基于混合边界条件的有限单元法GPR正演模拟

作     者：冯德山 陈承申 王洪华 FENG De-Shan;CHEN Cheng-Shen;WANG Hong-Hua

作者机构：中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 有色金属成矿预测教育部重点实验室长沙410083 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 

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

年 卷 期：2012年第55卷第11期

页      面：3774-3785页

核心收录：

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(41074085 40804027) 湖南省自然基金重点项目(09JJ3084) 中南大学贵重仪器设备开放中心基金资助 

主　　题：探地雷达 有限单元法 混合边界条件 Sarma边界条件 正演模拟 

摘      要：从Maxwell方程组出发,推导了探地雷达(GPR)有限元波动方程.阐述了透射边界条件和Sarma边界条件的原理,推导了这两种边界条件的理论公式;通过在衰减层内加入过渡带优化了Sarma边界条件的加载方法,压制了介质区和衰减层交界面处的人为反射.考虑到透射边界条件与Sarma边界条件不同的理论机制,提出了一种结合透射边界条件和Sarma边界条件的混合边界条件,它利用Sarma边界条件对到达边界区域的GPR波能量衰减功能和透射边界对GPR波能量的透射功能,使GPR波经过Sarma边界条件的衰减吸收后,再通过透射边界条件将剩余能量透射出去,集成了二者的优势.并以二维均匀模型中的中心脉冲激励源方式为例,通过Matlab程序实现,以GPR的全波场快照的直观方式,对比了有、无边界条件及不同边界条件对人工截断边界的处理效果,说明了该混合边界条件对到达截断边界处的GPR波的处理优于单一边界条件.最后,以基于混合边界条件的有限单元法对两个典型的GPR地电模型进行了正演模拟,指导了GPR数据处理与工程实践.