探地雷达方法的原理及工作方法技术简介

由天下分享时间：2025/1/19 2:20:42 加入收藏我要投稿点赞

探地雷达方法的原理及工作方法技术简介

杨可＊,赵新生,赵钦

【摘要】摘要:探地雷达方法是工程地质勘察中应用较多的一种勘探方法,基于电磁波在不同介质中传播时其路径、电磁场强度与波形随所通过的介质的电性质及几何形态而变化,据电磁波的双程走时、幅度与波形推断介质(地质体)的结构。它的高分辨率使其在浅层与超浅层地质调查中有着广阔的应用前景。【期刊名称】西部探矿工程【年(卷),期】2011(023)006 【总页数】2

【关键词】关键词:探地雷达;装置;技术指标;方法技术

1 原理及特点

探地雷达(Ground Penetrating Radar,简称 GPR)方法是一种用于确定地下介质分布的广谱(1MHz～1GHz)电磁技术。探地雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波,另一个天线接收来自地下介质面的反射波。电磁波在介质中传播时,其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此,根据接收到的波双程走时、幅度与波形资料,可推断计算出地质体的形状、大小、埋深等要素。

类似于探空雷达,探地雷达也是利用高频电磁波束的反射探测目标体。然而探空雷达所发射的高频电磁波在无耗介质中传播,探测距离大;相反,探地雷达所发射的高频电磁波在有耗介质中传播,探测距离受到很大限制。和探空雷达相比较,探地雷达的目标体通常为地下埋藏的非金属体,回波能量小,且不需要快速跟踪技术。因而,探地雷达有自己的发射波形和天线设计特点。现如今探地雷达的发展日新

月异,如博泰克 RIS探地雷达在兼具了传统探地雷达各项优点的同时,增添了高灵敏度、高分辨率的天线阵,使浅层和深层探测一次完成,实现了三维立体探测,大大提高了工作效率,具有数据采集完整、快速、低误差等特点。

探地雷达方法,发射天线与接收天线之间距离小甚至合二为一。当地层倾角较小时,反射波的全部路径几乎是垂直地面的,在测线不同位置上反射时间的变化实际反映了地下地层的构造形态。探地雷达工作频率高,在地质介质中以位移电流为主。高频宽频带波传播过程中很少频散,速度基本由介质的介电常数确定。所以说电磁波的传播理论和弹性波有许多相似地方。因此,在地震法勘探中广泛使用的某些技术可以直接用于探地雷达方法。

2 探地雷达仪器结构及特点

探地雷达主要由控制器、发射与接收天线组成。控制器是雷达的核心部分,它是在计算机的基础上配合信号发生触发器、A/D转换器共同组成(见图1)。

3 技术指标

3.1 分辨率

分辨率决定了地球物理方法(探地雷达方法)分辨最小异常介质的能力,分辨率分为垂直分辨率和水平分辨率。 3.2 探测距离

探地雷达能探测到的最深的目的体的深度称为探地雷达的探测距离。当雷达系统选定后,系统的增益(系统增益=仪器发射功率/接收系统背景噪声功率)已知,因此只要到达接收器的回波信号幅度大于接收系统背景噪声功率,那么来自该物体的回波就可以为雷达系统识别。于是探测距离的预测就归结为求目的体的回波的大小。

3.3 电偶极子天线辐射图

当水平电偶极子源P位于地面上方时,接收点M可以接受到从源出发取3条路径到达接收点的波(见图2):直达波、反射波与侧面波。

4 工作方法技术及应用

4.1 探地雷达测量的准备工作 4.1.1 目标体特性与所处环境分析

每接收一个探地雷达测量任务都需要对目标体特性与所处环境进行分析,以确定探地雷达测量能否顺利进行。分析内容包括:目标体深度、目标体几何形态、目标体电性、围岩的不均一性尺度、测区的工作环境等。 4.1.2 测网布置

测量工作进行之前必须建立测区坐标,以便确定记录剖面的平面位置。测网布置与目的体有关,不同的目的体有不同的测网布置。