层析成像

利用天然的（如地震波）或人工产生的地球物理场（如人工激发的地震波），对探测的地质体成像的一种地球物理技术。层析成像也就是常说的CT技术，其在物理诊断医学中的应用已相当成熟。在应用地球物理学中，其探测原理也十分相似。层析成像分地震层析成像与电磁波层析成像两大类，是新近发展的地球物理勘探技术，已广泛用于工程岩体、油气储层、地质缺陷等的探察中。

原理与方法技术

层析成像的数学基础是雷当（Radon）变换。雷当变换要求不同方向的发射波场，只有旋转发射—接收器组合的方法才称为层析成像，因为只有这种观测方法才能惟一地确定目标的大小、位置和性质。

地震层析成像。古典含义是利用走时数据通过测线追踪对地震波速解析成像的。地震波经过一段路径的旅行时（走时）与波在所经过介质中的传播速度成反比，因此，记录走时可以计算传播介质的波速。由于地球的尺度远大于人体的尺寸，在地球物理勘探中透射波的应用受到一定限制，所以经常利用一对钻孔（或坑道），将震源放入一个钻孔（坑道），接收地震波的检波器放入另一个钻孔（坑道），并按一定的间隔，测出钻孔（坑道）所有不同部位组合的测线走时，从而部分实现发射—接收仪器围绕井（坑道）间探测目标的旋转。这种观测方式称为跨孔（洞）层析成像。利用反射波也可以进行层析成像，但是要事先知道反射面的产状。

电磁波层析成像。与医学X射线CT相似，是将发射高频（大于100kHz）电磁波的天线放入一个钻孔，将接收探头放入另外一个钻孔，量测不同测线电磁波的强度。对于电导率较高的含水层裂隙带或洞穴，由于它们吸收电磁波使接收信号变弱，通过计算可以圈定它们的部位和形态。

对所获得的各个测线的旅行时（走时）或电磁波强度数据，根据雷当变换的原理计算空间的波速或电导率，这种计算称为逆雷当变换（Inverse of Radon Transform ，IRT）。使用的算法有代数重构法（ART）、同时迭代重构法（SIRT）、最小二乘重构法（LSQRT）等。由于在许多情况下记录了全部波场数据，人们在研究用波场数据的反演，用广义雷当变换为基础的波场成像方法。

主要应用范围

工程地震层析成像的应用主要有以下几个方面。

（1）大型工程的基础调查。在大型工程的设计与基础调查中采用地震层析技术，可以有助于了解基础的大致地质结构以及不利地质体的分布部位和形态。

（2）工程老化的病害检测与工程质量监测。对于大坝、河堤、桥墩等工程建筑经常遇到的老化和病害等隐患，地震层析成像是可采用的检测方法之一。

（3）地下工程破损检测。在现代化的城市中，地下隐蔽工程发生破损是常见的事情，层析成像技术可对破损位置及规模进行有效的探测。

现状与发展趋势

中国工程地震层析成像技术的发展，始于20世纪80年代后期，长江水利委员会在三峡坝址进行了地震层析成像试验。90年代以来，地震层析成像方法在中国水利、城建、环保等许多工程领域的应用都取得了显著的效果。该技术的发展方向是：专业仪器设备的改进（三维的工程地震仪，轻便可调频的可控震源及相应的井下设备），虚拟跨孔层析成像方法（可不打钻而取得类似于跨孔地震CT的波速图像），综合三维地震成像观测系统，成像算法的改进与综合解释水平的提高。