井中雷达是一种高效的电磁波探测成像工具,已经被广泛的应用于地球物理勘探领域。相比于常规的地表探地雷达,井中雷达能够满足深地探测的需求,但是其应用的环境却更加复杂,因此对于相应的探测成像方法也就有了更高的要求。本文结合井中雷达实验,分别研究了非高导井孔(井孔中填充非高导介质,如空气、清水等)和高导井孔(井中填充高导介质,如饱和盐水等)条件下的探测成像技术。其中,非高导井孔条件下的探测成像属于常规的井中雷达应用,本文重点研究了由金属电缆所引起的反射导波干扰的抑制方法和改进型的逆时偏移成像算法(能流域逆时偏移);而高导井孔条件下的探测成像技术则是一种非常规应用,它利用由井孔填充介质的高导特性所引起的井中雷达导波对近井壁地质结构进行探测成像,是对常规井中雷达应用的一种补充和发展。本文的具体研究工作主要从以下几个方面展开。1、在常规的井中雷达探测中,为了满足井周远距离目标的探测需求,井孔中一般会填充一些非高导介质,如空气、清水等。本文结合GeoMole井中雷达在非高导井孔条件下的探测实验,介绍和分析了非高导井孔条件下的雷达探测原理和回波信号组成;另外,用于牵引雷达运动或实时数据传输的电缆一般为表面导电的金属电缆,这种金属电缆与井孔会构成一种导波传输系统。当金属电缆与雷达直接相连(距离收、发天线较近)时,雷达天线辐射出的能量能够耦合到电缆表面,并形成表面电流,从而诱导出沿着井孔方向传播的导波。一旦这些导波遇到沿井孔方向的阻抗不连续处时(主要由近井壁的不连续结构造成,如跨孔裂缝、地层分界面等),就会形成反射导波,并被接收天线接收。在记录的雷达剖面中,这些反射导波表现为斜带状条纹,会严重污染非高导井孔条件下的井周目标反射信号,从而为高质量的成像处理带来困难。为了解决反射导波干扰问题,本文除了探讨常规反射导波抑制方法外,还提出了基于偏移处理技术的偏移滤波方法。这种方法还可以广泛应用于其它地球物理信号处理中,如地表地震测量中的地滚波抑制,声波全波列测井中的斯通利波的提取,以及垂直地震剖面测量中的上行波和下行波的分离等。2、在完成对原始雷达数据的预处理(如直达波去除、反射导波等干扰信号的抑制等)后,高精度的偏移成像处理就成为非高导井孔条件下雷达探测成像技术的关键。本文在传统逆时偏移算法的基础上,利用本文提出的能流域波场分离技术,形成了新型逆时偏移成像算法—能流域逆时偏移。在叠前能流域逆时偏移中,首先分别对顺时外推得到的任意时刻入射波场和逆时外推得到的任意时刻反射波场进行能流波场分离,然后对各入射波场能流分量和各反射波场能流分量应用成像条件,并按时间做叠加处理,获得沿不同坐标轴方向的16组分量图像。最后按照一定规则对各分量图像重新组合,就可以获得四组具有不同特点的偏移图像。而对于叠后能流域逆时偏移只需要对记录到的数据进行逆时延拓,并在最后的时间步进行能流波场分离,同样可以得到四组具有不同特点的偏移结果。能流域逆时偏移成像算法在保持传统逆时偏移高精度优点的前提下,能够有效抑制低频噪声、提高图像聚焦度和偏移后图像的方位分辨率。另外,该改进算法还能够直接对不同倾向的目标图像进行分离或分类。3、在一些井中雷达探测应用中(如雷达应用于油田测井),井孔中会填充一些高导介质。由于受到这些高导介质的衰减和约束作用,井中雷达天线辐射出的电磁能量只有较少部分能够进入地层传播,而相当一部分低频能量会被约束在井孔附近区域。这就限制了雷达的远距离探测能力,造成了严重的能量浪费,降低了雷达工作效率。为了能够有效利用这部分能量,本文结合电子科技大学雷达成像测井原型机在高导井孔条件下的测井实验,对高导井孔条件下的雷达探测原理和采集到的雷达回波信号进行了分析处理。此外,本文还基于短时傅里叶变换和奇异值分解理论,实现了从高导井孔条件下的雷达回波数据中快速提取近井地层的归一化视电阻率曲线。该曲线与常规电阻率仪器的测井曲线具有较好的相关性,一方面扩展了雷达成像测井系统的应用功能,为测井评价提供必要信息,另一方面也为本文高导井孔条件下的探测成像分析提供支撑。基于高导井孔条件下的导波传输特性,本文还研究了高导井孔条件下的反射导波视速度与近井地层电磁波速度的关系,为今后利用井中雷达数据求取地层介电常数奠定基础。4、在高导井孔条件下的雷达导波特性研究的基础上,本文进一步开展了在高导井孔条件下利用沿井壁附近区域传播的雷达导波对近井壁地质结构进行探测成像的研究,即高导井孔条件下的导波探测成像。文中结合数值仿真实验和现场测井实验证实了导波探测成像的可行性。而且这种方法能够适用于对近井壁水平(即垂直于井孔方向)地质结构的探测成像,是对常规(非高导到井孔条件)井中雷达探测成像技术的有效补充和发展。该研究在一定程度上扩展了井中雷达的应用功能和范围,对井中雷达的推广有很好的促进作用,特别是对一些高导井孔条件下的雷达测井项目。