电磁场课后作业-探地雷达概论
- 格式：doc
- 大小：133.00 KB
- 文档页数：2
探地雷达（Ground Penetrating Radar ，GPR ）又称透地雷达，地质雷达，是用频率介于10^6-10^9Hz 的无线电波来确定地下介质分布的一种无损探测方法。
探地雷达方法是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。
在坝体渗漏探测中，渗透水流使渗漏部位或浸润线以下介质的相对介电常数增大，与未发生渗漏部位介质的相对介质常数有较大的差异，在雷达剖面图上产生反射频率较低反射振幅较大的特征影像，以此可推断发生渗漏的空间位置、范围和埋藏深度。
探地雷达可用于检测各种材料，如岩石、泥土、砾石，以及人造材料如混凝土、砖、沥青等的组成。
雷达可确定金属或非金属管道、下水道、缆线、缆线管道、孔洞、基础层、混凝土中的钢筋及其它地下埋件的位置。
它还可检测不同岩层的深度和厚度，并常用于地面作业开工前对地面作一个广泛的调查。
探地雷达利用高频电磁波(主频为数十兆赫至数百兆赫以至千兆赫)以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线T 送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R 所接收(图1)。
脉冲波行程需时：
ν+=/x z 4t 22。
当地下介质中的波速v 为已知时，可根据测到的精确的t 值(ns ，1ns=lO -9s)。
由上式求出反射体的深度(m)。
式中x(m)值在剖面探测中是固定的：v 值(m/ns)可以用宽角方式直接测量，也可以根据ε≈ν/c 近似算出(当介质的导电率很低时)[4]，其中c 为光速(c=0.3m/ns)，ε为地下介质的相对介电常数值，后者可利用现成数据或测定获得。
图1 反射探测原理 表1 常见介质的物理量 Table l Parameters value of common mediums 介质
电导率(Sm) 介电常数(相对值) 速度(m/ns) 衰减系数(dB/m) 空气
0 1 0.3 0 纯水
10-4～3×10-2 81 0.033 0.1 海水
4 81 0.01 103 冰
3.2 0.17 0.01 花岗岩(干)
10-8 5 0.15 0.01～1 花岗岩(湿)
10-3 7 0.1 0.01～1 玄武岩(湿)
10-2 8 0.15(干) 灰岩(干)
10-9 7 0.11 0.4～1 灰岩(湿) 2.5×10-2 8 0.4～1
砂(干) 10-7～10-3 4～6 0.15 0.01 砂(湿) 10-4～10-2 30 0.06 0.03～0.3
粘土(湿) 10-1～1 8～12 0.06 1～300
页岩(湿) 10-1 7 0.09 1～100
砂岩(湿) 4×10-2 6
土壤 1.4×10-4 2.6～15 0.13～0.17 20～30
(53r ～=ε)
～5.0×10-2 ～40 0.095(10r =ε)
0.15(40r =ε)
肥土 15 0.078 混凝土 6.4 0.12 沥青 3～5 0.12～0.18
在雷达探测中，岩石的介电常数起着极为重要的作用，在高频电磁场中由于极化惯性所引起的附加导电性，也是一个值得深入研究的问题。
多种影响因素使得同类岩石的电阻率产在很宽的范围内变化。
同样，矿物的介电常数ε也在相当宽的范围内变化，水(ε为80个相对单位)与某些钛、锰化合物，如金红石(ε达170个相对单位)具有高ε值。
绝大多数矿物的介电常数较低，约为4～12个相对单位。
主要造岩矿物的ε为4～7个相对单位。
某些矿物的相对介电常数示于表1。
由于主要造岩矿物与水的相对介电常数存在较大差异，所以，具有较大孔隙度岩石的介电常数主要取决于它的含水量。
泥岩由于含有大量的弱束缚水，所以其相对介电常数可高达50～60。
岩石含泥质较多时，它们的介电常数与泥质含量有明显的关系。
很多火成岩的孔隙度常只有千分之几，其r ε主要取决于造岩矿物，一般变化范围为6～12。
当饱和岩石的液体是石油时(r ε=2.5)，其介电
水的介电常数与其矿化度的关系较弱，如水溶液含盐的浓度等于57g/1时，同蒸馏水相比其介电常数只增加5％。
与此相应，岩石孔隙中所含水的矿化度同样对其介电常数不应有大的影响，水的矿化度增大导致岩石介电常数有少许增加。
