探地雷達(dá)的原理與測量方法

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探地雷達(dá)是利用天線發(fā)射和接收頻電磁波來探測介質(zhì)內(nèi)物質(zhì)特性和分布規(guī)律的種地物理方法。探地雷達(dá)早期有多種叫法．如地面探測雷達(dá)(Ground—probing Radar)、地下雷達(dá)(Sub—surface Radar)、地質(zhì)雷達(dá)(Geo Radar)、脈沖雷達(dá)(Impulse Radar)、表面穿透雷達(dá)(Surface Penetrating Radar)等，都是面向地質(zhì)勘探目標(biāo)、利用頻脈沖電磁探測地質(zhì)目標(biāo)內(nèi)結(jié)構(gòu)的種電磁波方法。是近幾十年發(fā)展起來的種探測地下目標(biāo)的有效手段，是種無損探測術(shù)，與其他常規(guī)的地下探測方法相比，具有探測速度快、探測過程連續(xù)、分辨率、操作方便靈活、探測費用低等優(yōu)點，在程勘察域的應(yīng)用日益廣泛。
由于探地雷達(dá)探測的、率以及無損的特點，目前主要被用于考古、礦產(chǎn)勘查、災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查、巖土程勘察、程質(zhì)量檢測、建筑結(jié)構(gòu)檢測以及軍事目標(biāo)探測等眾多域。
探地雷達(dá)的作頻率范圍介于1M～1GHz之間，在地下介質(zhì)中的傳播以位移電流為主。雖然探地雷達(dá)和地震方法的物理機制和測量的物理量不樣(電磁波和彈性波)，但兩者的運動學(xué)特征致，遵循形式相似的波動方程，只是其中參數(shù)的物理意義不同。這種運動學(xué)特征的相似性使得探地雷達(dá)方法從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理(包括處理軟件)到數(shù)據(jù)解釋都可借鑒地震勘探的方法術(shù)成果。近年來隨著電磁波理論研究的深入，些電磁特性如化特性等得到深入的研究．并在雷達(dá)設(shè)備、采集術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法等方面得到開發(fā)和應(yīng)用。
、探地雷達(dá)的原理
探地雷達(dá)多采用天線向探測目標(biāo)發(fā)射頻脈沖電磁波來行探測。通常探測目標(biāo)深度滿足于遠(yuǎn)場條件，可近似看做是以平面波形式傳播。平面波的化是空間給定點上場矢量方向隨時間的變化特征。通常可分為線化、圓化和橢圓化三種類型。波的化是電磁波的個重要特性，不同化方式的波有著不同的程應(yīng)用。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)存在各向異性時，以線化方式入射的平面波．其反射回波可能轉(zhuǎn)變成橢圓化方式。因此，通過研究雷達(dá)波化方式的變化可以獲得與地下介質(zhì)物性相關(guān)的信息。
二、探地雷達(dá)的測量方法
1、剖面法
剖面法是zui常用的探地雷達(dá)觀測方式，類似于地震勘探中共偏移采集方式，即發(fā)射天線和接收天線以同定天線間距、按定測量步距(測點距)沿測量剖面順序移動并采集數(shù)據(jù)，從而得到整個剖面上的雷達(dá)記錄。這是目前大多數(shù)雷達(dá)系統(tǒng)常用的觀測方式，只需要發(fā)射和接收兩個通道，系統(tǒng)設(shè)計相對簡單。剖面法的優(yōu)點是剖面成果不需要或只需行簡單的處理就可用于解釋，能直觀得到測量成果，非常適合于急需快速提供測量結(jié)果的場合。
2、寬角法
寬角法有兩種作方式：種方式是個天線在某點固定不動(不論發(fā)射或接收天線)；另天線按等間隔沿測線移動并采集數(shù)據(jù)，得到的記錄相當(dāng)于地震勘探中共炮點記錄(CSP)。另種方式是以地面某點為中心點，發(fā)射天線和接收天線對稱分置于中心點兩側(cè)，按定間隔沿測線向兩側(cè)順序移動并采集數(shù)據(jù)．得到的記錄類似于地震勘探中共中心點記錄(CMP)，當(dāng)?shù)叵陆缑嫠綍r類似于共深度點記錄(CDP)。
采用寬角法測量的目的：是求取地下介質(zhì)的雷達(dá)波速度，為時深轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)解釋提供資料。二是實現(xiàn)水平多次疊加，提信噪比。采用這種測量方式沿剖面行多點測量，與地震勘探類似，可以通過動、靜校正和水平疊加處理獲得信噪比雷達(dá)資料，同時可以增加勘探深度。
3、透射波法
透射波法主要測量穿透過測量對象的直達(dá)波到達(dá)時間而計算出雷達(dá)波速度，通過穿透過測量對象的雷達(dá)波速度差異判斷測量對象的質(zhì)量。因此透射波法要求發(fā)射和接收天線分立于測量對象的兩側(cè)。由于只解釋和計算zui早到達(dá)的直達(dá)波，波形識別和計算相對簡單。透射波法主要用于程中墻體、柱體、橋墩、樁的質(zhì)量檢測以及井中雷達(dá)測量。井中雷達(dá)測量需要預(yù)布置兩個井孔，類似于地震跨孔測量。透射波法也可采用層析成像的觀測方式作，從而獲得細(xì)的孔間介質(zhì)速度成像。
4、三維測量方式
隨著勘探目標(biāo)要求的提，二維剖面測量所能給出剖面上異常目標(biāo)的埋深、范圍等信息已不能滿足業(yè)界對探測目標(biāo)延伸走向、空間變化等詳細(xì)信息的要求。考古目標(biāo)的規(guī)模相對較小，二維剖面法很難使測線正好跨過探測對象，剖面異常的解釋也是問題。因此開展三維雷達(dá)勘探是考古地物理應(yīng)用的趨勢和方向，些商用雷達(dá)系統(tǒng)從硬件設(shè)備到處理軟件都能夠支持5、三維雷達(dá)勘探。
目前探地雷達(dá)三維勘探是種偽三維勘探設(shè)計，即采用多條二維剖面組合形成面積性三維數(shù)據(jù)體，再通過軟件處理和顯示。對于目前只有個發(fā)射天線和個接收天線的雷達(dá)系統(tǒng)．這種偽三維設(shè)計也是種不錯的替代。隨著電子術(shù)發(fā)展，多通道儀器設(shè)備出現(xiàn)將會帶來三維雷達(dá)勘探術(shù)的革命。

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