地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件

地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用1904年，德國(guó)的Hulsemeyer首次嘗試用電磁波信號(hào)來(lái)探測(cè)遠(yuǎn)距離地面金屬體，這便是探地雷達(dá)的雛形。1910年，G.Letmbach和H.Lowy在一項(xiàng)德國(guó)專(zhuān)利中指出，用埋設(shè)在一組鉆孔中的偶極天線探測(cè)地下相對(duì)高導(dǎo)電性的區(qū)域，正式提出了探地雷達(dá)的概念。1926年，德國(guó)的Httlsenberg第一個(gè)提出應(yīng)用脈沖技術(shù)確定地下結(jié)構(gòu)的思路，并指出電磁波在介電常數(shù)不同的介質(zhì)交界面上會(huì)產(chǎn)生反射，這個(gè)結(jié)論也成為了探地雷達(dá)研究領(lǐng)域的一條基本理論依據(jù)。1929年Stern進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)的首次實(shí)際應(yīng)用，他用無(wú)線電干涉法測(cè)量冰川的厚度。cook在1960年用脈沖雷達(dá)在礦井中做了試驗(yàn)。但是地下介質(zhì)比空氣對(duì)電磁波有更強(qiáng)的衰減特性，其傳播規(guī)律比在空氣中也要復(fù)雜的多，而早期地質(zhì)雷達(dá)頻率一般比較低，應(yīng)用僅局限于對(duì)電磁波吸收很弱的諸如冰層、巖鹽等介質(zhì)中。隨著現(xiàn)代應(yīng)用電子技術(shù)的高速發(fā)展和人們對(duì)電磁波認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用范圍從低耗散介質(zhì)擴(kuò)展到土層、巖層、混凝土等有耗散介質(zhì)中，例如：地質(zhì)勘查、考古、無(wú)損檢測(cè)、管線探測(cè)以及建筑結(jié)構(gòu)調(diào)查等。地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用11904年，德國(guó)的Hulsemeyer首次嘗試用電磁波信號(hào)來(lái)探測(cè)遠(yuǎn)距離地面金屬體，這便是探地雷達(dá)的雛形。1910年，G.Letmbach和H.Lowy在一項(xiàng)德國(guó)專(zhuān)利中指出，用埋設(shè)在一組鉆孔中的偶極天線探測(cè)地下相對(duì)高導(dǎo)電性的區(qū)域，正式提出了探地雷達(dá)的概念。1926年，德國(guó)的Httlsenberg第一個(gè)提出應(yīng)用脈沖技術(shù)確定地下結(jié)構(gòu)的思路，并指出電磁波在介電常數(shù)不同的介質(zhì)交界面上會(huì)產(chǎn)生反射，這個(gè)結(jié)論也成為了探地雷達(dá)研究領(lǐng)域的一條基本理論依據(jù)。1929年Stern進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)的首次實(shí)際應(yīng)用，他用無(wú)線電干涉法測(cè)量冰川的厚度。cook在1960年用脈沖雷達(dá)在礦井中做了試驗(yàn)。但是地下介質(zhì)比空氣對(duì)電磁波有更強(qiáng)的衰減特性，其傳播規(guī)律比在空氣中也要復(fù)雜的多，而早期地質(zhì)雷達(dá)頻率一般比較低，應(yīng)用僅局限于對(duì)電磁波吸收很弱的諸如冰層、巖鹽等介質(zhì)中。隨著現(xiàn)代應(yīng)用電子技術(shù)的高速發(fā)展和人們對(duì)電磁波認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用范圍從低耗散介質(zhì)擴(kuò)展到土層、巖層、混凝土等有耗散介質(zhì)中，例如：地質(zhì)勘查、考古、無(wú)損檢測(cè)、管線探測(cè)以及建筑結(jié)構(gòu)調(diào)查等。1904年，德國(guó)的Hulsemeyer首次嘗試用電磁2地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件3非屏蔽天線可應(yīng)用于：基巖探測(cè)、地質(zhì)分層、巖熔及空洞探測(cè)、湖(河)底形態(tài)調(diào)查、隧道超前探測(cè)、壩體深部探測(cè)、古墓及其它未知物探測(cè)、冰川調(diào)查、滑坡調(diào)查等土木建筑、地質(zhì)學(xué)及水文地質(zhì)學(xué)方面。非屏蔽天線可應(yīng)用于：基巖探測(cè)、地質(zhì)分層、巖熔及空洞探測(cè)、湖(4

探地雷達(dá)（GroundPenetratingRadar）是一種高科技的地球物理探測(cè)儀器，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于高速公路，機(jī)場(chǎng)的路面質(zhì)量檢測(cè)；隧道，橋梁，水庫(kù)大壩檢測(cè)；地下管線，地下建筑的檢測(cè)等諸多的工程領(lǐng)域。探地雷達(dá)利用一個(gè)天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個(gè)天線接受來(lái)自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間（亦稱(chēng)雙程走時(shí)）、幅度與波形資料，可推斷地下介質(zhì)的分布情況。探地雷達(dá)（GroundPenetratingRa5一、基本原理

地質(zhì)雷達(dá)屬于高頻電磁波，工作原理是基于電磁波的反射原理。地質(zhì)雷達(dá)由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻脈沖波的發(fā)射機(jī)和向外輻射電磁波的天線(Tx)組成。通過(guò)發(fā)射天線電磁波以60°～90°的波束角向地下發(fā)射電磁波，電磁波在傳播途中遇到電性分界面產(chǎn)生反射。反射波被設(shè)置在某一固定位置的接收天線（Rx）接收，與此同時(shí)接收天線還接收到沿巖層表層傳播的直達(dá)波，反射波和直達(dá)波同時(shí)被接收機(jī)記錄或在終端將兩種顯示出來(lái)。一、基本原理地質(zhì)雷達(dá)屬于高頻電磁波，工作原6地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件7地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件8圖1地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理示意圖圖1地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理示意圖9

圖中T為發(fā)射天線,R為接收天線,兩者間距為X,H為反射點(diǎn)的埋深。波從T出發(fā),按幾何光學(xué)原理經(jīng)。返回地面到達(dá)的時(shí)間為。設(shè)電磁波在介質(zhì)中的傳播速度為。由簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系可得出圖中T為發(fā)射天線,R為接收天線,兩者間10

當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)精確測(cè)得的走時(shí)t，由公式求得目標(biāo)體的深度H。式中x值即收發(fā)距，在剖面測(cè)量中是固定的；v值可用寬角法直接測(cè)量，也可以根據(jù)近似計(jì)算公式計(jì)算：c為光速；為地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)精確測(cè)得11地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件12介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)電磁波速度V（m/ns)水810.033空氣10.3雪（濕）4—120.09—0.15石灰?guī)r7(6)0.11(0.12)土壤(干)4(3—5)0.15(0.13—0.18)土壤（含水20%）10(4—40)0.095(0.05—0.15)冰3.20.17銅或鐵1----常見(jiàn)介質(zhì)的和介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)電磁波速度V（m/ns)水810.033空氣13

波的雙程走時(shí)由反射脈沖相對(duì)于發(fā)射脈沖的延時(shí)而確定。雷達(dá)圖形常以脈沖反射波的波形形式記錄。波形的正負(fù)峰分別以黑色和白色表示，或以灰階或彩色表示。這樣，同相軸或等灰度、等色線，即可形象地表征出地下反射界面。在波形記錄上，各測(cè)點(diǎn)均以測(cè)線的鉛垂方向記錄波形，構(gòu)成雷達(dá)剖面。波的雙程走時(shí)由反射脈沖相對(duì)于發(fā)射脈沖的延時(shí)而14

由于探地雷達(dá)的電磁波主要是在非理想介質(zhì)中傳播的所以其衰減的速度非常快，這構(gòu)成了雷達(dá)應(yīng)用的主要障礙，即探測(cè)的深度有限。電磁波的電場(chǎng)強(qiáng)度隨著距離的衰減規(guī)律是：

其中為介質(zhì)的吸收系數(shù)，它隨電導(dǎo)率的增大和介電常數(shù)的減小而增大。趨膚深度由于探地雷達(dá)的電磁波主要是在非理想介質(zhì)中傳播15

發(fā)射天線發(fā)射電磁波穿透地下介質(zhì)穿透深度取決于介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率記錄反射時(shí)間介質(zhì)中電磁波速度一般在50-150m/μs

工作模式:反射（多數(shù)情況下使用）透射（層析成像、雷達(dá)CT,鉆孔雷達(dá)或?qū)Υ┨綔y(cè)）探地雷達(dá)是如何工作的？發(fā)射天線發(fā)射電磁波穿透地下介質(zhì)探地雷達(dá)是如何工作16

發(fā)射天線發(fā)射電磁波穿透地下介質(zhì)穿透深度取決于介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率記錄反射時(shí)間介質(zhì)中電磁波速度一般在50-150m/μs

工作模式:反射（多數(shù)情況下使用）透射（層析成像、雷達(dá)CT,鉆孔雷達(dá)或?qū)Υ┨綔y(cè)）探地雷達(dá)是如何工作的？發(fā)射天線發(fā)射電磁波穿透地下介質(zhì)探地雷達(dá)是如何工作17GPR工作方法–反射

雷達(dá)探測(cè)的95%是用偶極反射模式

從原理上將，GPR類(lèi)似于聲納設(shè)備發(fā)射機(jī)發(fā)射一“列”電磁脈沖，該脈沖在介質(zhì)中傳播

在地下介質(zhì)的電特性有變化的地方發(fā)生反射(即散射)

接收機(jī)拾取“背散射”信號(hào)，記錄它并將其顯示在計(jì)算機(jī)屏幕中

GPR工作方法–反射雷達(dá)探測(cè)的95%是用偶極反射模18GPR方法-反射Time[ns]Depth[m]?Length[m]GPR方法Time[ns]Depth[m]?Lengt19GPR工作方法–層析成像(鉆孔雷達(dá))GPR工作方法–層析成像(鉆孔雷達(dá))20二、地下介質(zhì)的電特性二、地下介質(zhì)的電特性21電特性

要探測(cè)的介質(zhì)的電特性,決定雷達(dá)方法是否適用。在用雷達(dá)進(jìn)行地質(zhì)勘探時(shí),水是決定電特性的最主要的因素。

電導(dǎo)率(穿透深度…)

相對(duì)介電常數(shù)

(對(duì)比度,信號(hào)速度,“足印”…)

水

(與上面參數(shù)有關(guān))電特性要探測(cè)的介質(zhì)的電特性,決定雷達(dá)方法是否適用。電22傳導(dǎo)電流:Jc=sE

s=電導(dǎo)率(S/m)s=1/r(電阻率,Wm)

電導(dǎo)率是一個(gè)物體傳導(dǎo)電流的能力（或電荷在介質(zhì)中流動(dòng)的難易程度。如:-電子在金屬板內(nèi)

-水中離子的移動(dòng)

NoE-field

E-fieldappliedNoE-field

電特性傳導(dǎo)電流:NoE-fieldE-fieldNoE-f23GPR信號(hào)的穿透深度與土壤的導(dǎo)電率有關(guān)(低致金屬目標(biāo)體):電特性0204060801001200,512481632土壤導(dǎo)電率mS/m

Depth(feet)01020302551535

Depth(meter)GPR信號(hào)的穿透深度與土壤的導(dǎo)電率有關(guān)(低致金屬目標(biāo)體)24土壤中的水含量與電導(dǎo)率-8-7-6-5-4-3-2-10051015202530水含量(水的重量/土壤重量)電導(dǎo)率的對(duì)數(shù)(mS/m)電特性土壤中的水含量與電導(dǎo)率-8-7-6-5-4-3-2-100525關(guān)于電導(dǎo)率和GPR探測(cè)的有用建議:

當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的電導(dǎo)率小于10mS/m(或大于100Ohmm),GPR方法通常會(huì)得到好的結(jié)果當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的電阻率小于30Ohmm),GPR方法無(wú)法應(yīng)用電特性關(guān)于電導(dǎo)率和GPR探測(cè)的有用建議:電特性26極化電流:D=eE

e=介電常數(shù)(F/m)er=e/e自由空間(標(biāo)量)

相對(duì)介電常數(shù)的值表示將介質(zhì)中電荷分開(kāi)的力。如:-分子偶極子的移動(dòng)一些分子的特性

-金屬物體中的電荷嵌在周?chē)h(huán)境內(nèi)

NoE-field

E-fieldappliedNoE-field

電特性極化電流:NoE-fieldE-fieldNoE-f27相對(duì)介電常數(shù)和GPR信號(hào)速度的關(guān)系:v=介質(zhì)中GPR信號(hào)的速度

c=光速er=相對(duì)介電常數(shù)電特性相對(duì)介電常數(shù)和v=介質(zhì)中GPR信號(hào)的28相對(duì)介電常數(shù)和“足印”的關(guān)系:“足印”定義為探測(cè)的“有效區(qū)域”電特性屏蔽天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)介電常數(shù)和“足印”的關(guān)系:電特性屏蔽天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)29反射系數(shù):

電磁波反射是由地下土壤中電阻抗的變化產(chǎn)生的。對(duì)GPR頻率范圍，地下介質(zhì)的阻抗變化主要由相對(duì)介電常數(shù)的變化決定的。

此處:z1=第1層的阻抗z2=第2層的阻抗r=反射系數(shù)電特性反射系數(shù):此處:電特性30當(dāng)Pr>0.01時(shí)就能有足夠的反射反射系數(shù):

對(duì)GPR,反射系數(shù)近似等于“反射能力”(Pr)電特性反射系數(shù):電特性3102040608010011020304050607081%水含量相對(duì)介電常數(shù)電特性水含量與相對(duì)介電常數(shù):

多數(shù)干燥的地下介質(zhì)，其相對(duì)介電常數(shù)值<10

水的相對(duì)介電常數(shù)是81

0204060801001102030405060708132三、探地雷達(dá)常用詞匯的含義三、探地雷達(dá)常用詞匯的含義33[t]振幅Δt[t]時(shí)間窗原始信號(hào)采集后復(fù)制的信號(hào)Δt采樣周期時(shí)間窗=樣點(diǎn)數(shù)*Δt采樣頻率=Δt1樣點(diǎn)數(shù)、采樣頻率、時(shí)間窗（以實(shí)時(shí)采樣為例）為什么雷達(dá)不是實(shí)時(shí)采樣?[t]振幅Δt[t]時(shí)間窗原始信號(hào)采集后復(fù)制的信號(hào)Δt采樣周34接收機(jī)接收的信號(hào)[t]112發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)周期2334455667878重復(fù)采樣原理（取樣示波）每一個(gè)采樣周期，發(fā)射機(jī)都發(fā)射一個(gè)完整的脈沖信號(hào)，接收機(jī)記錄其中一個(gè)點(diǎn)的信號(hào)脈沖重復(fù)頻率！接收機(jī)接收的信號(hào)[t]112發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)周期235采樣頻率：最好大于天線中心頻率的10倍（一定不要小于6倍），一般達(dá)到20倍就足夠了，再增加采樣頻率信號(hào)也不會(huì)改善。時(shí)間窗/樣點(diǎn)數(shù)：時(shí)間窗根據(jù)你準(zhǔn)備探測(cè)的深度確定，最好比你期望的探測(cè)深度大30%。要增大時(shí)間窗，最好的辦法是增加樣點(diǎn)數(shù)，盡量不要降低采樣頻率。信號(hào)位置/直達(dá)波：一般把直達(dá)波的起始位置調(diào)到30個(gè)樣點(diǎn)處（通常自動(dòng)搜索就夠了，不行的話手動(dòng)調(diào)整）采樣頻率：最好大于天線中心頻率的10倍（一定不要小于6倍），36發(fā)射機(jī)

接收機(jī)目標(biāo)物空氣波

地下直達(dá)波

反射波

XD電磁波的傳播路徑土壤(εr,σ)發(fā)射機(jī)接收機(jī)目標(biāo)物空氣波地下直達(dá)波反射波XD37實(shí)際雷達(dá)圖像的直達(dá)波直達(dá)波反射目標(biāo)體單道波形雜波實(shí)際雷達(dá)圖像的直達(dá)波直達(dá)波反射目標(biāo)體單道波形雜波38疊加次數(shù)：疊加是通過(guò)平均來(lái)提高信噪比，噪聲水平是疊加次數(shù)平方根的倒數(shù)。兩種疊加方式：樣點(diǎn)疊加（在點(diǎn)測(cè)時(shí)使用），優(yōu)點(diǎn)是采集時(shí)天線不動(dòng)，效果好；道疊加（時(shí)間和距離采集時(shí)使用）優(yōu)點(diǎn)是方便。采集模式：測(cè)距輪（距離）：最常用方式，結(jié)果解釋準(zhǔn)確可靠時(shí)間：當(dāng)無(wú)法沿確定測(cè)線探測(cè)時(shí)，如果GPS信號(hào)有，可以采用。鍵盤(pán)（點(diǎn)測(cè)）：低頻天線做深部探測(cè)采用，疊加可以很高道：在地面上某一點(diǎn)采集的一個(gè)完整的波形道間距/時(shí)間間隔：根據(jù)探測(cè)需要選取天線中心頻率：每個(gè)天線都有一個(gè)頻率范圍，它不是單頻的疊加次數(shù)：疊加是通過(guò)平均來(lái)提高信噪比，噪聲水平是疊加次數(shù)39電磁波的頻率分布（頻譜）n=∞ T(t)=a0+∑ancos(n2t*f+?n)n=1=c/f電磁波的頻率分布（頻譜）n=∞40帶寬的定義：帶寬B:fh–fl,-10dB為極限值分?jǐn)?shù)帶寬:Bfc通常用%表示帶寬和中心頻率決定了探測(cè)的效果脈沖寬度,W=1B中心頻率,fc=fl+fh–fl

2帶寬的定義：帶寬B:fh–fl,-10dB為41下面的例子可以看出帶寬的重要性帶寬低的雷達(dá)圖像被稱(chēng)為“煙圈（震蕩）”下面的例子可以看出帶寬的重要性帶寬低的雷達(dá)圖像被稱(chēng)為“煙圈（42天線的方向性在實(shí)際使用中的影響：RTA天線：收發(fā)天線順向排列，對(duì)極淺部物體無(wú)法探測(cè)。平行排列天線：沿X方向移動(dòng)（屏蔽天線一般這樣用），得到的信息多；沿Y方向移動(dòng)：可以更好地穿透鋼筋網(wǎng)，結(jié)果可能會(huì)好些天線的方向性在實(shí)際使用中的影響：RTA天線：收發(fā)天線順向排列43雷達(dá)分辨率

分辨率決定了地球物理方法分辨最小異常介質(zhì)的能力。雷達(dá)分辨率可以分為垂直分辨率與水平分辨率。1、垂直分辨率我們將探地雷達(dá)剖面中能夠區(qū)分一個(gè)以上反射界面的能力稱(chēng)為垂直分辨率。雷達(dá)分辨率分辨率決定了地球物理方法分辨最小異常介質(zhì)44地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件45地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件46地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件47地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件48地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件49地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件50地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件51地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件52例:800MHz天線,介質(zhì)速度100m/us->λc=12.5cmδr=3cm在深度10cm時(shí)δl=8cm在深度50cm時(shí)δl=18cm在深度100cm時(shí)δl=25cm水平分辨率隨深度的增加而降低例:水平分辨率隨深度的增加而降低53雷達(dá)的分辨率：注意：雷達(dá)天線是寬頻的，它有各種頻率成分，因此用800兆天線達(dá)到2.1厘米的分辨率是可能的！不要過(guò)分拘泥于理論細(xì)節(jié)，電磁波太復(fù)雜！雷達(dá)的分辨率：注意：雷達(dá)天線是寬頻的，它有各種頻率成分，因此54四、電磁波速度的確定四、電磁波速度的確定55當(dāng)有反射體存在時(shí)，雷達(dá)只記錄電磁波走的時(shí)間。為了準(zhǔn)確了解反射體的埋深，我們必須知道電磁波在該介質(zhì)中的傳播速度。確定電磁波速度有以下方法:使用標(biāo)準(zhǔn)速度通過(guò)已知深度的目標(biāo)體進(jìn)行校正雙曲線擬合偏移處理共中心點(diǎn)探測(cè)實(shí)驗(yàn)室方法當(dāng)有反射體存在時(shí)，雷達(dá)只記錄電磁波走的時(shí)間。為了準(zhǔn)確了解反射561.使用標(biāo)準(zhǔn)速度材料 速度(m/us)空氣 300水 33干沙 150飽含水的沙 60石灰?guī)r 110頁(yè)巖 90淤泥 70粘土 60花崗巖 130混凝土 110冰 160結(jié)合你在這一地區(qū)使用雷達(dá)的經(jīng)驗(yàn)確定電磁波速度，這是最簡(jiǎn)單也是最經(jīng)常使用的方法。不過(guò)電磁波速度和含水量有很大的關(guān)系。1.使用標(biāo)準(zhǔn)速度材料 速度(m/us)結(jié)合你在這一地區(qū)572.根據(jù)已知深度的目標(biāo)物進(jìn)行校正實(shí)際使用時(shí)，最常用的方法是做一條剖面在剖面中尋找一個(gè)已知點(diǎn)（如管線、鉆孔等），通過(guò)已知目標(biāo)物的深度計(jì)算出速度，然后得出其它地下物體的速度。V=2d/t2.根據(jù)已知深度的目標(biāo)物進(jìn)行校正實(shí)際使用時(shí)，最常用的方法是583.拋物線擬合對(duì)管線探測(cè)較方便，知道某根管子的直徑，就可以擬合出速度來(lái)3.拋物線擬合對(duì)管線探測(cè)較方便，知道某根管子的直徑，就可以594.偏移處理把不同的速度用到雷達(dá)圖像上,可以找到真正的速度速度太低速度太高速度合適4.偏移處理把不同的速度用到雷達(dá)圖像上,可以找到真正的速605.共中心點(diǎn)法–速度探測(cè)(WARR)

速度探測(cè)是估計(jì)介質(zhì)中信號(hào)速度的方法寬角反射折射(WARR)和共中心點(diǎn)(CMP)

是兩種速度探測(cè)的最常用的方法。這兩種方法都需要分離的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)

WARR法采集數(shù)據(jù)時(shí)，需要一個(gè)平坦的水平的反射體但采集時(shí)很快速和容易速度＝地表波斜率的倒數(shù)＝dx/dt5.共中心點(diǎn)法–速度探測(cè)(WARR)速度探測(cè)是估計(jì)介61速度探測(cè)(CMP)CMP采集時(shí)比較麻煩但只需要一個(gè)點(diǎn)狀反射體速度探測(cè)(CMP)626.實(shí)驗(yàn)室法可以得到非常精確的速度值（測(cè)出介質(zhì)介電常數(shù)），但很少使用:選擇有代表性的樣本非常困難實(shí)驗(yàn)室設(shè)備很昂貴需要耗費(fèi)很多時(shí)間最貴的方法6.實(shí)驗(yàn)室法可以得到非常精確的速度值（測(cè)出介質(zhì)介電常數(shù)），63二、雷達(dá)儀器介紹國(guó)外瑞典MALA公司的RAMAC/GPR雷達(dá)系列美國(guó)GSSI公司的SIR系列雷達(dá)（美國(guó)勞雷公司代理銷(xiāo)售）加拿大Sensrs&Software公司pulseEKKO型探地雷達(dá)

國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r是：首先通過(guò)引進(jìn)國(guó)外的雷達(dá)儀器，進(jìn)行研究和應(yīng)用，然后開(kāi)發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自己的雷達(dá)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)有電子部22所，航天部愛(ài)迪爾公司、驕鵬公司和中國(guó)礦大（北京）四家單位相繼推出了自己的雷達(dá)產(chǎn)品。二、雷達(dá)儀器介紹國(guó)外642.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）主要特點(diǎn)1.高集成化、真數(shù)字式、高速、輕便。2.系統(tǒng)集成化程度高，體積小、重量輕（主機(jī)重量?jī)H為2.4公斤）。

3.功耗低，主機(jī)功耗僅為25W；系統(tǒng)耗電量低，不需電瓶供電，為野外工作提供方便。

4.天線與主機(jī)之間采用光纖連接，頻帶寬、速度快、數(shù)據(jù)質(zhì)量好、抗干擾能力強(qiáng)，因此發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及主機(jī)之間不會(huì)相互干擾。

5.100兆、250兆、500兆、800兆及1000兆天線采用屏蔽方式，因此其抗干擾能力強(qiáng)。

6.主機(jī)與計(jì)算機(jī)之間采用ECP并口傳輸方式，數(shù)據(jù)傳輸速度快。

7.主機(jī)可與低頻、中頻、高頻天線全部兼容，同時(shí)與孔中天線也兼容，因此性能價(jià)格比高，為用戶添置新天線節(jié)約資金。

8.顯示方式采用外接筆記本方式。2.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）主要特點(diǎn)652.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）2.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）662.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）2.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）672.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）2.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）682.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）2.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）69RAMAC/GPR非屏蔽天線是低頻天線，主要用于深層探測(cè)，該天線只能與CUII主機(jī)配合使用。典型的非屏蔽天線有25MHz、50MHz、100MHz、200MHz天線。所有的RAMAC/GPR非屏蔽天線均使用同樣的發(fā)射機(jī)及接收機(jī)、光纖、瑪拉測(cè)鏈、天線分離架及主控單元。天線重量輕，適用于單人操作。收、發(fā)天線容易分離，可以采用CMP法（共中心點(diǎn)）計(jì)算速度。非屏蔽天線可應(yīng)用于土木建筑、地質(zhì)學(xué)及水文地質(zhì)學(xué)等。2.1瑞典探地雷達(dá)（RAMAC/GPR）RAMAC/GPR非屏蔽天線是低頻天線，主要702.2SIR雷達(dá)介紹該型號(hào)探地雷達(dá)儀器的特點(diǎn)是：系統(tǒng)高度集成化、數(shù)字化，操作簡(jiǎn)單化，天線屏蔽干擾小，探測(cè)范圍廣，分辨率高，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和信號(hào)增強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示二維彩色圖像。其配置的探測(cè)天線系列化，可應(yīng)用與各類(lèi)地下目的體及目的層的檢測(cè)與探測(cè)。2.2SIR雷達(dá)介紹該型號(hào)探地雷達(dá)儀器的特點(diǎn)是：系統(tǒng)高度712.2SIR雷達(dá)介紹SIR-20高速高精度多通道透視雷達(dá)SIR-3000便攜式透地雷達(dá)2.2SIR雷達(dá)介紹SIR-20高速高精度多通道透視雷達(dá)72100MHz400MHz2.2SIR雷達(dá)介紹200MHz100MHz400MHz2.2SIR雷達(dá)介紹200MHz73900MHz1200MHz2.2SIR雷達(dá)介紹900MHz1200MHz2.2SIR雷達(dá)介紹74。2.2SIR雷達(dá)介紹。2.2SIR雷達(dá)介紹752.2SIR雷達(dá)介紹2.2SIR雷達(dá)介紹762.3加拿大EKKO型雷達(dá)ThepulseEKKO100(1000)systemprovidesshielded,fullbi-staticoperationalcapability.TheabilitytomovetheantennasindependentlyallowsbothsimplereflectionprofilingsurveysaswellasCMP,multioffsetandtransilluminationexperimentstobeconducted.Theversatilityofthesystemallowsforvariationinpolarizationaswellasanumberofothergeometricaltransducerconfigurations.EKKO-100型EKKO-1000型400MHz2.3加拿大EKKO型雷達(dá)ThepulseEKKO772.4中國(guó)電波傳播研究所——青島分所：LTD-32.4中國(guó)電波傳播研究所——青島分所：LTD-3782.4中國(guó)電波傳播研究所——青島分所：LTD-32.4中國(guó)電波傳播研究所——青島分所：LTD-379三、野外工作方法

探地雷達(dá)的野外工作，必須根據(jù)探測(cè)對(duì)象的狀況及所處的地質(zhì)環(huán)境并選擇合適的測(cè)量參數(shù)，才能保證雷達(dá)記錄的質(zhì)量。1）、剖面法2）、多次覆蓋3）、寬角法3.1測(cè)量方式三、野外工作方法探地雷達(dá)的野外工作，必須根801）、剖面法

剖面法是發(fā)射天線(T)和接收天線(R)以固定間距沿測(cè)線同步移動(dòng)的一種測(cè)量方式，當(dāng)發(fā)射天線與接收天線間距為零，亦即發(fā)射天線與接收天線合二為一時(shí)稱(chēng)為單天線形式，反之稱(chēng)為雙天線形式。剖面法的測(cè)量結(jié)果可以用探地雷達(dá)時(shí)間剖面圖來(lái)表示。該圖像的橫坐標(biāo)記錄了天線在地表的位置；縱坐標(biāo)為反射波雙程定時(shí)，表示雷達(dá)脈沖從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)地下界面反射回到接收天線所需的時(shí)間。這種記錄能準(zhǔn)確反映測(cè)線下方地下各反射界面的形態(tài)。1）、剖面法剖面法是發(fā)射天線(T)和接收天線(R81地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件82地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件83地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件842）、多次覆蓋法

由于介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收，來(lái)自深部界面的反射波會(huì)由于信噪比過(guò)小而不易識(shí)別。這時(shí)可應(yīng)用不同天線距的發(fā)射—接收天線在同一測(cè)線上進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，然后把測(cè)量記錄中相同位置的記錄進(jìn)行疊加，這種記錄能增強(qiáng)對(duì)深部地下介質(zhì)的分辨能力。2）、多次覆蓋法由于介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收，來(lái)85地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件863）、寬角法

當(dāng)一個(gè)天線固定在地面某一點(diǎn)上不動(dòng)，而另一個(gè)天線沿測(cè)線移動(dòng)，記錄地下各個(gè)不同界面反射波的雙程走時(shí)，這種測(cè)量方式稱(chēng)為寬角法。

這種測(cè)量方式的目的是求取地下介質(zhì)的電磁波傳播速度。3）、寬角法當(dāng)一個(gè)天線固定在地面某一點(diǎn)上不87地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件883.2探地雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)3.2探地雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)893.2探地雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)3.2探地雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)90

探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)是壓制隨機(jī)的和規(guī)則的干擾，以最大可能的分辨率在探地雷達(dá)圖像剖面上顯示反射波，提取反射波的各種有用的參數(shù)(包括電磁波速度，振幅和波形等)來(lái)幫助解釋。探地雷達(dá)與反射地震都依靠脈沖回波信號(hào)，其子波長(zhǎng)度都由發(fā)射源控制。脈沖在地下傳播過(guò)程中，能量均會(huì)產(chǎn)生球面衰減，也會(huì)由于介質(zhì)對(duì)波的能量的吸收而減弱，在地下介質(zhì)不均時(shí)還會(huì)發(fā)生散射、反射與透射。因此數(shù)字記錄的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)類(lèi)似于反射地震數(shù)據(jù)，反射地震數(shù)字處理許多有效技術(shù)通過(guò)某種形式改變均可以應(yīng)用于探地雷達(dá)資料的處理。四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)是壓制隨機(jī)的和規(guī)則的干擾91四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋924.1數(shù)字濾波

礦井地質(zhì)雷達(dá)在測(cè)量過(guò)程中，為了保留盡可能多的信息，常采用全通的記錄方式，這樣有效波的干擾就被同時(shí)記錄下來(lái)，為了去除數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)，需要采用數(shù)字濾波的方法。數(shù)字濾波就是根據(jù)數(shù)據(jù)中有效信號(hào)和干擾信號(hào)頻譜范圍的不同來(lái)消除干擾波。如果有效信號(hào)的頻譜分布與干擾信號(hào)的頻譜有一個(gè)比較明顯的分界，那么可根據(jù)具體的干擾信號(hào)的分布，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的濾波器，將其濾除，就得到了濾波以后的結(jié)果，根據(jù)干擾信號(hào)的頻譜分布的不同，可以采取低通、高通或帶通的方法。四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.1數(shù)字濾波礦井地質(zhì)雷達(dá)在測(cè)量過(guò)程中，934.1數(shù)字濾波

如果噪音的頻譜分布只有高頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除：式中是高截頻率。1）低通濾波四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.1數(shù)字濾波如果噪音的頻譜分布只有高頻成分，那944.1數(shù)字濾波2）高通濾波

如果噪音的頻譜分布只有低頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除：式中是低截頻率。四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.1數(shù)字濾波2）高通濾波如果噪音的頻譜分布只有953）帶通濾波如果噪音的頻譜分布既有低頻成分又有高頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除：四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.1數(shù)字濾波3）帶通濾波如果噪音的頻譜分布既有低頻成分又有高頻成分，那么964.2雷達(dá)資料的偏移處理探地雷達(dá)與反射地震方法一樣都是接收來(lái)自地下介質(zhì)界面的反射波。偏離測(cè)點(diǎn)的地下介質(zhì)交界面的反射點(diǎn)，只要其法平面通過(guò)測(cè)點(diǎn)，都可以被記錄下來(lái)。在資料處理中需把雷達(dá)記錄中的每個(gè)反射點(diǎn)移到其原來(lái)的位置，這種處理方法稱(chēng)為偏移歸位處理，經(jīng)過(guò)偏移處理的雷達(dá)剖面可反映地下介質(zhì)的真實(shí)位置。四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.2雷達(dá)資料的偏移處理探地雷達(dá)與反射地震方法一樣都是9785cm雷達(dá)天線測(cè)線10cmm5cm有機(jī)玻璃30cm檔板塑料進(jìn)出水管口四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.2雷達(dá)資料的偏移處理85cm雷達(dá)天線測(cè)線10cmm5cm有機(jī)玻璃30cm檔板塑料98原始數(shù)據(jù)雷達(dá)剖面圖偏移后的雷達(dá)剖面圖四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋4.2雷達(dá)資料的偏移處理原始數(shù)據(jù)雷達(dá)剖面圖偏移后的雷達(dá)剖面圖四、數(shù)據(jù)處理與資料解994.3雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋1）振幅恢復(fù)4.3雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋1）振幅恢1004.3雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋2）道內(nèi)均衡4.3雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋2）道內(nèi)均1014.3雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋2）道內(nèi)均衡4.3雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理四、數(shù)據(jù)處理與資料解釋2）道內(nèi)均102一、基本原理二野外工作方法1、剖面法2、多次覆蓋3、寬角法一、基本原理二野外工作方法1、剖面法103三、地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理1、數(shù)字濾波2、雷達(dá)資料的偏移處理3、雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理三、地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理1、數(shù)字濾波104四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋

探地雷達(dá)資料的地質(zhì)解釋是探地雷達(dá)測(cè)量的目的。然而探地雷達(dá)資料反映的是地下介質(zhì)的電性分布，要把地下介質(zhì)的電性分布轉(zhuǎn)化為地質(zhì)體的分布，必須把地質(zhì)、鉆探、探地雷達(dá)和其他相關(guān)的資料有機(jī)結(jié)合起來(lái)，建立測(cè)區(qū)的地質(zhì)——地球物理模型，并以此獲得地下地質(zhì)模式。四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋探地雷達(dá)資料的地質(zhì)解釋1051、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋2、雷達(dá)波速度的求取1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋2、雷達(dá)波速度的1061、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋

探地雷達(dá)圖像剖面是探地雷達(dá)資料地質(zhì)解釋的基礎(chǔ)圖件，只要地下介質(zhì)中存在電性差異，就可以在雷達(dá)圖像剖面中找到相應(yīng)的反射波與之對(duì)應(yīng)。根據(jù)相鄰道上反射波的對(duì)比，把不同道上同一個(gè)反射波相同相位連結(jié)起來(lái)的對(duì)比稱(chēng)為同相軸。一般在無(wú)構(gòu)造區(qū)，同一波組往往有一組光滑平行的同相軸與之對(duì)應(yīng)，這一特性稱(chēng)為反射波組的同相性。1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1071、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋

探地雷達(dá)測(cè)量使用的點(diǎn)距很小(<2m)，地下介質(zhì)的地質(zhì)變化在一般情況下比較緩慢，因此相鄰記錄道上同一反射波組的特征會(huì)保持不變，這一特征稱(chēng)為反射波形的相似性。同一地層的電性特征接近，其反射波組的波形、振幅、周期及其包絡(luò)線形態(tài)等有一定特征。確定具有一定特征的反射波組是反射層識(shí)別的基礎(chǔ)，而反射波組的同相性與相似性為反射層的追蹤提供了依據(jù)。1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋108不同測(cè)量目的對(duì)地層的劃分是不同：（1）在進(jìn)行考古調(diào)查時(shí)，特別關(guān)注文化層的識(shí)別；（2）在進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)查時(shí)，常以地層的承載力作為地層劃分依據(jù)，因此不僅要?jiǎng)澐只鶐r，而且對(duì)基巖風(fēng)化程度也需要加以區(qū)分。為此需要根據(jù)測(cè)量目的，對(duì)比雷達(dá)圖像與鉆探結(jié)果，建立測(cè)區(qū)地層的反射波組特征。根據(jù)反射波組的特征就可以在雷達(dá)圖像剖面中拾取反射層。一般是從垂直走向的測(cè)線開(kāi)始，逐條測(cè)線進(jìn)行。最后拾取的反射層必須能在全部測(cè)線中都能連接起來(lái)并保證在全部測(cè)線交點(diǎn)上相互一致閉合。1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋不同測(cè)量目的對(duì)地層的劃分是不同：1、時(shí)間剖面的解釋方法四、1091、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋

根據(jù)地層反射波組特征與鉆孔對(duì)應(yīng)的位置劃分反射波組后，就需要依據(jù)反射波組的同相性與相似性進(jìn)行地層的追索與對(duì)比。在進(jìn)行時(shí)間剖面的對(duì)比之前，要掌握區(qū)域地質(zhì)資料，了解測(cè)區(qū)所處的構(gòu)造背景。在此基礎(chǔ)上，充分利用時(shí)間剖面的直觀性和范圍大的特點(diǎn)，統(tǒng)觀整條測(cè)線，研究重要波組的特征及其相互關(guān)系，掌握重要波組的地質(zhì)構(gòu)造特征，其中特別要重點(diǎn)研究特征波的同相軸變化。特征波是指強(qiáng)振幅、能長(zhǎng)距離連續(xù)追蹤、波形穩(wěn)定的反射波。它們一般都是主要巖性分界面的有效波。它們特征明顯，易于識(shí)別。掌握了它們就能研究剖面的主要地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)。1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋110時(shí)間剖面上主要表現(xiàn)如下特征：1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1）雷達(dá)反射波同相軸發(fā)生明顯錯(cuò)動(dòng)2）雷達(dá)反射波同相軸局部缺失3）雷達(dá)反射波波形發(fā)生畸變4）雷達(dá)反射波頻率發(fā)生變化時(shí)間剖面上主要表現(xiàn)如下特征：1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)1111、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1121、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1131、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1141、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1151、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋

上述現(xiàn)象在地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面上特征往往不是孤立的，即有時(shí)幾種特征同時(shí)存在，只是有的特征更突出，有的特征不明顯，這就需要資料解釋人員除對(duì)區(qū)域地質(zhì)條件充分了解以外，還必須具有豐富的實(shí)踐和解釋經(jīng)驗(yàn)，從而去偽存真，得到更準(zhǔn)確的地下地質(zhì)信息。1、時(shí)間剖面的解釋方法四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋上1162、雷達(dá)波速度的求取四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋

雷達(dá)波速度的獲取視探地雷達(dá)資料解釋的重要內(nèi)容。也是深度轉(zhuǎn)化的重要的參數(shù)，其準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到解釋結(jié)果的準(zhǔn)確程度。電磁波在介質(zhì)中傳播速度的獲取常用的方法有：1）已知目標(biāo)換算方法；2）幾何刻度法；3）介電常數(shù)法；4）CDP速度分析法；5）反射系數(shù)法等。2、雷達(dá)波速度的求取四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋雷1171）已知目標(biāo)換算方法最簡(jiǎn)單，同時(shí)是常用的方法。該方法是采用鉆探的方法獲取已知地層或目標(biāo)體的深度，根據(jù)電磁波的傳播時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。然后將獲得速度來(lái)推斷沒(méi)有鉆孔或已知目標(biāo)的區(qū)域地質(zhì)體的深度。2、雷達(dá)波速度的求取四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋1）已知目標(biāo)換算方法最簡(jiǎn)單，同時(shí)是常用的方法。該方法1182、雷達(dá)波速度的求取四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋2）2、雷達(dá)波速度的求取四、地質(zhì)雷達(dá)資料解釋2）119五、探地雷達(dá)的應(yīng)用80年代以來(lái)。由于電子技術(shù)與數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展、使探地雷達(dá)的分辨率與探測(cè)深度大大提高、探地雷達(dá)已在工程地質(zhì)勘察、災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查、地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量檢測(cè)、考古調(diào)查、管線探測(cè)、公路工程質(zhì)量檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。五、探地雷達(dá)的應(yīng)用80年代以來(lái)。由于電子技120五、探地雷達(dá)的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用1215.1、雷達(dá)測(cè)量管線的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用金屬管陶瓷管鐵塊塑料管首先在沙坑中對(duì)500MHz天線和900MHz天線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在沙坑中埋設(shè)四種不同介質(zhì)管線，它們分別是金屬管、陶瓷管、塑料管和鐵塊，管線直徑8厘米，埋設(shè)深度為25厘米，鐵塊的埋設(shè)深度1厘米，接近地表面。時(shí)窗設(shè)定36ns，使用500MHz天線進(jìn)行雷達(dá)掃描探測(cè)。上圖為掃描探測(cè)結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，金屬目標(biāo)體具有較強(qiáng)的反射能量，且多次干擾波嚴(yán)重，非金屬物在介質(zhì)均勻的沙坑中，也存在明顯的反射圖象。5.1、雷達(dá)測(cè)量管線的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用金屬管陶瓷管鐵122下圖是在水泥路面使用900MHz天線對(duì)地下管線的探測(cè)結(jié)果，時(shí)窗設(shè)置為16ns。在探測(cè)區(qū)域內(nèi)，發(fā)現(xiàn)三處明顯的異常反射。其中兩處反射時(shí)間在4.3ns，另一處接近0時(shí)。推斷前兩處為自來(lái)水的分支管道，第三處為地表水溝，并經(jīng)開(kāi)挖得到驗(yàn)證。自來(lái)水管1自來(lái)水管2地表流水溝5.1、雷達(dá)測(cè)量管線的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用下圖是在水泥路面使用900MHz天線對(duì)地下管線的探測(cè)結(jié)果，時(shí)123下圖為某地的陶瓷污水管道的雷達(dá)剖面圖像。地表為混凝土地面，地下介質(zhì)較為均勻，測(cè)線與管道垂直。在剖面圖像4.3m~5.7m點(diǎn)位、0.8m深度開(kāi)始有一個(gè)明顯的弧形反射波同相軸，弧形的兩翼較長(zhǎng)。其解釋結(jié)果與實(shí)際污水管的埋深符合。5.1、雷達(dá)測(cè)量管線的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用下圖為某地的陶瓷污水管道的雷達(dá)剖面圖像。地表為混凝土地面，地124電纜線埋深較淺，但直徑很小，在雷達(dá)圖像上也一樣能反映出來(lái)。下圖是上海某工地的雷達(dá)探測(cè)剖面。場(chǎng)地為雜填土，質(zhì)地不均勻。剖面圖像上的雜亂干擾波為雜填土不均勻的干擾造成的，但從探測(cè)的結(jié)果來(lái)看，能明顯看出地下埋設(shè)電纜的位置及深度。5.1、雷達(dá)測(cè)量管線的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用電纜線埋深較淺，但直徑很小，在雷達(dá)圖像上也一樣能反映出來(lái)。51255.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用126

探地雷達(dá)技術(shù)通過(guò)在隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用，實(shí)踐證明其技術(shù)方法是十分準(zhǔn)確有效的，為公路、鐵路、地鐵隧道施工有效地進(jìn)行監(jiān)督和檢測(cè)，控制施工質(zhì)量起到了積極重要的作用。針對(duì)地鐵隧道施工的特點(diǎn)和要求，認(rèn)為利用雷達(dá)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的重點(diǎn)在于：1）、格柵鋼架和鋼筋布置是否符合設(shè)計(jì)要求2）、砼襯砌結(jié)構(gòu)檢測(cè)及背后密實(shí)情況3）、隧道襯砌含水情況調(diào)查5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)通過(guò)在隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用，實(shí)踐證127

襯砌厚度評(píng)價(jià)，首先在探地雷達(dá)剖面上確認(rèn)出混凝土與巖石界面問(wèn)的反射波同相軸，讀取反射波雙程旅行時(shí)間，按公式H—V×t／2計(jì)算出混凝土襯砌厚度。速度V可通過(guò)明洞地段標(biāo)定；密實(shí)度的評(píng)價(jià)可根據(jù)探地雷達(dá)剖面反射波振幅、相位和頻率特征劃分為密實(shí)和不密實(shí)兩種類(lèi)型，不密實(shí)的混凝土體在雷達(dá)剖面上波形雜亂，同相軸錯(cuò)斷；脫空體在雷達(dá)剖面上在混凝土與圍巖交接面處反射波同相軸呈弧形，與相鄰道之間發(fā)生錯(cuò)位，依此特征可計(jì)算出空洞的范圍。由于爆破使圍巖表面凹凸不平，因此，在確定脫空時(shí)應(yīng)對(duì)剖面上的異常加以細(xì)致的分析和確認(rèn)。襯砌檢測(cè)襯砌厚度評(píng)價(jià)，首先在探地雷達(dá)剖面上確認(rèn)出混凝土與巖石128超挖地段雷達(dá)圖象（隧道）

超挖地段5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用超挖地段雷達(dá)圖象（隧道）超挖地段5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)129脫空的雷達(dá)圖像（隧道）5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用脫空的雷達(dá)圖像（隧道）5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、130拱頂起伏圖像5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用拱頂起伏圖像5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的131風(fēng)化層界面探測(cè)風(fēng)化線上圖是利用100MHz天線對(duì)基巖風(fēng)化面的探測(cè)結(jié)果，時(shí)窗設(shè)置為760ns。從探測(cè)剖面上可以清楚看出基巖風(fēng)化層面的分布狀況，為鉆孔加固提供資料。5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用風(fēng)化層界面探測(cè)風(fēng)化線上圖是利用100MHz天線對(duì)基巖風(fēng)化面的132層位追蹤

右上圖為內(nèi)昆鐵路新老卡子隧道局部地段頂部的雷達(dá)檢測(cè)剖面，采用400MHz天線進(jìn)行探測(cè)。該襯砌層設(shè)計(jì)厚度為60cm。采用處理軟件對(duì)襯砌進(jìn)行層位追蹤，其追蹤結(jié)果如圖所示。

右下圖為追蹤結(jié)果的解釋剖面圖。表層層位追蹤結(jié)果5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用層位追蹤右上圖為內(nèi)昆鐵路新老卡子隧道局部地段頂部的雷133良好襯砌雷達(dá)圖像5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用良好襯砌雷達(dá)圖像5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷134襯砌界面明顯圖像5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用襯砌界面明顯圖像5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷135脫空的雷達(dá)圖像（隧道）5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用脫空的雷達(dá)圖像（隧道）5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、136拱頂脫空雷達(dá)探測(cè)圖像5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用拱頂脫空雷達(dá)探測(cè)圖像5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探137

采用模筑泵送混凝土工藝施工二次襯砌

——拱頂施工接縫處易出現(xiàn)三角形空洞二次襯砌層模筑施工縫三角形空洞初期支護(hù)層5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用采用模筑泵送混凝土工藝施工二次襯砌

——拱頂施工接縫138三角形空洞圖像5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)的應(yīng)用三角形空洞圖像5.2、雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用五、探地雷達(dá)139

圍巖裂隙探測(cè)圖像五、探地雷達(dá)的應(yīng)用圍巖裂隙探測(cè)圖像五、探地雷達(dá)的應(yīng)用140

襯砌厚度不夠圖像-1五、探地雷達(dá)的應(yīng)用襯砌厚度不夠圖像-1五、探地雷達(dá)的應(yīng)用141

襯砌厚度不夠圖像-2五、探地雷達(dá)的應(yīng)用襯砌厚度不夠圖像-2五、探地雷達(dá)的應(yīng)用142

鋼筋分布圖像五、探地雷達(dá)的應(yīng)用鋼筋分布圖像五、探地雷達(dá)的應(yīng)用143

鋼筋布置不夠圖像-1五、探地雷達(dá)的應(yīng)用鋼筋布置不夠圖像-1五、探地雷達(dá)的應(yīng)用144

鋼筋布置不夠圖像-2五、探地雷達(dá)的應(yīng)用鋼筋布置不夠圖像-2五、探地雷達(dá)的應(yīng)用145

鋼筋布置參差不齊圖像五、探地雷達(dá)的應(yīng)用鋼筋布置參差不齊圖像五、探地雷達(dá)的應(yīng)用146

格柵鋼架探測(cè)圖像-1五、探地雷達(dá)的應(yīng)用格柵鋼架探測(cè)圖像-1五、探地雷達(dá)的應(yīng)用147

格柵鋼架探測(cè)圖像-2五、探地雷達(dá)的應(yīng)用格柵鋼架探測(cè)圖像-2五、探地雷達(dá)的應(yīng)用1485.3、巷道圍巖松動(dòng)圈探測(cè)五、探地雷達(dá)的應(yīng)用5.3、巷道圍巖松動(dòng)圈探測(cè)五、探地雷達(dá)的應(yīng)用1495.4、巷道冒落影響范圍探測(cè)五、探地雷達(dá)的應(yīng)用5.4、巷道冒落影響范圍探測(cè)五、探地雷達(dá)的應(yīng)用150

吉林省長(zhǎng)春——四平高速公路采用瀝青路面，路面下為碎石墊層。路面分三次鋪設(shè)完成，設(shè)計(jì)路面厚度為25cm。在工程竣工前采用探地雷達(dá)進(jìn)行了路面厚度檢測(cè)。檢測(cè)中使用的探地雷達(dá)為SIR-2型，工作天線頻率為900MHz。下圖為該公路某段路面的探地雷達(dá)檢測(cè)剖面圖，圖中的強(qiáng)反射為瀝青面層與碎石墊層界面的反射，根據(jù)反射界面的雙程走時(shí)和電磁波在瀝青路面中的傳播速度計(jì)算出路面厚度。瀝青路面的速度采用實(shí)驗(yàn)標(biāo)定并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后得到。檢測(cè)結(jié)果表明，由于二灰石墊層凸凹不平，導(dǎo)致瀝青路面厚度有較大變化，最薄為26cm，最厚為43cm。路面厚度指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。高速公路檢測(cè)吉林省長(zhǎng)春——四平高速公路采用瀝青路面，路面下為碎石151高速公路檢測(cè)高速公路檢測(cè)152鐵路路基鐵路路基153鐵路路基鐵路路基154

探地雷達(dá)方法在公路質(zhì)量檢測(cè)中除了可進(jìn)行路面厚度檢測(cè)外，還可進(jìn)行路基隱患(脫空、裂縫等)的檢測(cè)以及橋涵的質(zhì)量檢測(cè)。有些學(xué)者研究電磁波的特征與路面壓實(shí)度、強(qiáng)度及含水量的關(guān)系，進(jìn)行探地雷達(dá)對(duì)公路壓實(shí)度、強(qiáng)度及含水量的檢測(cè)研究，也取得了較好的檢測(cè)效果。高速公路檢測(cè)探地雷達(dá)方法在公路質(zhì)量檢測(cè)中除了可進(jìn)行路面厚度檢測(cè)外155涵洞探測(cè)涵洞探測(cè)156地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件157蟻巢、洞穴的探測(cè)

土體堤壩中因碾壓不實(shí)、庫(kù)水浸透或動(dòng)物危害等因素，在壩體中常出現(xiàn)土洞、動(dòng)物巢穴等危害壩體安全的隱患。例如在我國(guó)南方各省(區(qū))水利工程中白蟻巢穴就是一種常見(jiàn)的隱患，白蟻主巢直徑一般在40～60cm，大者可達(dá)數(shù)米，主巢周?chē)植贾鴰资畟€(gè)甚至數(shù)百個(gè)衛(wèi)星菌圃，其間由四通八達(dá)的蟻道溝通，且有的貫穿堤壩的內(nèi)外坡，因此，深藏于堤壩中的白蟻危害造成的堤壩險(xiǎn)情和潰堤率遠(yuǎn)高于其他原因，找出堤壩白蟻巢是消除堤壩白蟻隱患的關(guān)鍵。目前，對(duì)壩體中的土洞、動(dòng)物巢穴的探測(cè)的最有效的物探方法是探地雷達(dá)和高密度電法。蟻巢、洞穴的探測(cè)土體堤壩中因碾壓不實(shí)、庫(kù)水浸透或動(dòng)物158地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件159地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件160溶蝕溝槽溶蝕溝槽161溶洞與開(kāi)口溶洞溶洞與開(kāi)口溶洞162地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件163地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件164地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件165地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件166地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件167地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件168地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件169地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件170地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件171地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件172地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件173謝謝謝謝174地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用1904年，德國(guó)的Hulsemeyer首次嘗試用電磁波信號(hào)來(lái)探測(cè)遠(yuǎn)距離地面金屬體，這便是探地雷達(dá)的雛形。1910年，G.Letmbach和H.Lowy在一項(xiàng)德國(guó)專(zhuān)利中指出，用埋設(shè)在一組鉆孔中的偶極天線探測(cè)地下相對(duì)高導(dǎo)電性的區(qū)域，正式提出了探地雷達(dá)的概念。1926年，德國(guó)的Httlsenberg第一個(gè)提出應(yīng)用脈沖技術(shù)確定地下結(jié)構(gòu)的思路，并指出電磁波在介電常數(shù)不同的介質(zhì)交界面上會(huì)產(chǎn)生反射，這個(gè)結(jié)論也成為了探地雷達(dá)研究領(lǐng)域的一條基本理論依據(jù)。1929年Stern進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)的首次實(shí)際應(yīng)用，他用無(wú)線電干涉法測(cè)量冰川的厚度。cook在1960年用脈沖雷達(dá)在礦井中做了試驗(yàn)。但是地下介質(zhì)比空氣對(duì)電磁波有更強(qiáng)的衰減特性，其傳播規(guī)律比在空氣中也要復(fù)雜的多，而早期地質(zhì)雷達(dá)頻率一般比較低，應(yīng)用僅局限于對(duì)電磁波吸收很弱的諸如冰層、巖鹽等介質(zhì)中。隨著現(xiàn)代應(yīng)用電子技術(shù)的高速發(fā)展和人們對(duì)電磁波認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用范圍從低耗散介質(zhì)擴(kuò)展到土層、巖層、混凝土等有耗散介質(zhì)中，例如：地質(zhì)勘查、考古、無(wú)損檢測(cè)、管線探測(cè)以及建筑結(jié)構(gòu)調(diào)查等。地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用1751904年，德國(guó)的Hulsemeyer首次嘗試用電磁波信號(hào)來(lái)探測(cè)遠(yuǎn)距離地面金屬體，這便是探地雷達(dá)的雛形。1910年，G.Letmbach和H.Lowy在一項(xiàng)德國(guó)專(zhuān)利中指出，用埋設(shè)在一組鉆孔中的偶極天線探測(cè)地下相對(duì)高導(dǎo)電性的區(qū)域，正式提出了探地雷達(dá)的概念。1926年，德國(guó)的Httlsenberg第一個(gè)提出應(yīng)用脈沖技術(shù)確定地下結(jié)構(gòu)的思路，并指出電磁波在介電常數(shù)不同的介質(zhì)交界面上會(huì)產(chǎn)生反射，這個(gè)結(jié)論也成為了探地雷達(dá)研究領(lǐng)域的一條基本理論依據(jù)。1929年Stern進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)的首次實(shí)際應(yīng)用，他用無(wú)線電干涉法測(cè)量冰川的厚度。cook在1960年用脈沖雷達(dá)在礦井中做了試驗(yàn)。但是地下介質(zhì)比空氣對(duì)電磁波有更強(qiáng)的衰減特性，其傳播規(guī)律比在空氣中也要復(fù)雜的多，而早期地質(zhì)雷達(dá)頻率一般比較低，應(yīng)用僅局限于對(duì)電磁波吸收很弱的諸如冰層、巖鹽等介質(zhì)中。隨著現(xiàn)代應(yīng)用電子技術(shù)的高速發(fā)展和人們對(duì)電磁波認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用范圍從低耗散介質(zhì)擴(kuò)展到土層、巖層、混凝土等有耗散介質(zhì)中，例如：地質(zhì)勘查、考古、無(wú)損檢測(cè)、管線探測(cè)以及建筑結(jié)構(gòu)調(diào)查等。1904年，德國(guó)的Hulsemeyer首次嘗試用電磁176地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件177非屏蔽天線可應(yīng)用于：基巖探測(cè)、地質(zhì)分層、巖熔及空洞探測(cè)、湖(河)底形態(tài)調(diào)查、隧道超前探測(cè)、壩體深部探測(cè)、古墓及其它未知物探測(cè)、冰川調(diào)查、滑坡調(diào)查等土木建筑、地質(zhì)學(xué)及水文地質(zhì)學(xué)方面。非屏蔽天線可應(yīng)用于：基巖探測(cè)、地質(zhì)分層、巖熔及空洞探測(cè)、湖(178

探地雷達(dá)（GroundPenetratingRadar）是一種高科技的地球物理探測(cè)儀器，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于高速公路，機(jī)場(chǎng)的路面質(zhì)量檢測(cè)；隧道，橋梁，水庫(kù)大壩檢測(cè)；地下管線，地下建筑的檢測(cè)等諸多的工程領(lǐng)域。探地雷達(dá)利用一個(gè)天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個(gè)天線接受來(lái)自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間（亦稱(chēng)雙程走時(shí)）、幅度與波形資料，可推斷地下介質(zhì)的分布情況。探地雷達(dá)（GroundPenetratingRa179一、基本原理

地質(zhì)雷達(dá)屬于高頻電磁波，工作原理是基于電磁波的反射原理。地質(zhì)雷達(dá)由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻脈沖波的發(fā)射機(jī)和向外輻射電磁波的天線(Tx)組成。通過(guò)發(fā)射天線電磁波以60°～90°的波束角向地下發(fā)射電磁波，電磁波在傳播途中遇到電性分界面產(chǎn)生反射。反射波被設(shè)置在某一固定位置的接收天線（Rx）接收，與此同時(shí)接收天線還接收到沿巖層表層傳播的直達(dá)波，反射波和直達(dá)波同時(shí)被接收機(jī)記錄或在終端將兩種顯示出來(lái)。一、基本原理地質(zhì)雷達(dá)屬于高頻電磁波，工作原180地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件181地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件182圖1地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理示意圖圖1地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理示意圖183

圖中T為發(fā)射天線,R為接收天線,兩者間距為X,H為反射點(diǎn)的埋深。波從T出發(fā),按幾何光學(xué)原理經(jīng)。返回地面到達(dá)的時(shí)間為。設(shè)電磁波在介質(zhì)中的傳播速度為。由簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系可得出圖中T為發(fā)射天線,R為接收天線,兩者間184

當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)精確測(cè)得的走時(shí)t，由公式求得目標(biāo)體的深度H。式中x值即收發(fā)距，在剖面測(cè)量中是固定的；v值可用寬角法直接測(cè)量，也可以根據(jù)近似計(jì)算公式計(jì)算：c為光速；為地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)精確測(cè)得185地質(zhì)雷達(dá)原理及應(yīng)用課件186介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)電磁波速度V（m/ns)水810.033空氣10.3雪（濕）4—120.09—0.15石灰?guī)r7(6)0.11(0.12)土壤(干)4(3—5)0.15(0.13—0.18)土壤（含水20%）10(4—40)0.095(0.05—0.15)冰3.20.17銅或鐵1----常見(jiàn)介質(zhì)的和介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)電磁波速度V（m/ns)水810.033空氣187

波的雙程走時(shí)由反射脈沖相對(duì)于發(fā)射脈沖的延時(shí)而確定。雷達(dá)圖形常以脈沖反射波的波形形式記錄。波形的正負(fù)峰分別以黑色和白色表示，或以灰階或彩色表示。這樣，同相軸或等灰度、等色線，即可形象地表征出地下反射界面。在波形記錄上，各測(cè)點(diǎn)均以測(cè)線的鉛垂方向記錄波形，構(gòu)成雷達(dá)剖面。波的雙程走時(shí)由反射脈沖相對(duì)于發(fā)射脈沖的延時(shí)而188

由于探地雷達(dá)的電磁波主要是在非理想介質(zhì)中傳播的所以其衰減的速度非?？?，這構(gòu)成了雷達(dá)應(yīng)用的主要障礙，即探測(cè)的深度有限。電磁波的電場(chǎng)強(qiáng)度隨著距離的衰減規(guī)律是：

其中為介質(zhì)的吸收系數(shù)，它隨電導(dǎo)率的增大和介電常數(shù)的減小而增大。趨膚深度由于探地雷達(dá)的電磁波主要是在非理想介質(zhì)中傳播189

發(fā)射天線發(fā)射電磁波穿透地下介質(zhì)穿透深度取決于介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率記錄反射時(shí)間介質(zhì)中電磁波速度一般在50-150m/μs

工作模式:反射（多數(shù)情況下使用）透射（層析成像、雷達(dá)CT,鉆孔雷達(dá)或?qū)Υ┨綔y(cè)）探地雷達(dá)是如何工作的？發(fā)射天線發(fā)射電磁波穿透地下介質(zhì)探地雷達(dá)是如何工作190

發(fā)射天線發(fā)射電磁波穿透地下介質(zhì)穿透深度取決于介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率記錄反射時(shí)間介質(zhì)中電磁波速度一般在50-150m/μs

工作模式:反射（多數(shù)情況下使用）透射（層析成像、雷達(dá)CT,鉆孔雷達(dá)或?qū)Υ┨綔y(cè)）探地雷達(dá)是如何工作的？發(fā)射天線發(fā)射電磁波穿透地下介質(zhì)探地雷達(dá)是如何工作191GPR工作方法–反射

雷達(dá)探測(cè)的95%是用偶極反射模式

從原理上將，GPR類(lèi)似于聲納設(shè)備發(fā)射機(jī)發(fā)射一“列”電磁脈沖，該脈沖在介質(zhì)中傳播

在地下介質(zhì)的電特性有變化的地方發(fā)生反射(即散射)

接收機(jī)拾取“背散射”信號(hào)，記錄它并將其顯示在計(jì)算機(jī)屏幕中

GPR工作方法–反射雷達(dá)探測(cè)的95%是用偶極反射模192GPR方法-反射Time[ns]Depth[m]?Length[m]GPR方法Time[ns]Depth[m]?Lengt193GPR工作方法–層析成像(鉆孔雷達(dá))GPR工作方法–層析成像(鉆孔雷達(dá))194二、地下介質(zhì)的電特性二、地下介質(zhì)的電特性195電特性

要探測(cè)的介質(zhì)的電特性,決定雷達(dá)方法是否適用。在用雷達(dá)進(jìn)行地質(zhì)勘探時(shí),水是決定電特性的最主要的因素。

電導(dǎo)率(穿透深度…)

相對(duì)介電常數(shù)

(對(duì)比度,信號(hào)速度,“足印”…)

水

(與上面參數(shù)有關(guān))電特性要探測(cè)的介質(zhì)的電特性,決定雷達(dá)方法是否適用。電196傳導(dǎo)電流:Jc=sE

s=電導(dǎo)率(S/m)s=1/r(電阻率,Wm)

電導(dǎo)率是一個(gè)物體傳導(dǎo)電流的能力（或電荷在介質(zhì)中流動(dòng)的難易程度。如:-電子在金屬板內(nèi)

-水中離子的移動(dòng)

NoE-field

E-fieldappliedNoE-field

電特性傳導(dǎo)電流:NoE-fieldE-fieldNoE-f197GPR信號(hào)的穿透深度與土壤的導(dǎo)電率有關(guān)(低致金屬目標(biāo)體):電特性0204060801001200,512481632土壤導(dǎo)電率mS/m

Depth(feet)01020302551535

Depth(meter)GPR信號(hào)的穿透深度與土壤的導(dǎo)電率有關(guān)(低致金屬目標(biāo)體)198土壤中的水含量與電導(dǎo)率-8-7-6-5-4-3-2-10051015202530水含量(水的重量/土壤重量)電導(dǎo)率的對(duì)數(shù)(mS/m)電特性土壤中的水含量與電導(dǎo)率-8-7-6-5-4-3-2-1005199關(guān)于電導(dǎo)率和GPR探測(cè)的有用建議:

當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的電導(dǎo)率小于10mS/m(或大于100Ohmm),GPR方法通常會(huì)得到好的結(jié)果當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的電阻率小于30Ohmm),GPR方法無(wú)法應(yīng)用電特性關(guān)于電導(dǎo)率和GPR探測(cè)的有用建議:電特性200極化電流:D=eE

e=介電常數(shù)(F/m)er=e/e自由空間(標(biāo)量)

相對(duì)介電常數(shù)的值表示將介質(zhì)中電荷分開(kāi)的力。如:-分子偶極子的移動(dòng)一些分子的特性

-金屬物體中的電荷嵌在周?chē)h(huán)境內(nèi)

NoE-field

E-fieldappliedNoE-field

電特性極化電流:NoE-fieldE-fieldNoE-f201相對(duì)介電常數(shù)和GPR信號(hào)速度的關(guān)系:v=介質(zhì)中GPR信號(hào)的速度

c=光速er=相對(duì)介電常數(shù)電特性相對(duì)介電常數(shù)和v=介質(zhì)中GPR信號(hào)的202相對(duì)介電常數(shù)和“足印”的關(guān)系:“足印”定義為探測(cè)的“有效區(qū)域”電特性屏蔽天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)介電常數(shù)和“足印”的關(guān)系:電特性屏蔽天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)203反射系數(shù):

電磁波反射是由地下土壤中電阻抗的變化產(chǎn)生的。對(duì)GPR頻率范圍，地下介質(zhì)的阻抗變化主要由相對(duì)介電常數(shù)的變化決定的。

此處:z1=第1層的阻抗z2=第2層的阻抗r=反射系數(shù)電特性反射系數(shù):此處:電特性204當(dāng)Pr>0.01時(shí)就能有足夠的反射反射系數(shù):

對(duì)GPR,反射系數(shù)近似等于“反射能力”(Pr)電特性反射系數(shù):電特性20502040608010011020304050607081%水含量相對(duì)介電常數(shù)電特性水含量與相對(duì)介電常數(shù):

多數(shù)干燥的地下介質(zhì)，其相對(duì)介電常數(shù)值<10

水的相對(duì)介電常數(shù)是81

02040608010011020304050607081206三、探地雷達(dá)常用詞匯的含義三、探地雷達(dá)常用詞匯的含義207[t]振幅Δt[t]時(shí)間窗原始信號(hào)采集后復(fù)制的信號(hào)Δt采樣周期時(shí)間窗=樣點(diǎn)數(shù)*Δt采樣頻率=Δt1樣點(diǎn)數(shù)、采樣頻率、時(shí)間窗（以實(shí)時(shí)采樣為例）為什么雷達(dá)不是實(shí)時(shí)采樣?[t]振幅Δt[t]時(shí)間窗原始信號(hào)采集后復(fù)制的信號(hào)Δt采樣周208接收機(jī)接收的信號(hào)[t]112發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)周期2334455667878重復(fù)采樣原理（取樣示波）每一個(gè)采樣周期，發(fā)射機(jī)都發(fā)射一個(gè)完整的脈沖信號(hào)，接收機(jī)記錄其中一個(gè)點(diǎn)的信號(hào)脈沖重復(fù)頻率！接收機(jī)接收的信號(hào)[t]112發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)周期2209采樣頻率：最好大于天線中心頻率的10倍（一定不要小于6倍），一般達(dá)到20倍就足夠了，再增加采樣頻率信號(hào)也不會(huì)改善。時(shí)間窗/樣點(diǎn)數(shù)：時(shí)間窗根據(jù)你準(zhǔn)備探測(cè)的深度確定，最好比你期望的探測(cè)深度大30%。要增大時(shí)間窗，最好的辦法是增加樣點(diǎn)數(shù)，盡量不要降低采樣頻率。信號(hào)位置/直達(dá)波：一般把直達(dá)波的起始位置調(diào)到30個(gè)樣點(diǎn)處（通常自動(dòng)搜索就夠了，不行的話手動(dòng)調(diào)整）采樣頻率：最好大于天線中心頻率的10倍（一定不要小于6倍），210發(fā)射機(jī)

接收機(jī)目標(biāo)物空氣波

地下直達(dá)波

反射波

XD電磁波的傳播路徑土壤(εr,σ)發(fā)射機(jī)接收機(jī)目標(biāo)物空氣波地下直達(dá)波反射波XD211實(shí)際雷達(dá)圖像的直達(dá)波直達(dá)波反射目標(biāo)體單道波形雜波實(shí)際雷達(dá)圖像的直達(dá)波直達(dá)波反射目標(biāo)體單道波形雜波212疊加次數(shù)：疊加是通過(guò)平均來(lái)提高信噪比，噪聲水平是疊加次數(shù)平方根的倒數(shù)。兩種疊加方式：樣點(diǎn)疊加（在點(diǎn)測(cè)時(shí)使用），優(yōu)點(diǎn)是采集時(shí)天線不動(dòng)，效果好；道疊加（時(shí)間和距離采集時(shí)使用）優(yōu)點(diǎn)是方便。采集模式：測(cè)距輪（距離）：最常用方式，結(jié)果解釋準(zhǔn)確可靠時(shí)間：當(dāng)無(wú)法沿確定測(cè)線探測(cè)時(shí)，如果GPS信號(hào)有，可以采用。鍵盤(pán)（點(diǎn)測(cè)）：低頻天線做深部探測(cè)采用，疊加可以很高道：在地面上某一點(diǎn)采集的一個(gè)完整的波形道間距/時(shí)間間隔：根據(jù)探測(cè)需要選取