Incorporando atenuação na modelagem de GPR no domínio do tempo através do modelo de Q constante, usando múltiplos polos de Debye: teoria e aplicação em rochas carbonáticas carstificadas

Dispersion and absorption are important effects contributing to attenuate real GPR (Ground Penetrating Radar) signals and must be incorporated in wave propagation. The constant-Q model (Quality Factor Q) is valid for most rocks for typical GPR frequency ranges. In time-domain wave modeling, to simul...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Santos, Bruno Barauna dos
Outros Autores: Medeiros, Walter Eugênio de
Formato: Dissertação
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Geofísica
Atenuação
Modelo de Debye
Modelo de Q constante
Modelagem de GPR no domínio do tempo
Carste
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/45606
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Santos, Bruno Barauna dos
Incorporando atenuação na modelagem de GPR no domínio do tempo através do modelo de Q constante, usando múltiplos polos de Debye: teoria e aplicação em rochas carbonáticas carstificadas
description Dispersion and absorption are important effects contributing to attenuate real GPR (Ground Penetrating Radar) signals and must be incorporated in wave propagation. The constant-Q model (Quality Factor Q) is valid for most rocks for typical GPR frequency ranges. In time-domain wave modeling, to simulate a constant-Q model, using a superposition of multiple Debye poles, the number of poles and their parameters must be previously specified, given target values for Q and velocity and the useful frequency band of the wavelet. For electromagnetic (and also viscoelastic) waves, this problem is usually formulated as a highly nonlinear optimization problem presenting several solutions, which is solved using global optimization methods. An efficient linear approach to estimate multiple Debye poles to simulate constant-Q models in GPR data is presented. The resulting inverse problem is easy to solve because the number of demanded poles is quite small. For the usual GPR frequency bands, just two or three poles are necessary. The gain in efficiency is particularly high because the approach allows to obtain a rescaled solution that depends just on the frequency band and number of poles. Specific solutions satisfying target values for velocity and Q are obtained from the rescaled solution. Choosing the number of poles is tentatively done so that both velocity and Q curves, as function of frequency, are approximately constant in the specified frequency band. To minimize computational costs in time-domain modeling, as few poles as possible should be used. The importance of introducing attenuation effects is exemplified by presenting a trial-and-error modeling approach to reproduce, as close as possible, a 200 MHz field GPR section acquired in fractured and karstified carbonate rocks.
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In time-domain wave modeling, to simulate a constant-Q model, using a superposition of multiple Debye poles, the number of poles and their parameters must be previously specified, given target values for Q and velocity and the useful frequency band of the wavelet. For electromagnetic (and also viscoelastic) waves, this problem is usually formulated as a highly nonlinear optimization problem presenting several solutions, which is solved using global optimization methods. An efficient linear approach to estimate multiple Debye poles to simulate constant-Q models in GPR data is presented. The resulting inverse problem is easy to solve because the number of demanded poles is quite small. For the usual GPR frequency bands, just two or three poles are necessary. The gain in efficiency is particularly high because the approach allows to obtain a rescaled solution that depends just on the frequency band and number of poles. Specific solutions satisfying target values for velocity and Q are obtained from the rescaled solution. Choosing the number of poles is tentatively done so that both velocity and Q curves, as function of frequency, are approximately constant in the specified frequency band. To minimize computational costs in time-domain modeling, as few poles as possible should be used. The importance of introducing attenuation effects is exemplified by presenting a trial-and-error modeling approach to reproduce, as close as possible, a 200 MHz field GPR section acquired in fractured and karstified carbonate rocks. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq A dispersão e a absorção são efeitos importantes que contribuem para atenuar os sinais reais de GPR (Ground Penetrating Radar) e devem ser incorporados na propagação das ondas. O modelo de Q constante (fator de qualidade Q) é válido para a maioria das rochas para faixas de frequência GPR típicas. Na modelagem de onda no domínio do tempo, para simular um modelo de Q constante, usando uma superposição de vários polos de Debye, o número de polos e seus parâmetros devem ser especificados previamente, dados valores alvo para Q e velocidade e a frequência útil faixa da wavelet. Para ondas eletromagnéticas (e também viscoelásticas), este problema é geralmente formulado como um problema de otimização altamente não linear apresentando várias soluções, que é resolvido usando métodos de otimização global. Uma abordagem linear eficiente para estimar múltiplos polos de Debye para simular modelos de Q constantes em dados GPR é apresentada. O problema inverso resultante é fácil de resolver porque o número de polos exigidos é muito pequeno. Para as bandas de frequência GPR usuais, são necessários apenas dois ou três polos. O ganho de eficiência é particularmente alto porque a abordagem permite obter uma solução redimensionada que depende apenas da banda de frequência e do número de polos. Soluções específicas que satisfazem os valores alvo de velocidade e Q são obtidas a partir da solução redimensionada. A escolha do número de polos é feita provisoriamente de forma que ambas as curvas de velocidade e Q, em função da frequência, sejam aproximadamente constantes na banda de frequência especificada. Para minimizar os custos computacionais na modelagem no domínio do tempo, o mínimo de polos possível deve ser usado. A importância da introdução de efeitos de atenuação é exemplificada pela apresentação de uma abordagem de modelagem de tentativa e erro para reproduzir, o mais próximo possível, uma seção GPR de campo de 200 MHz adquirida em rochas carbonáticas fraturadas e carstificadas. 2022-01-12T16:51:03Z 2022-01-12T16:51:03Z 2021-11-26 masterThesis SANTOS, Bruno Barauna dos. Incorporando atenuação na modelagem de GPR no domínio do tempo através do modelo de Q constante, usando múltiplos polos de Debye: teoria e aplicação em rochas carbonáticas carstificadas. 2021. 69f. Dissertação (Mestrado em Geodinâmica e Geofísica) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/45606 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA

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