APPLIED GEOPHYSICS
 
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应用地球物理  2020, Vol. 17 Issue (2): 267-276    DOI: 10.1007/s11770-020-0814-x
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基于非结构网格的隧道有限元逆时偏移成像*
王京1,2,3,刘江平♦4,程飞5,杨怀杰6 ,黄一凡1, 2, 3          
1. 石家庄铁道大学土木工程学院,河北石家庄 050043;
2. 道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室(石家庄铁道大学),河北石家庄,050043;
3. 河北省金属矿山安全高效开采技术创新中心,河北石家庄 050043;
4. 中国地质大学(武汉)地球内部多尺度成像湖北省重点实验室,湖北武汉 430074;
5. 中国地质大学(武汉)海洋学院,湖北武汉 430074;
6. 核工业北京地质研究院,北京 100029
Reverse time migration imaging of tunnels via the finite element method using an unstructured mesh*
Wang Jing 1,2,3, Liu Jiang-Ping ♦4, Cheng Fei 5, Yang Huai-Jie 6, Huang Yi-Fan 1,2,3
1. School of Civil Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, China.
2. Key Laboratory of Roads and Railway Engineering Safety Control (Shijiazhuang Tiedao University), Ministry of Education, Shijiazhuang 050043, China.
3. Hebei Technology and innovation center on safe and effi cient mining of metal mines, Shijiazhuang Tiedao University,Shijiazhuang 050043, China.
4. Hubei Subsurface Multi-scale Imaging Key Laboratory, Institute of Geophysics and Geomatics, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China.
5. College of Marine Science and Technology, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China.
6. Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China.
 全文: PDF (1785 KB)   HTML ( KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 波场外推是逆时偏移成像的关键步骤。目前隧道逆时偏移成像波场外推过程中大都采用有限差分进行,用“以直代曲”的矩形网格来构建岩溶、断层破碎带等复杂隧道模型,容易造成数值频散,从而降低逆时偏移成像精度。为此,本文基于非结构网格对复杂模型进行贴体剖分的有限元法,进行隧道逆时偏移波场外推;建立了适用于非结构网格有限元法的Poynting 矢量计算方程,并以此来压制低频噪音干扰;利用有限元网格剖分灵活性的特点,通过在逆时偏移成像中考虑隧道空间来压制对称假象;最后,对隧道观测系统进行了讨论,并对复杂隧道模型和实际资料进行成像。结果表明:本文所采取的基于非结构网格噪音压制策略能够有效压制低频噪音和对称假象的干扰,获得更加清晰的逆时偏移成像结果;隧道双边观测系统更有利于获得倾斜界面的真实位置;复杂模型和实际资料的成像结果进一步说明了方法的有效性。
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关键词隧道超前探测   有限元   非结构网格   Poynting 矢量   对称假象     
Abstract: Wavefield extrapolation is critical in reverse time migration (RTM). The finite difference method is primarily used to achieve wavefield extrapolation in case of the RTM imaging of tunnels. However, complex tunnel models, including those for karsts and fault fracture zones, are constructed using regular grids with straight curves, which can cause numerical dispersion and reduce the imaging accuracy. In this study, wavefield extrapolation was conducted for tunnel RTM using the finite element method, wherein an unstructured mesh was considered to be the body-fitted partition in a complex model. Further, a Poynting vector calculation equation suitable for the unstructured mesh considered in the finite element method was established to suppress the interference owing to low-frequency noise. The tunnel space was considered during wavefield extrapolation to suppress the mirror artifacts based on the fl exibility of mesh generation. Finally, the influence of the survey layouts (one and two sidewalls) on the tunnel imaging results was investigated. The RTM results obtained for a simple tunnel model with an inclined interface demonstrate that the method based on unstructured meshes can effectively suppress the low-frequency noise and mirror artifacts, obtaining clear imaging results. Furthermore, the two-sidewall tunnel survey layout can be used to accurately obtain the real position of the inclined interface ahead of the tunnel face. The complex tunnel numerical modeling and actual data migration results denote the eff ectiveness of the finite element method in which an unstructured mesh is used.
Key wordsTunnel advanced prediction   finite element method   unstructured mesh   Poynting vector   mirror artifacts   
收稿日期: 2018-04-25;
基金资助:

本研究由国家自然科学基金(编号:41804145和41704146)河北省自然科学基金(编号:D2018210168)和河北省高等学校科学技术研究项目(编号:QN2019185)联合资助。

通讯作者: 刘江平(E-mail: liujp_geop@126.com)     E-mail: liujp_geop@126.com
作者简介: 王京, 男,2017 年博士毕业,本、硕、博均就读于中国地质大学(武汉),本科以及研究生阶段所学专业为地球物理学,博士阶段所学专业为地球探测与信息技术,现为石家庄铁道大学土木工程学院讲师,目前的主要研究方向为地震波数值模拟及偏移成像。Email: wangjing@stdu.edu.cn.
引用本文:   
. 基于非结构网格的隧道有限元逆时偏移成像*[J]. 应用地球物理, 2020, 17(2): 267-276.
. Reverse time migration imaging of tunnels via the finite element method using an unstructured mesh*[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2020, 17(2): 267-276.
 
没有本文参考文献
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