優(yōu)秀青年科技人才計(jì)劃項(xiàng)目策劃總結(jié)報(bào)告

1、1 / 62優(yōu)秀青年科技人才打算項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告項(xiàng)目名稱：介質(zhì)含水率與探地雷達(dá)信號(hào)關(guān)系研究托付單位：國(guó)土資源部科技與國(guó)際合作司承擔(dān)單位：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院物化探研究所受資助人：方慧起止時(shí)刻：20052005 年 1010 月20082008 年 1111 月國(guó)土資源部二OO九年一月二十日2 / 62目錄一、研究領(lǐng)域及資助研究項(xiàng)目概況 .41、研究領(lǐng)域 .42、資助研究項(xiàng)目概況 .4二、研究領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外進(jìn)展趨勢(shì)和前沿 .61、探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀 .62、測(cè)量物質(zhì)含水率的要緊方法及存在問題 .83、探地雷達(dá)探測(cè)物質(zhì)含水率研究領(lǐng)域現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì) .10三、研究工作總結(jié) .181、研究項(xiàng)目實(shí)施情況 .182、

2、研究工作取得的要緊成果和創(chuàng)新點(diǎn) .19四、經(jīng)費(fèi)使用情況 .513 / 62五、所在單位審核意見1、單位對(duì)受資助者給予的支持 .522、單位學(xué)術(shù)委員會(huì)對(duì)受資助者研究成果的評(píng)價(jià) .523、對(duì)受資助者資助期間總體工作情況的評(píng)價(jià) .54要緊參考文獻(xiàn) .55524 / 62、研究領(lǐng)域及資助研究項(xiàng)目概況1、研究領(lǐng)域 專業(yè)領(lǐng)域： 勘探地球物理 要緊研究方向： 探地雷達(dá)在土壤、 建筑材料含水率監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)研究2、資助研究項(xiàng)目概況 項(xiàng)目名稱： 介質(zhì)含水率與探地雷達(dá)信號(hào)關(guān)系研究 起止時(shí)刻：2005年12月2008年11月 目標(biāo)任務(wù)： 應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)和物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)開展介質(zhì)含 水率與探地雷達(dá)信號(hào)關(guān)系研究，建立

3、探地雷達(dá)測(cè)量信號(hào)與介質(zhì)含 水率之間準(zhǔn)確合理的數(shù)學(xué)關(guān)系模型， 推動(dòng)探地雷達(dá)方法技術(shù)進(jìn)步。 要緊研究?jī)?nèi)容： 探地雷達(dá)三維正演技術(shù)研究； 介質(zhì)含水率 與探地雷達(dá)信號(hào)關(guān)系物理實(shí)驗(yàn)研究；介質(zhì)含水率與探地雷達(dá)信號(hào) 關(guān)系數(shù)值模擬研究。 工作成果： 兩年來， 針對(duì)上述研究?jī)?nèi)容開展了較系統(tǒng)的研 究工作，差不多實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的任務(wù)目標(biāo)，取得如下要緊成果和認(rèn) 識(shí)。5 / 621利用時(shí)刻域有限差分方法實(shí)現(xiàn)了探地雷達(dá)三維正演計(jì)算，編制三維正演軟件。解決了目前探地雷達(dá)常見軟件無法模擬介質(zhì) 孔隙度及含水率變化的問題，為應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)開展介質(zhì)含水 率與探地雷達(dá)信號(hào)關(guān)系問題研究提供了有力工具。2首次應(yīng)用數(shù)值模擬方法研究了在介質(zhì)孔

4、隙度及含水率發(fā) 生變化時(shí)，對(duì)雷達(dá)信號(hào)傳播特征的阻礙規(guī)律。并與物理模型實(shí)驗(yàn) 結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，證明了數(shù)值模擬方法的有效性。3依照數(shù)值模擬結(jié)果， 分析了當(dāng)介質(zhì)的孔隙度或含水率發(fā)生 改變時(shí)，介質(zhì)的等效介電常數(shù)及雷達(dá)波幅值、傳播速度等參數(shù)隨 孔隙度及含水率的變化規(guī)律，并對(duì)這些參數(shù)相對(duì)介質(zhì)孔隙度或含 水率變化的靈敏程度進(jìn)行了對(duì)比分析。4在介質(zhì)含水率數(shù)值模擬中，不僅考慮了介質(zhì)電導(dǎo)率的阻 礙，也考慮了高頻電磁場(chǎng)條件下，由于極化滯后效應(yīng)造成的介電 損耗，并利用物理模型實(shí)驗(yàn)6 / 62結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)比分析，證 明了這種思路的合理性。5通過物理模型實(shí)驗(yàn)，分析了石英砂、瀝青等材料的等效 介電常數(shù)、雷達(dá)波頻

5、譜及傳播速度等參數(shù)隨介質(zhì)含水率的變化規(guī) 律。在此基礎(chǔ)上，提出了介質(zhì)含水率與等效介電常數(shù)之間的數(shù)學(xué) 關(guān)系式。這些數(shù)學(xué)關(guān)系模型，經(jīng)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，可作為探地 雷達(dá)檢測(cè)公路材料含水性的基礎(chǔ)。二、 研究領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外進(jìn)展趨勢(shì)和前沿1、探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀探地雷達(dá)是一種高頻電磁法。與探空雷達(dá)相似，探地雷達(dá)利 用發(fā)射天線以寬頻短脈沖形式向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波在 介質(zhì)電磁性質(zhì)不同的界面處會(huì)產(chǎn)生反射，并被接收天線所接收， 通過分析電磁波在時(shí)刻、空間的傳播特性實(shí)現(xiàn)探測(cè)地下目標(biāo)體的空間位置、 規(guī)模和物理性質(zhì)等目的。 探地雷達(dá)技術(shù)具有分辨率高、 無損、高效等特點(diǎn)。探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用最早可追溯到上世紀(jì)初。早在19

6、10年， 德國(guó)的G.7 / 62Leimback和L? wyc曾以專利形式闡明了這一現(xiàn)象。 第 一次正式應(yīng)用是在1929年用以確定冰河的深度(Stern, 1929, 1930)，之后這種技術(shù)幾乎消逝。直到1950年因有飛機(jī)失事掉進(jìn) 格陵蘭島的冰縫中，才再次采納探地雷達(dá)技術(shù)。受儀器性能和理 論研究等因素的限制，探地雷達(dá)初期的應(yīng)用僅限于波汲取專門弱 的冰層、鹽巖礦等介質(zhì)中(Cook, 1964; Barringer, 1965; Lundien,1966)。隨著儀器信噪比的大大提高和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步， 七十 年代以后，探地雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。1972年更被阿波 羅號(hào)宇宙飛船帶上了月球(

7、Simmons et al., 1972)。目前，探地 雷達(dá)已廣泛應(yīng)用于工程勘察、考古、環(huán)境、軍事等領(lǐng)域。在儀器 制造方面，國(guó)際幾大聞名廠商相繼推出適于不同應(yīng)用的多種儀器系統(tǒng)。在理論研究方面，要緊集中在信號(hào)處理和正反演研究等方 面(Olhoeft,2000)。每?jī)赡暾匍_一次的國(guó)際探地雷達(dá)會(huì)議差不多反映出探地雷達(dá)技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀。我國(guó)探地雷達(dá)研究始于七十年代初期，原地質(zhì)礦產(chǎn)部物探研 究所、煤炭部8 / 62煤炭科學(xué)院等科研單位開展過探地雷達(dá)儀器研制和 野外實(shí)驗(yàn)工作。目前，我國(guó)已有幾百家單位擁有探地雷達(dá)設(shè)備和 有關(guān)技術(shù)人員，行業(yè)覆蓋地質(zhì)、冶金、煤炭、水利、交通、建筑、 考古、環(huán)境及軍事等。要緊使用進(jìn)口儀器，也有少量國(guó)產(chǎn)儀器在 銷售和使用。在研究方面要緊是針對(duì)信號(hào)處理技術(shù)，少數(shù)大學(xué)等 科研機(jī)構(gòu)開