中图分类号: 

  • P631.2
[1] 毛子雄, 侯贺晟, 周建波, 符伟. 佳木斯地块—那丹哈达地体近地表速度结构[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(1): 219-228.
[2] 谢樊, 王海燕, 侯贺晟, 高锐. 中亚造山带东段浅表构造速度结构——深地震反射剖面初至波层析成像的揭露[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(2): 584-596.
[3] 刘新彤, 刘四新, 孟旭, 傅磊. 低频缺失下跨孔雷达包络波形反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(2): 474-482.
[4] 冉利民, 刘四新, 李玉喜, 李健伟. 影响跨孔雷达层析成像效果的几个因素[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2013, 43(5): 1672-1680.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 吴远坤, 刘成林, 于春勇. 松辽盆地双城断陷深层原油成藏模式[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(5): 1443 -1456 .
[2] 马荣,石建省,刘继朝. 人工内分泌网络模型在水文地质参数研究中的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2013, 43(3): 914 -921 .
[3] 李宁, 王成文. 东北及邻区晚古生代地层接触关系与佳-蒙地块的形成和演化[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(5): 1331 -1340 .
[4] 胡大千,初凤友,姚 杰. 中太平洋YJA海山富钴结壳矿物组成与元素地球化学[J]. J4, 2006, 36(01): 32 -0037 .
[5] 姜 雪, 程日辉,于民凤. 裂谷地层的气候和构造控制:Zscape模型分析与在松辽盆地北安断陷的应用[J]. J4, 2006, 36(01): 54 -0059 .
[6] 李春柏,张新涛,刘 立,任延广,孟 鹏. 布达特群热流体活动及其对火山碎屑岩的改造作用--以海拉尔盆地贝尔凹陷为例[J]. J4, 2006, 36(02): 221 -0226 .
[7] 孟宪纲,薄万举,刘志广,刘勇,畅柳,李朝柱,王子平. 芦山7.0级地震与巴颜喀拉块体中东段的活动性[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(5): 1705 -1711 .
[8] 陈欢庆, 梁淑贤, 舒治睿, 邓晓娟, 彭寿昌. 冲积扇砾岩储层构型特征及其对储层开发的控制作用——以准噶尔盆地西北缘某区克下组冲积扇储层为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(1): 13 -24 .
[9] 贾大成,邢立新, 潘 军, M. J. van Bergen, H. van Roermund. 伊通上地幔剪切带捕虏体中富铝尖晶石的地球化学特征[J]. J4, 2006, 36(04): 497 -502 .
[10] 谢忠雷,杨佰玲,包国章,董德明. 茶园土壤不同形态镍的含量及其影响因素[J]. J4, 2006, 36(04): 599 -604 .