第4章探地雷達(dá)第1節(jié)

概述一、探地雷達(dá)探地雷達(dá)（GroundPenetratingRadar簡稱GPR）由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分產(chǎn)生高頻脈沖電磁波，通過發(fā)射天線向地下發(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接收，根據(jù)接收到的電磁波的特征推斷地下介質(zhì)分布規(guī)律的探測方法。二、應(yīng)用探地雷達(dá)是一種高分辨率探測技術(shù)，可以對淺層地質(zhì)問題進(jìn)行詳細(xì)填圖。在工程地質(zhì)勘探、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和公路工程質(zhì)量檢測等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前探地雷達(dá)廣泛應(yīng)用于在公路、鐵道、機(jī)場、建筑工程、水利工程、隧道工程等領(lǐng)域。第2節(jié)探地雷達(dá)的基本理論一、電磁波在介質(zhì)中的傳播速度當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時，可根據(jù)測得的走時t，由下式求得目標(biāo)體的深度z。

為真空中電磁波傳播速度和相對介電常數(shù)。大多數(shù)非導(dǎo)電、非磁性介質(zhì)來說，其電磁波傳播速度主要取決于介質(zhì)的介電常數(shù)。介質(zhì)相對介電常數(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----1納秒=0.000000001秒

由于探地雷達(dá)的電磁波在介質(zhì)中傳播其衰減的速度非?？?，這構(gòu)成雷達(dá)應(yīng)用的主要障礙：探測深度有限。電磁波的電場強(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)，它與介質(zhì)的電性和頻率有關(guān)，根據(jù)計算可以寫為二、吸收系數(shù)探地雷達(dá)工作頻率高，在地下介質(zhì)中以位移電流為主，即

，這時β的近似值為即β與導(dǎo)電率σ成正比，與磁導(dǎo)率μ和介電常數(shù)ε比值的平方根成正比。趨膚深度：電流值下降至表面最大電流值的1/e(36.8%)時距表面層的距離。三、剖面法與多次覆蓋觀測（1）剖面法剖面法是發(fā)射天線（T）和接收天線（R）以固定間距沿測線同步移動的一種測量方式。（2）多次覆蓋應(yīng)用不同天線距的發(fā)射——接收天線在同一測線上進(jìn)行重復(fù)測量．然后把測量記錄中相同位置的記錄進(jìn)行疊加，這種記錄能增強(qiáng)對深部地下介質(zhì)的分辨能力。第3節(jié)

探地雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)1.分辨率分辨最小異常體的能力。分辨率可分為垂向分辨率與橫向分辨率。2.天線的選擇

在選擇無載波探地雷達(dá)天線的中心頻率時，要兼顧其最大探測深度和最小分辨率，同時還要考慮天線的尺寸是否符合測試地點的需要。3.時窗選擇

脈沖探地雷達(dá)采樣時窗是指從第一個資料開始至采集最后一個資料期間的時間長度。時窗長度的選擇主要取決于所要求探地雷達(dá)的最大探測深度d(單位m)和探地雷達(dá)天線發(fā)射的電磁場在地下媒質(zhì)中的傳播速度v(單位m/nS)。4.采樣間隔(率)選擇采樣間隔是用記錄目標(biāo)反射波時探地雷達(dá)采樣率的倒數(shù)來衡量的，采樣率越高，采樣間隔越短。

采樣率受采樣定律的制約，即采樣率至少應(yīng)達(dá)到反射波信號中最高頻率的2倍。5.測點點距選擇6.天線間距選擇第4節(jié)

探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理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：1）低通濾波

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：2）高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：3）帶通濾波2.雷達(dá)資料的偏移處理

偏移處理的概念：把水平疊加剖面上偏移了的反射層進(jìn)行反偏移，歸位到地層的真實位置上。偏移的產(chǎn)生：水平疊加時間剖面相當(dāng)于自激自收剖面，界面的反射波視為共中心點的正下方。對于水平反射界面，這是正確的；但當(dāng)界面傾斜時，界面的反射波并不是位于共中心點的正下方。反射波界面與真實地層在長度、傾角、位置方面均不一致。

當(dāng)構(gòu)造比較復(fù)雜時，偏移現(xiàn)象很嚴(yán)重，水平疊加時間剖面上由于視界面位置不正確甚至?xí)a(chǎn)生能量匯聚、空白或干涉等現(xiàn)象。能量匯聚現(xiàn)象能量空白現(xiàn)象

當(dāng)構(gòu)造比較復(fù)雜時，偏移現(xiàn)象很嚴(yán)重，水平疊加時間剖面上由于視界面位置不正確甚至?xí)a(chǎn)生能量匯聚、空白或干涉等現(xiàn)象。疊后偏移方法：可能的反射點偏移歸位示意圖

水平疊加剖面上M1點的反射波可能來自以M1為圓心，vt/2為半徑的半圓上。同理，M2、M3……接收到同一反射界面的波分別位于各自的半圓上，故這些半圓的公切線就是此反射界面。3.雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理1）振幅恢復(fù)2）道內(nèi)均衡

第5節(jié)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)的反射波與之對應(yīng)。一般在無構(gòu)造區(qū)，同