基于Pade逼近的Cole-Cole频散介质GPR有限元正演

作     者：王洪华 王敏玲 张智 刘海 WANG HongHua;WANG MinLing;ZHANG Zhi;LIU Hai

作者机构：桂林理工大学地球科学学院桂林541004 广西隐伏金属矿产勘查重点实验室桂林541004 广州大学土木工程学院广州510006 

基　　金：国家自然科学基金项目(41604102 41604039) 广西自然科学基金项目(2016GXNSFBA380082 2016GXNSFBA380215) 广西中青年教师基础能力提升项目(KY2016YB199) 广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心创新团队项目(GXYSXTZX2017-Ⅱ-5)联合资助 

出 版 物：《地球物理学报》 (Chinese Journal of Geophysics)

年 卷 期：2018年第61卷第10期

页      码：4136-4147页

摘      要：针对Cole-Cole频散介质中的复介电常数是jω的分数次幂函数,传统的时域有限元法难以离散及计算时间域分数阶导数,本文采用Pade逼近算法将含有时间分数阶导数的Cole-Cole频散介质电磁波方程推导为一组整数阶辅助微分方程,提出了一种适用于Cole-Cole频散介质的GPR有限元正演模拟算法.在复数伸展坐标系下,通过在频率域Cole-Cole频散介质电磁波方程中引入2个中间变量,并将其变换到时间域,从而以变分形式将PML边界条件加载到Cole-Cole频散介质GPR有限元方程组中,并给出了详细的求解公式.在此基础上,编制了基于Pade逼近的Cole-Cole频散介质GPR有限元正演程序,利用该程序对均匀模型进行计算,并与解析解进行对比,验证了本文构建的GPR有限元正演算法的正确性和有效性.设计了一个复杂Cole-Cole频散介质GPR模型,利用本文构建的GPR有限元正演算法进行模拟并与非频散介质模型的模拟结果进行对比,分析了电磁波在Cole-Cole频散介质中传播衰减增强、子波延伸,分辨率降低等传播规律,有助于实测雷达资料更可靠、更准确的解释.模拟结果表明,基于Pade逼近的GPR有限元正演算法可用于复杂Cole-Cole频散介质结构模拟,且具有较高的计算精度.

主 题 词：探地雷达 Cole-Cole频散介质 时域有限元法 Pade逼近 

学科分类：081801[081801] 081802[081802] 0709[理学-地质学] 0819[工学-海洋工程类] 0707[理学-海洋科学类] 08[工学] 0708[理学-地球物理学类] 0818[工学-交通运输类] 0825[工学-环境科学与工程类] 0704[理学-天文学类] 

核心收录：

D　O　I：10.6038/cjg2018L0214

馆 藏 号：203374210...