探地雷達(dá)基本原理A

1

北京鑫衡運(yùn)科貿(mào)有限責(zé)任公司聯(lián)系電話：010－82250916，82251763傳真：010－82250815公司網(wǎng)址：第1頁(yè)，共33頁(yè)。探地雷達(dá)基本原理（A部分）手機(jī)號(hào)碼：QQ

號(hào)碼：77055062郵箱地址：張國(guó)峰第2頁(yè)，共33頁(yè)。主要內(nèi)容1.什么是雷達(dá)2.什么是探地雷達(dá)(GPR)

3.GPR的優(yōu)點(diǎn)及局限性4.GPR基本方法原理5.RAMAC/GPR系統(tǒng)示意圖

6.地下介質(zhì)電特性

第3頁(yè)，共33頁(yè)。1.什么是雷達(dá)RADIODETECTIONANDRANGING（無(wú)線電探向和測(cè)距）雷達(dá)最初是用于軍事目的探測(cè)空中目標(biāo)體.RADAR第4頁(yè)，共33頁(yè)。2.什么是探地雷達(dá)采用電磁波探測(cè)的一種技術(shù)，頻率一般在5-3000MHz，用于對(duì)地下結(jié)構(gòu)，埋藏物以及人造結(jié)構(gòu)成像。地下不同物體或介質(zhì)的差異，會(huì)對(duì)電磁波進(jìn)行反射，使用者根據(jù)反射圖像判斷地下異常體的位置。采用脈沖雷達(dá)體制，最早的脈沖雷達(dá)系統(tǒng)是Melton于1937年提出的?；竟ぷ髂Ｊ剑悍瓷?，速度探測(cè)，層析成像（雷達(dá)CT)。GPR(groundpenetratingradar)第5頁(yè)，共33頁(yè)。3.GPR的優(yōu)點(diǎn)及局限性設(shè)備輕便,攜帶方便GPR是無(wú)損探測(cè)技術(shù)與其它地球物理方法相比，數(shù)據(jù)采集速度非?？焖胶痛怪本雀邎D像比較直觀第6頁(yè)，共33頁(yè)。探測(cè)深度和目標(biāo)體的分辨能力依賴于土壤（或地下介質(zhì)）特性

.高導(dǎo)電率介質(zhì)會(huì)使

GPR方法無(wú)效（如海水、鹽堿地、金屬礦、含水粘土層等）.目標(biāo)體和周圍介質(zhì)要有足夠的電性差異（介電常數(shù)和電阻率）GPR數(shù)據(jù)的解釋因人而異

解釋者的經(jīng)驗(yàn)非常重要.3.GPR的優(yōu)點(diǎn)及局限性第7頁(yè)，共33頁(yè)。4.GPR基本方法原理用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)間速度一般在50-150m/μs第8頁(yè)，共33頁(yè)。雷達(dá)探測(cè)的95%是用偶極反射模式

從原理上將，GPR類似于聲納設(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

4.GPR基本方法原理第9頁(yè)，共33頁(yè)。Time[ns]Depth[m]?Length[m]4.GPR基本方法原理第10頁(yè)，共33頁(yè)。孔中雷達(dá)4.GPR基本方法原理第11頁(yè)，共33頁(yè)。4.GPR基本方法原理速度(地面雷達(dá))CMP,commonmidpointmeasurement（共中心點(diǎn)）WARR,wideanglereflectionrefraction（寬角反射折射）

給出速度剖面用于把時(shí)間記錄轉(zhuǎn)換成深度

需要可分離天線(Tx發(fā)射/Rx接收)

RAMAC/GPR比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的優(yōu)勢(shì)第12頁(yè)，共33頁(yè)。4.GPR基本方法原理

層析成像(鉆孔雷達(dá))第13頁(yè)，共33頁(yè)。4.GPR基本方法原理實(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/t速度探測(cè)第14頁(yè)，共33頁(yè)。5.RAMAC/GPR系統(tǒng)示意圖控制單元發(fā)射接收測(cè)量輪觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)信號(hào)數(shù)據(jù)第15頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性

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))第16頁(yè)，共33頁(yè)。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-fieldapplied6.地下介質(zhì)的電特性NoE-field

第17頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性GPR信號(hào)的穿透深度與土壤的電導(dǎo)率有關(guān)

(低致金屬目標(biāo)體):0204060801001200,512481632土壤電導(dǎo)率mS/m

Depth(feet)01020302551535

Depth(meter)第18頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性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)第19頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性頻率[MHz]用途探測(cè)深度[m]

10地質(zhì),土工,采礦….50-60

25地質(zhì),土工,采礦….40-50

50

地質(zhì),土工,河流,湖泊,環(huán)境….30-40

100

地質(zhì),土工,河流,湖泊, 環(huán)境,土壤….20-30

200-250

淺層地質(zhì),土木工程,公用事業(yè),考古,河流,湖泊,土壤,環(huán)境…10-15

350-500

土木工程,公用事業(yè),考古,空洞,管線探測(cè),雪和冰的厚度可達(dá)7.5800混凝土,空洞,路面,橋梁,公用事業(yè),未知物體,管線探測(cè),雪和冰的厚度可達(dá)2.5第20頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性關(guān)于電導(dǎo)率和GPR探測(cè)的有用建議:“當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)(寄主)的電導(dǎo)率大于10mS/m(或小于100Ohmm),GPR不是一個(gè)合適的方法”第21頁(yè)，共33頁(yè)。從好的低電導(dǎo)率土壤(石英沙)中得到的雷達(dá)剖面從高電導(dǎo)率土壤（粘土）中得到的雷達(dá)剖面?？梢娦盘?hào)衰減較大。6.地下介質(zhì)的電特性第22頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性極化電流: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

嵌在周圍環(huán)境內(nèi)NoE-field

E-fieldappliedNoE-field

第23頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性相對(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)第24頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性相對(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”第25頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性反射系數(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)第26頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性當(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)第27頁(yè)，共33頁(yè)。列表值:

取自科學(xué)文獻(xiàn)

列表中的值可以給出有用信息，得出雷達(dá)方法是否適用

6.地下介質(zhì)的電特性第28頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性02040608010011020304050607081%水含量相對(duì)介電常數(shù)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第29頁(yè)，共33頁(yè)。6.地下介質(zhì)的電特性介質(zhì)電導(dǎo)率S/m相對(duì)介電常數(shù)速度(m/μs)空氣01300干瀝青0.01-0.12-4212-150濕瀝青0.001-0.16-12122-86干粘土0.1-12-6212-122濕粘土0.1-15-40134-47干煤0.001-0.013.5160濕煤0.001-0.18106干混凝土0.001-0.014-40150-47濕混凝土0.01-0.110-2095-67淡水10-0.018133淡水冰10-104150干花崗巖10-105134濕花崗巖0.001-0.017113干灰?guī)r10-107113濕灰?guī)r0.01-0.18106永久凍土10-0.014-8150-106典型介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù),電導(dǎo)率和電磁波速度的列表第30頁(yè)，共33頁(yè)。介質(zhì)電導(dǎo)率S/m相對(duì)介電常數(shù)速度(m/μs)干結(jié)晶鹽10-0.014-7150-113干沙10-0.0012-6212-122濕沙0.001-0.0110-3095-54干砂巖10-102-5212-134濕砂巖10-0.015-10134-95海水1008133海水冰0.01-0.14-8150-106干頁(yè)巖0.001-0.014-9150-100飽和頁(yè)巖0.001-0.19-16100-75硬雪10-106-12122-86粘性干土0.01-0.14-10150-95粘性濕土0.001-110-3095-54干壤土10-104-10150-95濕壤土0.01-0.110-3095-54干沙土10-0.014-10150-95濕沙土0.01-0.110-3095-54典型介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù),電導(dǎo)率和電磁波速度的列表6.地下介質(zhì)的電特性第31頁(yè)，共33頁(yè)。END第32頁(yè)，共33頁(yè)。內(nèi)容梗概1。RADIODETECTIONANDRANGING。采用電磁波探測(cè)的一種技術(shù)，頻率一般在5-3000MHz，用于對(duì)地下結(jié)構(gòu)，埋藏物以及人造結(jié)構(gòu)成像。地下不同物體或介質(zhì)的差異，會(huì)對(duì)電磁波進(jìn)行反射，使用者根據(jù)反射圖像判斷地下異常體的位置。采用脈沖雷達(dá)體制，最早的脈沖雷達(dá)系統(tǒng)是Melton于1937年提出的?；竟ぷ髂Ｊ剑悍瓷洌俣忍綔y(cè)，層析成像（雷達(dá)CT)。(groundpenetratingradar)。目標(biāo)體和周圍介質(zhì)要有足夠的電性差異（介電常數(shù)和電阻率）。速度一般在50-150m/μs。在地下介質(zhì)的電特性