13 探地雷达法ppt课件

1、1第一节第一节 方法概述方法概述2n探地雷达法探地雷达法(Ground penetrating radar, GPR)，是利用一个天线发射高频宽带，是利用一个天线发射高频宽带（1MHz1GHz）电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波而进行地）电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波而进行地下介质结构探测的一种电磁法。由于它是从地面向地下发射电磁波来实现探测的，下介质结构探测的一种电磁法。由于它是从地面向地下发射电磁波来实现探测的，故称探地雷达。有时亦将其称作地质雷达。故称探地雷达。有时亦将其称作地质雷达。n它是近年来在环境、工程探测中发展最快，应用最广的一种地球物理方法。它是近年

2、来在环境、工程探测中发展最快，应用最广的一种地球物理方法。 3一、发展概况一、发展概况 4n随着仪器信噪比的大大提高和数据处理技术的应用，随着仪器信噪比的大大提高和数据处理技术的应用，20世纪世纪70年代以后，探地雷年代以后，探地雷达的实际应用范围迅速扩大，其中有：石灰岩地区采石场的探测；淡水和沙漠地达的实际应用范围迅速扩大，其中有：石灰岩地区采石场的探测；淡水和沙漠地区的探测；工程地质探测；煤矿井探测；泥炭调查；放射性废弃物处理调查以及区的探测；工程地质探测；煤矿井探测；泥炭调查；放射性废弃物处理调查以及地面和钻孔雷达用于地质构造填图，水文地质调查，地基和道路下空洞及裂缝调地面和钻孔雷达用于

3、地质构造填图，水文地质调查，地基和道路下空洞及裂缝调查，埋设物探测，水坝、隧道、堤岸、古墓遗迹探查等。查，埋设物探测，水坝、隧道、堤岸、古墓遗迹探查等。 56中国地质大学中国地质大学(武汉武汉)参加第参加第19次南极科考次南极科考,利用探地雷达获得的南极艾默里冰架厚利用探地雷达获得的南极艾默里冰架厚 7中国地质大学中国地质大学(武汉武汉)邓世坤教授在南极进行探地雷达科考邓世坤教授在南极进行探地雷达科考 8南极探地雷达布线南极探地雷达布线 910n二、方法特点二、方法特点n探地雷达法的发射天线与接收天线之间距离很小，甚至可合二为一。当地层倾角探地雷达法的发射天线与接收天线之间距离很小，甚至可合二

4、为一。当地层倾角不大时，反射波的全部路径几乎是垂直地面的。因此，在测线不同位置上法线反不大时，反射波的全部路径几乎是垂直地面的。因此，在测线不同位置上法线反射实际的变化就反映了地下地层的构造形态。射实际的变化就反映了地下地层的构造形态。111213n(1) 发射波形调制方式发射波形调制方式14n(2) 天线设计天线设计1516 4GHz, 1.5GHz, 1GHz, 400MHz, 250MHz.17第二节第二节 基本原理与方法技术基本原理与方法技术18n探地雷达利用以宽带短脉冲（脉冲宽为数纳秒以至更小）形式的高频电磁波（主探地雷达利用以宽带短脉冲（脉冲宽为数纳秒以至更小）形式的高频电磁波（主

5、频十几兆赫至数百以至千兆赫），通过天线（频十几兆赫至数百以至千兆赫），通过天线（T）由地面送入地下，经底层或目）由地面送入地下，经底层或目标体反射后返回地面，然后用另一天线（标体反射后返回地面，然后用另一天线（R）进行接收。）进行接收。19地质雷达工作原理T=2*sqrt(D2+s2)/vDs一个脉冲子波20n脉冲旅行时为脉冲旅行时为n当地下介质中的波速当地下介质中的波速(m/ns)为已知时，可根据精确测得的走时为已知时，可根据精确测得的走时t(单位为单位为ns，1ns=10-9s)，由上式求出反射物的深度，由上式求出反射物的深度(m)。波的双程走时由反射脉冲相对于发射。波的双程走时由反射脉冲

6、相对于发射脉冲的延时进行测定。脉冲的延时进行测定。21n反射脉冲波形由重复间隔发射（重复率反射脉冲波形由重复间隔发射（重复率20kHz100kHz）的电路，按采样）的电路，按采样定律等间隔地采集叠加后获得。考虑到高频波的随机干扰性质，由地下定律等间隔地采集叠加后获得。考虑到高频波的随机干扰性质，由地下返回的反射波脉冲系列均经过多次叠加（叠加次数几十至数千）。返回的反射波脉冲系列均经过多次叠加（叠加次数几十至数千）。22n若地面的发射和接收天线沿探测线以等间隔移动时，即可在纵坐标为双程走时若地面的发射和接收天线沿探测线以等间隔移动时，即可在纵坐标为双程走时t（ns）、横坐标为距离）、横坐标为距离

7、x（m）的探地雷达屏幕上绘描出仅仅由反射体的深度所）的探地雷达屏幕上绘描出仅仅由反射体的深度所决定的决定的“时时-距距”波型道的轨迹图。波型道的轨迹图。23n与此同时，探地雷达仪即以数字形式记下每一道波型的数据，它们经过数字处理与此同时，探地雷达仪即以数字形式记下每一道波型的数据，它们经过数字处理之后，即由仪器绘描成图或打印输出。之后，即由仪器绘描成图或打印输出。24n探地雷达图像由于呈时探地雷达图像由于呈时-距关系形式，因此，类似于地震记录剖面，画面的直观距关系形式，因此，类似于地震记录剖面，画面的直观性较强，波形图面上同一反射脉冲起跳点所构成的性较强，波形图面上同一反射脉冲起跳点所构成的“

8、同相轴同相轴”可用来勾画出反射可用来勾画出反射界面。当然，对于有限几何体的界面，只要返回的能量足够，图面的各道记录上界面。当然，对于有限几何体的界面，只要返回的能量足够，图面的各道记录上均可追踪反射脉冲同相轴，这自然就歪曲了目的体的实际几何形态。均可追踪反射脉冲同相轴，这自然就歪曲了目的体的实际几何形态。25n下图为点状反射体的理论计算图像。图上画了六种不同介质波速度条件下的同相下图为点状反射体的理论计算图像。图上画了六种不同介质波速度条件下的同相轴曲线，可以看出，点状体的异常成双曲线的一种形态，其峰顶的横向和纵向位轴曲线，可以看出，点状体的异常成双曲线的一种形态，其峰顶的横向和纵向位置即为点

9、状体的地面位置和深度。置即为点状体的地面位置和深度。26n介质速度越小，异常峰尖就越明显；埋深越大、天线距越大，双曲线就越平坦。介质速度越小，异常峰尖就越明显；埋深越大、天线距越大，双曲线就越平坦。类似于地震剖面，为达到直观效果类似于地震剖面，为达到直观效果,必须对图像进行偏移归位校正。必须对图像进行偏移归位校正。27n下图为有限几何体埋入水中后在水面上的实测图像，证实了计算的规律。由图可下图为有限几何体埋入水中后在水面上的实测图像，证实了计算的规律。由图可见，在有限体的边、角部位，常因绕射现象而使图像复杂化。见，在有限体的边、角部位，常因绕射现象而使图像复杂化。28第三节第三节 应用实例应用

10、实例29n一、划分花岗岩风化带一、划分花岗岩风化带30n二、隧道探测二、隧道探测31n三、公路路面厚度检测三、公路路面厚度检测3233地质雷达之：地质雷达之： Groundvue 1UGroundvue 1U使用单一的平板电脑，使用单一的平板电脑，在日照下可以清晰读取雷达数据。在日照下可以清晰读取雷达数据。使用方便简单，一个人即可完成野使用方便简单，一个人即可完成野外数据采集任务。下拆手柄可以锁外数据采集任务。下拆手柄可以锁定在合适操作员的位置。定在合适操作员的位置。 Groundvue 1U的形状与的形状与Groundvue 1相似。相似。天线中心频率为天线中心频率为400MHz，频率范围，

11、频率范围为为200-600MHz。34地质雷达实例之：地质雷达实例之： Groundvue 1U通过通过Groundvue 1U测量出来测量出来的跟管子（如上图）在软的跟管子（如上图）在软件中可以处理后做深度切片，件中可以处理后做深度切片，能很直观的反映出管子位置能很直观的反映出管子位置和走向和走向35地质雷达之：地质雷达之： Groundvue 2Groundvue 2是操作界面友好而且很是操作界面友好而且很容易操作使用的设备。在测量前容易操作使用的设备。在测量前可以定义时窗和采样间距，在测可以定义时窗和采样间距，在测量后数据处理过程中也可以根据量后数据处理过程中也可以根据需要改变时窗和采样间距需要改变时窗和采样间距其天线中心频率为其天线中心频率为50MHz，频率范，频率范围为围为30-100MHz。36地质雷达实例之：地质雷达实例之： Groundvue 通过该雷达探测了深度泥炭盆地的轮通过该雷达探测了深度泥炭盆地的轮廓和不同材料的地层，包括泥炭下的廓和不同材料的地层，包括泥炭下的土壤。便于研究和了解古老地形的形土壤。便于研究和了解古老地形的形态。态。37RadarGPS Antenna38 39Fig. 1. Sec