Метод георадиолокационного подповерхностного зондирования

Информация - Геодезия и Геология

Другие материалы по предмету Геодезия и Геология

Оглавление

 

Введение

Глава 1. Основы метода

.1 Электромагнитные волны в земле

.2 Отражение и дифракция электромагнитных волн

.3 Глубинность, разрешающая способность и детальность георадарных исследований

Глава 2. Методика и аппаратура

.1 Методика

.2 Аппаратура

Глава 3. Обработка и интерпретация

.1 Обработка данных

.2 Интерпретация георадарных данных

Заключение

Список литературы

 

 

Введение

 

Метод георадиолокационного подповерхностного зондирования (метод георадар) основан на изучении распространения электромагнитных волн в среде.

Идея метода заключается в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства. Такими границами раздела в исследуемых средах являются, например, контакт между сухими и влагонасыщенными грунтами (уровень грунтовых вод), контакты между породами различного литологического состава, между породой и материалом искусственного сооружения, между мерзлыми и талыми грунтами, между коренными и рыхлыми породами.

Все задачи, решаемые с помощью георадара, могут быть разделены на две большие группы с характерными для каждой группы методиками исследований, способами обработки, типами отображения объектов исследования в поле электромагнитных волн и представления результатов. Первая группа включает в себя геологические, гидрогеологические и инженерно-геологические задачи:

картирование геологических структур - поверхности коренных пород под рыхлыми осадками, уровня грунтовых вод, границ между слоями с различной степенью водонасыщения;

определение мощности водного слоя и картирование поддонных отложений.

определение мощности слоя сезонного промерзания/оттаивания, оконтуривание областей вечной мерзлоты, таликов

Вторая группа задач включает в себя поиск локальных объектов, обследование инженерных сооружений, нарушение штатной ситуации, например:

картирование коммуникаций (трубопроводов и кабелей);

исследование участков разреза с нарушенным естественным залеганием грунта - рекультивированных земель, засыпанных выемок.

Таким образом, в настоящее время георадар широко применяется в исследованиях при относительно небольшой глубине залегания целевых объектов (0.5 - 10 метров) за исключением изучения ледников и мерзлых пород, в которых глубинность повышается благодаря высоким сопротивлениям.

 

 

Глава 1. Основы метода

 

.1 Электромагнитные волны в земле

 

Для однородной изотропной среды распространение электрического поля удовлетворяет телеграфному уравнению:

 

 

Если пренебречь второй производной электрического поля, то это уравнение превратится в уравнение диффузии, а если пренебречь первой производной - мы получим волновое уравнение. Для того, чтобы определить, при каких условиях мы можем рассматривать только волновую часть поля, запишем телеграфное уравнение в частотной области:

 

 

где k - волновое число:

 

 

При условии, что

 

 

т.е. при низких проводимостях и высоких частотах, мы можем пренебречь индукцией и рассматривать только волновую часть электромагнитного поля.

Скорость распространения электромагнитной волны зависит от и электрической и магнитной проницаемостей среды. Значения диэлектрической и магнитной проницаемости представляются в виде ?=?о?отн и ?= ?о?отн, где

 

 

магнитная и диэлектрическая проницаемости в вакууме.

Для большинства горных пород значение магнитной проницаемости ?отн близко к единице и не зависит от частоты поля. С учетом этого, скорость распространения электромагнитной волны

 

 

где с - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме

 

 

Скорость электромагнитных волн - наиболее важный для радарных исследований параметр среды, поскольку отраженные волны, которые мы регистрируем, возникают на границах сред с разными скоростями. С другой стороны, разрешающая способность волновых методов определяется длиной волны (?), которая равна

 

 

где f - это частота.

Диэлектрическая проницаемость, а следовательно, и скорость распространения электромагнитных волн незначительно зависят от частоты и типа грунтов, а определяется, главным образом, их влагонасыщенностью. В таблице 1 представлены значения диэлектрической проницаемости, скорости и длины волны (на частоте 100МГц) для некоторых сред.

В сейсморазведке скорости определяют по годографам отраженных волн. В радиолокации таким способом определить скорости очень трудно. Электромагнитные волны быстро затухают, и регистрировать сигналы на большом расстоянии между источником и приемником практически невозможно. Реальные скорости можно определить либо используя априорную информацию о строении разреза, либо по дифрагированным волнам, возникающим на неоднородностях разреза.

 

Таблица 1

 

1.2 Отражение и дифракция электромагнитных волн

 

Распространение электромагнитных волн в первом приближении подчиняется законам геометрической оптики (рис.1. 1, рис. 1.2).

Отражение электромагнитных волн. Коэффициент отражения при нормальном падении волны на границу двух сред 1 и 2 с различной диэлектрической проницаемостью ? будет:

<