频散介质中探地雷达二维有限元正演模拟

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1、中图分类号里鱼31UDC550硕士学位论文学校代码!Q墨圣圣密级公珏频散介质中探地雷达二维有限元正演模拟Tw0dimensionalFiniteElemq：ntMethodForwardo-dimensioniteent0dorwarO111wSimulationForGPRInTheDispersiveMedium作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：谢源地质资源与地质工程地球探测与信息技术地球科学与信息物理学院冯德山副教授论文答辩日期鲨!!：￡!!_7答辩委员会主席中南大学2013年05月原创性声明本人声

2、明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：谗漏学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保

3、存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：望垫墅导师签名霸日期：生年三月翌日频散介质中探地雷达二维有限元正演模拟摘要：探地雷达(GPR)是一种重要的浅层地球物理勘探方法，开展GPR正演则是探地雷达研究的一个重要课题，但目前的探地雷达正演研究大多是没有考虑介质的衰减，正演模拟结果与实测的雷达波形式存在一定的偏差。考虑到实际的地下介质都是频散介质，雷达电磁波在其中传播过程中往往会产生衰减与畸变，势必会影响资料解释效果。为此，本文结合具有不需要

4、计算内部边界条件、适用于物性复杂问题、求解过程规范化等诸多优点的有限单元法进行频散介质中探地雷达正演模拟，显然更贴近探测现实，对实际工作更有指导意义。论文研究得到了国家自然科学基金项目“复杂GPR模型无网格法正演及多参数混合智能优化反演(41074085)”及“基于小波有限元探地雷达正演及偏移处理研究”(40804027)的支持。本文首先回顾了探地雷达正演模拟的发展历史与研究现状，阐述了探地雷达的基本原理及工作参数选取原则。深入分析了频散产生的原因和影响，并以对比图的形式说明了单色频率的衰减及频散和频率、介电常数、电阻率之间的

5、关系。然后从雷达波满足的Maxwell方程组出发，给出了满足Debye关系的频散介质中探地雷达有限元波动方程，推导了该方程的有限元离散格式、透射吸收边界条件的加载、质量矩阵的稳定高效求解方法。基于MATLAB软件平台，编制了考虑衰减的探地雷达正演模拟程序，利用该程序对多个典型地电模型进行了模拟计算，得到了正演模拟剖面图与波场快照。并把该考虑频散的GPR正演模拟结果与非频散介质条件下的模拟结果进行对比，结果表明：频散介质中雷达子波的宽度会发生变化，并随着距离的增大变得越来越大；在频散介质中雷达波的衰减比非频散介质中的衰减要快。该

6、结论对研究媒质对电磁波的衰减和频散的影响具有指导意义，同时也验证了本文算法的可行性和有效性。图49幅，表3个，参考文献65篇。关键词探地雷达，有限单元法，透射边界条件，频散介质，正演模拟分类号：P63ITwo．dimensionalFiniteElementMethodForwardSimulationForGPRInTheDispersiveMediumAbstract：Theground—penetratingradar(GPR)isanimportantshallowgeophysicalexplorationmetho

7、d，tocarryouttheforwardsimulationisanimportanttopicaboutGPR．Butmostofthegroundpenetratingradarforwardstudiesdidnotconsidertheattenuationofthemedium，thusthereiSacertaindeviationofthemeasuredradarwaveform．Takingitintoaccountthattheactualsubsurfacemediaaredispersivemedi

8、um，radarelectromagneticwaveoftenproducesattenuationanddistortioninitspropagationprocess，whichisboundtoaffecttheinterpretationeffectofdata．