第五章地质雷达教材

雷达波速 （m/ns） 0.3 0.033 0.01 0.15 0.06 0.12 0.09 0.07 0.06 0.13 0.13 0.16 0.017 0.16
衰减系数 （dB/m) 0 0.1 1000 0.01 0.03-0.3 0.4-1 1-100 1-100 1-300 0.01-1 0.01-1 0.01 108 0.14
阻率高，探测深度大。 W 2 f
地下介质 相对介电常数
空气 淡水 海水 干砂 饱和砂 石灰岩 泥岩 粉砂 粘土 花岗岩 岩盐 冰 金属 PVC材料
1 80 80 3-5 20-30 4-8 5-15 5-30 5-40 4-6 5-6 3-4 300 3.3
电导率 (ms/m) 0 0.5 30000 0.01 0.1-10 0.5-2 1-100 1-100 2-1000 0.01-1 0.01-1 0.01 1010 1.34
1.3 分辨率（分辨最小异常体的能力）
垂向分辨率：区分一个以上反射界面的能力 四分之一波长
水平分辨率：在水平方向上所能分辨的最小异常 体的尺寸
h / 2
2. 野外信号采集方式
2.1 剖面法（反射观测方式）
2.2 透射法
Байду номын сангаас
发射天线
柱 墙 楼板
接收天线
2.3 宽角法（共深点法，CDP） 用于求取表层土的电磁波传播速度
脉冲旅行时： tR ( X 2 4z 2 )1/ 2 /V
二、雷达技术的研究及探测仪器的发展
• Hulgmeyer,1904 首次使用电磁信号来确 定地下金属目标体的存在
• Leimbach, Lowy 1910, 用电磁波定位埋藏 的物体（专利）
• Hulsenbeck：脉冲技术确定地下物体的结 构，地表下任何介电常数的变化将导致 电磁波的反射
• A.P.Annan
• 加拿大Sensor & Software Inc., EKKO (Noggin)系列
• 美国GSSI，SIR系列 • 瑞典Mala Geoscience Inc., RAMAC系列 • 意大利IDS, RIS系列
EKKO 系列 EKKO 100增强型
E K K O 1 0 0 0 型
传播介质的电磁特性、目标物
的形状和大小
波形
波形+面积
彩色显示
当目标物与扫描方向垂直时
当目标物与扫描方向平行时
在雷达图中 总是 会形 成一 “双曲线图案”
在雷达图中 经常 会形成一 “线状图型”
(当在目标物的顶部扫描时)
所以，需要在横向与纵向两个方向进行扫描
超高频电磁波（10MHz－5000MHz）
特 点：
高分辨率 无损性 高效率 抗干扰能力强
雷达勘探基本原理：
利用波的反射现象测量障碍物离开我们所站地方 的距离。
例如：己知声波在空气中传播的速度是：v=340m/s, 从 呼喊开始到听见回声的时间 t=4秒, 那么障碍物离开我们的距 离 S 就可以用如下公式：
S = 1/2 v*t = ½ （340 × 4） =680(m)
Noggin 250型
SIR 系列
匹配天线
SIR3000型（最新）
3207型
GSSI自行生产的天线
5103型
Next
5100型
Radarteam定制的天线 Subecho 70型
屏蔽Subecho 200型 屏蔽天线900型
RAMAC系列
X3M型
匹配天线
非屏蔽天线200型
非屏蔽天线100型 屏蔽天线100型
RIS系列
RIS-2K/0型 （单道）
RIS-2K/ME型 （多道）
北京爱迪尔公司的CBS-9000型 地质雷达及天线
三、野外数据优化采集
1. 主要技术参数
1.1 雷达方程
1.2 探测距离
探测距离与选用的天线的发射功率、天线频率、地下介质的相
对介电常数、电导率相关，频率低，发射功率大，介质电
由于地下介质往往具有不同的物理特性，如介质的介电 性、导电性及导磁性差异，因而对电磁波具有不同的波 阻抗，进入地下的电磁波在穿过地下各地层或管线等目 标体时，由于界面两侧的波阻抗不同，电磁波在介质的 界面上会发生反射和折射，反射回地面的电磁波脉冲其 传播路径、电磁波场强度与波形将随所通过介质的电性 质及几何形态而变化，因此，从接收到的雷达反射回波 走时、幅度及波形资料，可以推断地下介质或管线的埋 深与类型。
地面
地面
宽角法数据特点
单点探测与宽角法记录
宽角法数据处理-动校正
3 天线极化方向 （偶极天线，优选极化方向，天线剖面垂直 于目标体走向的原则）
垂直垂射
关于天线分离距及其天线排列方向的现场试验
北 楼
测线起始点
汇 文 楼
水泥路面
雨水管
0.8m
0.4m 1.2m
1.6m
0.4
0.8
1.2
4. 探地雷达图像的数字处理技术
第五章 地质雷达探测技术
地质雷达法、探地雷达法 GPR（Ground-Penetrating-Radar）， Geo-radar, Geo Probing radar
它是一种对下的或结构物内部不可见的目标体 或分界面进行定位或判别的电磁波探测技术
一、基本原理
高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入 地下，经存在电性差异的地下地层或目标体反射后返回地面， 由接收天线所接收。因为它是从地面向地下发射电磁波来实现 探测目的，所以又称探地雷达，高频电磁波在介质中传播时， 其传播路径、电磁场强度与波形将随通过介质的电性特征与几 何形态而变化。因此，通过对时域波形的采、处理和分析，可 确定地下分界面或地质体的空间位置及结构。
探地雷达工作原理示意图
海洋与地球科学学院 工程物探室
3
共偏移距观测方法
探地雷达工作原理示意图
天线
雷达可测量信号到达目标的 传输时间
利用估算的传播速率计算出 目标的距离
x
当满足下面条件时，隐 蔽物可由雷达探出：
在天线信号范围之内 信噪比适当
时 间
天线
x
时
测深和分辨率与以下几个因素
间
有关：天线频率、发射功率、
•常规的数字处理方法： 预处理：点平均、道平均等 数字滤波，低通、高通及带通、中值波波等 增益调节：AGC、SEG、Const 偏移处理：以射线理论为基础的偏移归位方法 波动方程偏移 多次叠加技术
•特殊的数据处理方法： 复信号分析：瞬时相位、瞬时振幅、瞬时频率 其它一些非线性技术的应用，如分形技术