頻散介質中探地雷達二維有限元正演模擬.pdf

1、探地雷達(GPR)是一種重要的淺層地球物理勘探方法，開展GPR正演則是探地雷達研究的一個重要課題，但目前的探地雷達正演研究大多是沒有考慮介質的衰減，正演模擬結果與實測的雷達波形式存在一定的偏差?？紤]到實際的地下介質都是頻散介質，雷達電磁波在其中傳播過程中往往會產生衰減與畸變，勢必會影響資料解釋效果。為此，本文結合具有不需要計算內部邊界條件、適用于物性復雜問題、求解過程規(guī)范化等諸多優(yōu)點的有限單元法進行頻散介質中探地雷達正演模擬，顯然更貼近

2、探測現實，對實際工作更有指導意義。
　　論文研究得到了國家自然科學基金項目“復雜GPR模型無網格法正演及多參數混合智能優(yōu)化反演(41074085)”及“基于小波有限元探地雷達正演及偏移處理研究”(40804027)的支持。
　　本文首先回顧了探地雷達正演模擬的發(fā)展歷史與研究現狀，闡述了探地雷達的基本原理及工作參數選取原則。深入分析了頻散產生的原因和影響，并以對比圖的形式說明了單色頻率的衰減及頻散和頻率、介電常數、電阻率之間的

3、關系。
　　然后從雷達波滿足的Maxwell方程組出發(fā)，給出了滿足Debye關系的頻散介質中探地雷達有限元波動方程，推導了該方程的有限元離散格式、透射吸收邊界條件的加載、質量矩陣的穩(wěn)定高效求解方法。基于MATLAB軟件平臺，編制了考慮衰減的探地雷達正演模擬程序，利用該程序對多個典型地電模型進行了模擬計算，得到了正演模擬剖面圖與波場快照。并把該考慮頻散的GPR正演模擬結果與非頻散介質條件下的模擬結果進行對比，結果表明:頻散介質中雷達