基于弯曲射线的跨孔层析成像算法研究论文

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1、基于弯曲射线的跨孔层析成像算法研究毕业论文I目录第一章序言11.1、研究背景及意义11.2、国内外研究现状及存在的问题21.3、研究内容4第二章层析成像的基本理论62.1、Radon变换62.2、速度层析成像的基本原理82.3、衰减层析成像的原理10第三章层析成像中的正演理论133.1、平直射线的射线追踪133.2、弯曲射线的射线追踪16第四章层析成像中的反演方法354.1、代数重建算法（ART算法）354.2、最小二乘QR分解法（LSQR算法）374.3、联合迭代重建算法（SIRT算法）40第五章结论49参考文献50发表论文53致谢54中文摘要IAbstractIIII基于弯

2、曲射线的跨孔层析成像的算法研究I基于弯曲射线的跨孔层析成像的算法研究第一章序言1.1、研究背景及意义随着国民经济飞速发展，各种占地面积大、设计精巧的高层建筑物大量出现，如高架桥梁，摩天大厦等。科学技术的发展也促使地基基础的设计、施工采用了许多新的工艺与方法。从而对地基勘察提出了许多更新、更高的要求。对于地下不明隐蔽物或喀斯特溶洞基岩构造破碎带等复杂地质问题的工程评价更是地基勘探中的重要课题。目前除了采用超浅层高分辩人工地震和精密磁测方法外，可以采用高精度跨孔层析成像(CT)这一新技术进行勘探[1]。CT（ComputerizedTomography）技术，即计算机层析成像，是由

3、投影重建图像的应用技术之一。图像重建是图像处理的一个很重要的分支，目前已广泛应用于各领域中，其理论基础源于奥地利数学家Radon于1917年发表的“论如何根据函数在流形上的积分来确定函数”一文。在该文中，Radon系统地论证了由积分值(即投影函数值projection)确定被积函数(即重建图像函数)的整套理论方法，CT技术的形成和发展提供了可靠的理论依据。美国物理学家A.M.Cormack在Radon理论基础上做了进一步研究工作，他于1963年在“JournalofAppliedPhysics”上发表文章“用线积分表示函数的方法及其在放射医学上的应用”，并且完成了仿真与实验研究

4、，这标志着由X射线投影重建图像的解析数学方法的确立。1971年，由英国EMI公司工程师G.N.Hounsfield研制出的第一台CT扫描装置在英国一家医院成功安装。至此，CT技术在医学上的成功应用已轰动全球，其在成像方面无可争辩的优越性引起世人瞩目。为此，1979年的诺贝尔生理和医学奖授予了CT的发明者和物理学家A.M.Cormack和工程师G.N.Hounsfiled。此举推动了CT技术的进一步发展，越来越多的人进行CT的理论研究和实验工作，不断地对算法和技术手段进行改进，使得CT技术迅速地应用于各个领域[2]。80年代末CT技术被引入地学中，国内简称“CT”探测。目前国际上

5、存在声波（AT）、电磁波（EM）和电阻率（RT）三种地学“CT”I基于弯曲射线的跨孔层析成像的算法研究途径，是地球物理勘探技术的一项重点创新。其中，电磁波CT探测技术成像精度高、对钻孔壁无破坏性、成本低，很适于在地基工程方面普遍推广。对于复杂地质条件，如地下溶洞、地下不明隐蔽物、不同风化程度的基岩层、断裂或断层分布特征等。电磁波CT层析技术除了能揭示常规勘探折射法可望推断的构造特征外，还能进一步直观而精确地查明那些局部“异常病变体”的位置、形状与性质，这是传统勘探方法难以解决而电磁波CT层析技术却擅长的突出的优点之所在。例如，对于地下岩溶洞的勘探，以往惯常优先采用地质钻孔方法。

6、当然对钻孔直接揭露的溶洞特征可以了解清楚，但由于岩溶洞在空间发育常作串珠状或不规则状，因此单纯依靠钻探来展示岩溶溶洞在整个平面上的发育特征，不仅成本昂贵，而且根本解决不了问题。若采用高分辨超浅层人工地震方法，往往也只能查明垂深向第一个溶洞的顶面埋深情况，而溶洞在不同深度也常呈串珠状。因此也无法圆满解决岩溶洞勘探这一复杂问题。采用电磁波CT层析技术，只要在相邻两个钻孔中进行探测，便可取得钻孔之间的剖面图像，结合已有的钻孔地质资料。便能精确判断整个剖面的地质构造特征、溶洞形态及其它一些细部结构。若采用足够多的井间CT剖面，即能控制住整个场地地下岩溶洞的三维分布特征。对于重大工程和水

7、利枢纽、大桥及高层、超高层建筑等，常要求搞清地下持力层(坚硬土层或基岩)是否存在断裂构造问题，这同样可采用电磁波CT层析技术予以解决。目前，对于地基中基岩风化的判断由于受钻孔数量的限制，几乎无法完整地构画出持力层的平面分布图。由于基岩风化程度的不同，其孔隙度和饱和度有很大的差异，必然使其吸收系数值有很大的变化，从而在电磁波CT层析图像显示上有明显差异，据此可区别风化带界限，为设计提供更为详尽可靠的地质资料。不过，电磁波CT层析成像技术在浅层水饱和软土中的使用效果不明显，因为淤泥质土的水饱和度