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1、,1,北京鑫衡运 科贸有限责任公司,联系电话：01082250916，82251763 传 真：01082250815 公司网址：http:/,探地雷达基本原理 （A部分）,手机号码： 15810448633 QQ 号码： 77055062 邮箱地址： ,张国峰,主 要 内 容,1.什么是雷达,2.什么是探地雷达(GPR),3.GPR的优点及局限性,4.GPR基本方法原理,5.RAMAC/GPR系统示意图,6.地下介质电特性,1.什么是雷达,RADIO DETECTION AND RANGING （无线电探向和测距） 雷达最初是用于军事目的 探测空中目标体.,RADAR,2.什么是探地雷达,采
2、用电磁波探测的一种技术，频率一般在5-3000MHz，用于对地下结构，埋藏物以及人造结构成像。 地下不同物体或介质的差异，会对电磁波进行反射，使用者根据反射图像判断地下异常体的位置。 采用脉冲雷达体制，最早的脉冲雷达系统是Melton于1937年提出的。 基本工作模式：反射，速度探测，层析成像（雷达CT)。,GPR (ground penetrating radar),3.GPR的优点及局限性,设备轻便,携带方便 GPR 是无损探测技术 与其它地球物理方法相比，数据采集速度非常快 水平和垂直精度高 图像比较直观,探测深度和目标体的分辨能力依赖于土壤（或地下介质）特性 . 高导电率介质会使 GP
3、R方法无效（如海水、盐碱地、金属矿、含水粘土层等）. 目标体和周围介质要有足够的电性差异（介电常数和电阻率） GPR数据的解释因人而异 解释者的经验非常重要.,3.GPR的优点及局限性,4.GPR基本方法原理,用电磁波穿透地下介质 穿透深度取决于介质的介电常数和电导率 记录反射时间 速度一般在 50 - 150 m/s,雷达探测的95% 是用偶极反射模式 从原理上将，GPR 类似于声纳设备 发射机发射一 “列”电磁脉冲， 该脉冲在介质中传播 在地下介质的电特性有变化的地方 发生反射(即散射) 接收机拾取“背散射”信号，记录它 并将其显示在计算机屏幕中,4.GPR基本方法原理,4.GPR基本方法
4、原理,孔 中 雷 达,4.GPR基本方法原理,4.GPR基本方法原理,速度 (地面雷达),CMP, common midpoint measurement（共中心点） WARR, wide angle reflection refraction（宽角反射折射） 给出速度剖面用于把时间记录转换成深度 需要可分离天线(Tx发射/Rx接收) RAMAC/GPR比竞争对手的优势,4.GPR基本方法原理,层析成像 (钻孔雷达),4.GPR基本方法原理,实际使用时，最常用的方法是做一条剖面 在剖面中寻找一个已知点（如管线、钻孔等）， 通过已知目标物的深度计算出速度，然后得出其 它地下物体的速度。,V=2d
5、/t,速度探测,5.RAMAC/GPR系统示意图,控 制 单 元,发 射,接 收,测量轮,触 发 信 号,触 发 信 号,数 据,6.地下介质的电特性,要探测的介质的电特性，决定雷达方法是否适用。 在用雷达进行地质勘探时，水是决定电特性的最主要的因素。,传导电流: Jc = s E s = 电导率(S/m) s = 1/r (电阻率, Wm) 电导率是一个物体传导电流的能力 （或电荷在介质中流动的难易程度） 如: - 电子在金属板内 - 水中离子的移动,No E-field,E-field applied,6.地下介质的电特性,No E-field,6.地下介质的电特性,GPR信号的穿透深度
6、与土壤的电导率有关 (低致金属目标体):,6.地下介质的电特性,土壤中的水含量与电导率,水含量 (水的重量/土壤重量),电导率的对数 (mS/m),6.地下介质的电特性,6.地下介质的电特性,关于电导率和GPR 探测的有用建议: “当地下介质(寄主)的电导率大于 10 mS/m (或小于100 Ohmm), GPR 不是一个合适的方法”,从好的低电导率土壤(石英沙 )中得到的雷达剖面,从高电导率土壤（粘土）中得到的雷达剖面。可见信号衰减较大。,6.地下介质的电特性,6.地下介质的电特性,极化电流: D = e E e = 介电常数 (F/m) er = e/ e 自由空间 (标量) 相对介电常
7、数的值表示将介质中 电荷分开的力。 如: - 分子偶极子的移动 一些分子的特性 - 金属物体中的电荷 嵌在周围环境内,No E-field,E-field applied,No E-field,6.地下介质的电特性,相对介电常数和 GPR 信号速度的关系:,6.地下介质的电特性,相对介电常数和“足印”的关系: “足印” 定义为探测的 “有效区域 ”,6.地下介质的电特性,反射系数: 电磁波反射是由地下土壤 中电阻抗的变化 产生的。 对GPR 频率范围，地下介 质的阻抗变化 主要由相对 介电常数的变化决定的。,此处: z1 = 第 1层的阻抗 z2 = 第2层的阻抗 r = 反射系数,6.地下介质的电特性,反射系数: 对GPR, 反射系数近似等于 “反射能力” (Pr),列表值: 取自科学文献 列表中的值可以给出有用信息， 得出雷达方法是否适用,6.地下介质的电特性,6.地下介质的电特性,水含量与相对介电常数: 多数干燥的地下介质， 其相对介电常数值 10 水的相对介电常数是81,6.地下介质的电特性,典型介质的相对介电常数, 电导率和电磁波速度的列表,典型介质的相对介电常数, 电导率和电磁波速度的列表,6.地下介质的电特性,END,