Метод георадиолокационного подповерхностного зондирования

Информация - Геодезия и Геология

Другие материалы по предмету Геодезия и Геология

p> 

.

 

Дифракция электромагнитных волн. Это явление возникает в том случае, когда электромагнитными волнами облучается объект, размеры которого сравнимы с преобладающей длиной волны.

Это чрезвычайно важное для георадиолокационных следований явление, которое позволяет определить глубину залегания объекта и скорость распространения электромагнитных волн в среде над объектом. Дифрагированная волна на радарограмме выражается в виде гиперболы (годографа дифрагированной волны), которая описывается следующим уравнением:

 

,

 

Рис. 1 - Схема образования отраженной волны от наклонной границы раздела слоев с разными диэлектрическими проницаемостями (А - глубинный разрез вдоль линии наблюдения; Б -временной разрез)

Рис. 2 - Схема образования дифрагированной электромагнитной волны от трубы (А - глубинный разрез вдоль линии наблюдения; Б - временной разрез)

 

где L - путь, пройденный волной, V - скорость, h - глубина залегания объекта.

Глубинность, разрешающая способность и детальность георадарных исследований.

Глубинностью исследований называется максимальная глубина отражающего объекта, который проявляется на радарограмме. Глубинность исследований тем больше, чем ниже центральная частота возбуждаемых электромагнитных колебаний и выше удельное сопротивление разреза, так как поглощение электромагнитного поля пропорционально корню из произведения частоты и проводимости.

Разрешающей способностью по глубине называют минимальное расстояние по глубине, на котором могут быть различимы два отражающих объекта или их детали. Она определяется длиной волны, которая прямо пропорциональна скорости и обратно пропорциональна частоте электромагнитных волн в среде.

Разрешающая способность по горизонтали определяется размером первой зоны Френеля. Размеры первой зоны Френеля зависят от глубины объекта и центральной частоты зондирующего импульса. Чем меньше глубина и выше частота, тем меньше размер 1ой зоны Френеля и, следовательно, выше разрешающая способность по горизонтали.

При понижении частоты падает разрешающая способность, но увеличивается глубинность исследований. Например, при сопротивлениях 150 -300 Омм и частоте 50 - 100 МГц глубинность составляет в среднем 10 - 15 метров, а разрешающая способность при этом составит 0.5 - 1 м.

Детальность или интервал наблюдений (расстояние между трассами) по профилю зависит от свойств аппаратуры и способа наблюдений. Она определяется двумя характеристиками - количеством сигналов, возбуждаемых и принимаемых в единицу времени и скоростью перемещения по профилю при работе в движении. Рекомендуемое расстояние между трассами 4 - 5 см.

На рис.3 показаны результаты физического моделирования полей дифракции над различными неоднородностями, закопанными в грунт.

 

Рис. 3 - Радарограммы, полученные на тестовом полигоне (Италия). Георадар RAMAC/GPR, частота 200МГц. А - радарограмма, Б - физическая модель разреза

Тестовые объекты: A) полистироловый диск, диаметр 60 см, толщина 30 см, глубина до верхней кромки около 100 см; B) полистироловый диск, диаметр 60 см, толщина 15 см, глубина до верхней кромки около 60 см; C) бетонная труба, диаметр 60 см, глубина до центра около 100 см; D) полихлорвиниловая (PVC) труба, диаметр 20 см, глубина до центра около 60 см; E) железная труба, диаметр 6.35 см, глубина до центра около 60 см; F) железная труба, диаметр 6.35 см, глубина до центра около 30 см; G) деревянный диск, диаметр 60 см, толщина 4 см, глубина до верхней кромки около 60 см; H) железный диск, диаметр 60 см, толщина 4 см, глубина до верхней кромки около 60 см.

Глава 2. Методика и аппаратура

 

.1 Методика

 

Георадарные работы - это аналог метода t? в сейсморазведке. Работы ведутся на постоянном малом расстоянии между источником и приемником. Регистрируются времена прихода отраженных волн, и по этому времени, зная скорость электромагнитной волны, мы можем определить глубину залегания объекта.

 

Рис. 4 - Форма зондирующего импульса

 

Длительность записи одной трассы (развертка) должна превышать двойное время пробега до самого глубокого объекта исследований. Основанием для выбора развертки служат сведения о глубинах и предполагаемые или заранее известные значения скоростей распространения электромагнитных волн в среде. При этом шаг дискретизации по времени должен быть достаточным для детального описания сигнала (10-20 точек на период центральной частоты).

Выбор усиления регистрируемого сигнала - постоянного коэффициента и автоматической регулировки усиления осуществляется непосредственно в начале полевых наблюдений. Оптимально подобранные параметры усиления должны обеспечить запись без зашкалов по амплитуде и сравнимые интенсивности сигналов в начале и в конце интервала регистрации.

 

.2 Аппаратура

 

В последнее время в России широкое распространение получили георадары компании ЛОГИС ОКО-2.

Комплектующие ОКО-2:

Блок управления

Блок управления (БУ) обеспечивает управление всеми режимами работы георадара, производит первичную обработку полученных данных и преобразует сигналы, полученные от антенного блока, в стандартные сигналы для ноутбука (Ethernet, USB). В БУ встроен преобразователь напряжения, предназначенный для питания ноутбука, который обеспечивает выходное напряжение в диапазоне 15..22 В. Мощность преобразователя 60 Вт. К БУ предусмотрено подключение внешней управляющей клавиатуры в ?/p>