堤防CT成像的数值模拟研究

潘纪顺 刘宇锋 李长征

摘 要：简述以射线理论为基础的地震CT的基本原理、数学方法、图像重构技术、ART算法和SIRT算法，在现有井间地震CT的基础上研究堤防CT，利用MATLAB编程对堤防进行地震断面CT的数值模拟，通过ART和SIRT重建方法进行反演，分析得出二者在堤防CT应用中的优缺点及适用条件。结果表明：ART算法和SIRT算法都得出了较好的反演结果，提高了探测效率和精度，较好地验证了堤防CT成像技术的正确性和可行性。

关键词：堤防;地震CT;ART算法;SIRT算法

Abstract： The basic principle， mathematical method， image reconstruction technology， ART algorithm and SIRT algorithm of seismic CT based on ray theory were briefly introduced. Based on the existing cross well CT， the embankment CT was studied and the seismic cross-section CT numerical simulation was carried out by MATLAB programming. The advantages and disadvantages of ART and SIRT reconstruction methods in the application of embankment CT were analyzed. Finally， good inversion results were obtained， which improved the accuracy and verified the correctness and feasibility of embankment CT imaging technology.

Key words： embankment; seismic CT; ART algorithm; SIRT algorithm

1 引 言

長久以来，每到汛期，洪灾威胁对两岸居民的安全和生活造成了严重的影响。抵御洪水泛滥、保护人民生活和工农业的生产，堤防已经成为一道重要的屏障。我国江河堤防质量良莠不齐，为了有效防控洪水，堤防隐患探测工作已经变得十分重要。如何高效、准确地确定隐患的分布位置和大小，已经成为堤防隐患探测迫切需要解决的问题 [1]。

20世纪80年代以来，我国开始采用物探方法[2]开展堤防隐患探测的研究工作，如高密度电法[3]、地质雷达法[4]、瞬变电磁法[5]等。物探方法是根据堤防土体与隐患之间的地球物理特性差异来判断是否存在堤防隐患，在堤防质量检测中起到了重要的作用。

目前，地震CT技术[6]已经被多次应用于地球物理勘探的不同工况中[7]。阎生存等[8]对大坝进行ART算法成像研究，推动了CT技术在大坝隐患检测中的发展[9];胡明顺等[10]提出井地地震CT探测的方法;李世民等[11]运用地震CT技术对隧道前方地质情况进行超前预报;靳洪晓等[12]运用地面地震CT技术对浅层地质情况进行勘探研究。……