(勞雷會議)地質(zhì)雷達處理解釋的一點體會 楊峰

1、地質(zhì)雷達處理解釋的一點體會中國礦業(yè)大學（北京校區(qū)） 楊峰 地質(zhì)雷達應(yīng)用得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。本文主要論述近幾年來在地質(zhì)雷達處理、解釋等應(yīng)用方面的其中一部分做一些探討，希望得到廣大專家的指導(dǎo)。1 水平預(yù)測濾波從地質(zhì)雷達采集的信號來看，存在普遍的水平同相軸信號的干擾。這些水平干擾信號對不同深度信號影響效果不同，越深的信號影響越大。這主要是由于高頻電磁波在地層傳播過程中存在指數(shù)形式的衰減和能量擴散等。因而，在相對變化較小的水平干擾信號的作用下，深部反射信號信噪比明顯低于淺部信號的信噪比。因此對水平干擾信號的去除，就顯得非常重要。如何去除水平信號，其實方法也很多，常用的方法有：（1）背景道去除；（2）

2、窗口滑動平均高通濾波；（3）二維濾波；（4）二維譜的反變化等。不同的方法都有各自的有點，同時也有各自的缺點。不同地區(qū)、不同儀器、不同勘探目的、不同采集方法可能都有不同的方法選取。 作者在研究去除水平信號過程中，也嘗試了不同的數(shù)據(jù)處理方式，在大量數(shù)據(jù)試驗的基礎(chǔ)上，提出水平預(yù)測濾波，將信號預(yù)測和濾波結(jié)合在一起達到去除水平信號的目的。一、常規(guī)不同水平信號去除方法的對比 1原始信號 2、背景去除 背景去除中背景噪聲的計算是對背景道范圍進行求均值運算得出的。這種處理方式對由儀器本身或偶合差異引起的噪聲具有較好的效果。 采用背景去噪。背景去噪是一種常用的處理方法，尤其對數(shù)據(jù)量大的剖面運算，速度快，操作簡單

3、。但是：在進行背景去噪之前，一定要將剖面上沒有的數(shù)據(jù)（如：天線停滯采集的數(shù)據(jù)，隧道的蔽塞洞等）刪除掉，避免這些信號對綜合背景信號的干擾。 3、窗口滑動平均高通濾波 滑動平均高通濾波，其實并不是真正意義上的濾波處理，其原理與背景去除相同，無非該方法的背景噪聲是隨道數(shù)窗口移動，對局部信號的突出有更顯著的效果。 4、二維濾波 二維濾波就是利用FK域中視速度的不同來提取濾波因子，從而達到壓制水平信號的目的。 5、二維譜反變化 首先計算出信號的二維譜值，在對二維譜進行編輯，將去除干擾信號的譜值清楚，在通過反變化達到壓制干擾信號的目的。由于二維譜運算量較大，這種方法比較適合短剖面的處理。二、水平預(yù)測濾波

4、水平預(yù)測濾波只需要輸入一個參數(shù)即可，即預(yù)測步長。通過不同的預(yù)測步長就可以達到水平信號壓制程度不同的目的。預(yù)測步長越小，其水平信號壓制能力越強，否則相反。2 城市區(qū)域雷達勘探高壓線纜信號的識別與去除 在城市區(qū)域進行地質(zhì)雷達勘探，無論屏蔽天線還是非屏蔽天線都會受到高壓線纜的干擾，如果不對這些干擾信號識別和去除，可能將干擾信號錯誤地解釋為地層信號，甚至整個剖面都不能解釋。這里討論的識別和去除并不是針對所有的信號都有效，這里只是拋磚引玉，希望大家能提出更多的方法，擴大我們的思路。一、高壓電纜信號的識別當天線從高壓電線桿經(jīng)過時，在雷達剖面上會形成一個清晰的雙曲線異常，如果不做分析，可能會將該異常解釋為地

5、下金屬管線。其實識別的方法很簡單，就是利用反射雙曲線弧度來求出異常雙曲線的速度，根據(jù)速度大小，來確定異常的來源。如果所求出速度大于0.2m/ns，則可以初步判斷該異常來源高空，可以作為干擾波去除，相反可能來源于地下。 當采用反射雙曲線弧度求速度的時候，一定要進行道間隔均勻化處理，即將所有設(shè)計的道間隔等距離化。二、高壓電纜干擾信號的去除 如何有效地去除高壓電纜信號，也是大家關(guān)心地問題。這里提供地去除方法可以適用于任何突變干擾信號地去除。其步驟如下： 1利用水平預(yù)測濾波去除水平信號 這個步驟其目的就是把電纜線干擾信號提取出來，壓制掉其它任何信號。 2相位取反把經(jīng)過水平預(yù)測濾波信號地相位取反，即正信

6、號變成負信號，負信號變成正信號，其振幅不改變。這個步驟處理后的電纜線干擾信號與原來剖面信號相反。 3剖面疊加 將相位取反的剖面與原始剖面進行疊加，由于電纜線干擾信號與原始剖面相位相反，疊加后被很好壓制。3 地質(zhì)雷達剖面解釋 雷達剖面解釋主要針對顯示的剖面進行的，其主要內(nèi)容有：標記管理及編輯、里程控制、層位追蹤拾取、異常物的標定與統(tǒng)計等。一、標記管理及編輯主要實現(xiàn)如下功能：1在剖面上直接刪除標記 2標間隔數(shù)據(jù)道的等間隔化 3標的規(guī)一化二、里程控制 里程控制主要在實際應(yīng)用中，需要將雷達剖面圖與實際里程結(jié)合起來。 其主要功能如下： 1輸入道間隔參數(shù) 2輸入起始里程和里程方向三、層位追蹤與拾取層位追蹤

7、拾取就是利用信號識別方法，從相鄰道之間找到同一地層反射的波阻抗界面。從層位追蹤結(jié)果可以得到以下不同橫坐標的層位數(shù)據(jù)： 1每一道對應(yīng)的層位數(shù)據(jù) 2標記里程對應(yīng)的層位數(shù)據(jù) 3道里程對應(yīng)的層位數(shù)據(jù)四、異常物體的標記與統(tǒng)計 該功能主要提供對剖面確定異常物在屏幕上的直接標定，例如裂隙、空洞等等。通過標定的結(jié)果，可以根據(jù)標定的屬性直接進行異常物的統(tǒng)計，統(tǒng)計包括如下內(nèi)容： 1異常物體的范圍和大小 2異常物體的數(shù)量4 地質(zhì)雷達地下物體屬性定性解釋 這里主要討論公路路基基礎(chǔ)地質(zhì)雷達探測結(jié)果的分析，主要公路路基探測結(jié)果的數(shù)據(jù)比較充分。采用地質(zhì)雷達技術(shù)進行公路探測，對壓實度差、孔隙度高的地段從雷達剖面來判斷很難達到

8、一致的標準，即對同一剖面，不同人得出的結(jié)果差異很大。因此人為干擾因素很大，為了同一判斷結(jié)果，我們在大量實測數(shù)據(jù)和鉆孔資料的基礎(chǔ)上進行公路路基屬性解釋的研究工作，雖然取得一定結(jié)果，但是與現(xiàn)實要求還是相差甚遠，本次提出也只是提出一種思路，這種思路可能不是最佳的方法，敬請廣大專家提出寶貴意見。一、技術(shù)方法 方法1：本次研究主要采用譜分析的方法，采用的譜信號主要有滑動平均譜和振幅譜。方法2：采用KL變化，提取信號的特征值及其對應(yīng)的特征向量。二、分析結(jié)果對比 1背景介質(zhì)信號對應(yīng)的譜值分布特征 2不同介質(zhì)對應(yīng)的譜值特征 3油面層和水穩(wěn)層對應(yīng)的譜值特征 4水穩(wěn)層離析分析 5水穩(wěn)層軟夾層分析 6水穩(wěn)層松散分析

9、5 地質(zhì)雷達超前預(yù)報定性解釋研究 本次主要采用三維顯示技術(shù)來實現(xiàn)超前預(yù)報的定性解釋研究，三維技術(shù)采用兩種方式進行。一、數(shù)據(jù)來源第一步：輸入掌子面對應(yīng)測線位置。第二步：網(wǎng)格化測線數(shù)據(jù)。采用三種數(shù)據(jù)網(wǎng)格化方式：距離反比、最小二乘法和克里格估值算法。二、地質(zhì)雷達三維平面解釋超前探測系統(tǒng)總體控制系統(tǒng)雷達文件管理G3D文件形成和管理估值算法繪 圖圖形放縮參數(shù)設(shè)置顏色處理距離反比克里格估值最小二乘法在開發(fā)過程中，根據(jù)系統(tǒng)的功能需求把系統(tǒng)分為以下一些模塊：總體控制系統(tǒng)：該模塊含有三個子模塊：圖形放縮、參數(shù)設(shè)置、顏色管理模塊，其中，圖形放縮模塊，是根據(jù)需要對圖形的放大或縮小1.5倍；參數(shù)設(shè)置模塊是對要顯示的圖

10、形采取何種方式的參數(shù)進行設(shè)置；顏色處理：是對圖形的顏色進行設(shè)置和管理。另外，該模塊還具有圖形的存取，和對G3D文件的讀取管理。雷達文件管理：該模塊是對雷達采集的原始數(shù)據(jù)進行管理，同時負責把原始的雷達文件轉(zhuǎn)化為項目管理文件（.prj文件）并對各測線的坐標進行設(shè)定和管理。G3D文件管理模塊：負責把項目管理文件轉(zhuǎn)化為G3D文件（其流程圖見圖），進行參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)格劃分和G3D文件的管理。因為雷達采集的數(shù)據(jù)為單剖面文件，要想利用雷達文件進行數(shù)據(jù)擬合，則在擬合之前，把各個雷達文件轉(zhuǎn)化為擬合所需要的G3D文件是至關(guān)重要，也是程序的重點內(nèi)容之一。把雷達文件轉(zhuǎn)換為G3D文件的前提為：一、雷達文件的在采集時所有參

11、數(shù)的設(shè)置應(yīng)該相同，否則用其轉(zhuǎn)換后的文件進行擬合的結(jié)果沒有任何意義；二、文件的數(shù)目大于兩個，因為如果文件數(shù)目太少其擬合的結(jié)果沒有實際意義。在上述兩個條件的前提下從雷達文件轉(zhuǎn)化成G3D文件的步驟為：(1) 把單個的雷達文件形成一個項目管理文件，并輸入各文件的起始點坐標。(2) 讀取雷達項目管理文件并統(tǒng)計該項目中的測線文件數(shù)目。(3) 對各測線進行檢查，看其各測線的參數(shù)設(shè)置是否一致，如果一致則進行下一步，如果不一致返回出錯信息。(4) 讀入測線的數(shù)據(jù)。(5) 設(shè)置時間間隔，從各項目管理文件的各測線中讀取該時刻的采樣值，形成需要進行擬合的各時刻G3D文件。(6) 設(shè)置擬合參數(shù)，選取擬合算法，對各時刻的

12、文件分別進行擬合，給出擬合結(jié)果。算法模塊：模塊包含三個子模塊：距離反比、最小二乘法和克里格估值算法模塊；其中根據(jù)試驗知，運用克里格算法比其它兩種算法效果要好的多。繪圖模塊：根據(jù)需要繪制各種圖形：反射強度的等直線圖、顏色充填圖和各種預(yù)覽圖、剖面圖。三、三維立體解釋本軟件主要含有三個顯示功能：1、三維模型顯示2、高程模型顯示3、斷面的平面顯示本軟件分為兩個部分：高程數(shù)據(jù)模型和三維數(shù)據(jù)模型。前者有兩種顯示方式高程模型顯示和斷面的平面顯示；后者僅有三維模型顯示一種顯示方式，但可對模型進行剖分。本軟件通過參數(shù)面板框調(diào)整顯示參數(shù)，從而調(diào)整顯示對象的顯示方式等。主要有四個參數(shù)面板框：1、3D：選擇高程或平面顯示、選擇顯示的組