高频电磁波在不同介质中的反射波图像分析.pdf

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2、THEEARTH9期

3、地球高频电磁波在不同介质中的反射波图像分析■李军锋（河南省煤田地质局一队河南新郑451150）[摘要]地质雷达（GroundPenetratingRadar，简称GPR）技术是通过识别高频电磁波在介质中的反射波信号特征来推断地质体的空间赋存状态。本文以钢筋混凝土、破碎带等目标体为例，分析了其雷达反射图像的特征，总结了高频电磁波在不同介质的反射特征，提高了对地质雷达反射信号的研读能力和解释精度。[关键词]地质雷达反射波特征分析[中图分类号]P412.25[文献码]B[文章编号]10

4、00-405X（2016）-9-119-10引言地质雷达(又称探地雷达)是一种广谱电磁波技术，采用高频宽带电磁波对地下介质进行扫描，以确定目标体的结构形态及其空间图2钢筋的雷达反射波图像赋存状态的一种地球物理方法【1】。作为一种较新的地球物理方法，双曲线形态；钢筋位于双曲线顶点且与初始相位反相；双曲线两翼地质雷达在近10年的时间内逐渐成熟起来。该方法以其操作简便是由雷达天线发射圆锥形电磁波所引起，该信号对深部信号分析形和自动化程度高、图像直观、分辨率高、成果解释可靠等优点在众多成干扰。物探方法中占有重要

5、地位，在浅层地质调查中有着非常广泛的应用因此，根据以上特征，完全可以清晰地判断钢筋的数量及空间领域，如探测采空区，隧道施工的超前预报，查找基岩面、覆盖层厚分布状态。度，查找潜伏断层、破碎带、古溶洞以及地下掩埋物(管道、电缆、金2.2破碎岩体的雷达反射波图像属目标等)、管道沟、涵洞等效果显著。图3是用目前在地质雷达反射波图像的识别（即异常特征判别）方面主主频为100MHz要采用目视判读的方法，得出被探测目标体的形状、大小及空间赋的天线在破碎存位置。本文通过对隧道建设中的一些常见地质问题的地质雷达发岩体上采

6、集到射波图像的特征进行分析，以提高对地质雷达反射波图像的判读能的雷达反射波力和解释准度【2】。图像。1探地雷达工作原理可见，电磁探地雷达（GroundPenetratingRadar，简称GPR）方法是一种用波在破碎岩体于确定地下介质分布的广谱电磁波技术。其利用天线向地下发射电上的波形特征磁脉冲，并接收由地下不同介质界面的反射波。电磁波在介质中传为：反射波波形播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质（如介电杂乱，能量强常数εr）及几何形态的变化而变化。其测试原理和基本组成如图1弱无规律性；所

7、示。根据接收到的回波时间、幅度和波形等信息，可判定地下介质图3破碎岩体的雷达反射波图像反射波相位同的结构与埋藏体的位置与形态【3】。相且不连续，在剖面图上不能够追踪到连续的同相轴；当电磁波穿脉冲波的走时为：t=4h2+x2■/v透破碎带时，高频成份衰减较缓慢。式中：t—脉冲波走时（ns）；h—目标深度（m）；x—发射天线与3结语接收天线的距离（m）；v—电磁波波速（m/ns）。理论研究和实践应用均表明，探地雷达资料解释精度的高低，常见的介质为非磁介质，在探地雷达的频率范围内，一般有既取决于使用者对探地雷

8、达技术的基本理论和信号处理等有关知σ＜＜1；因此，介识的掌握程度，也取决于使用者对多种地下目标体的探地雷达图像ωε特征和异常信号识别技术的研究程度，后者对探地雷达资料解释的质的电磁波速度为：指导作用更直接具体【4】。因此，系统地研究典型地下目标体的雷达cν=反射波的图像特征，对于提高探地雷达资料解释的精度和可靠性，■εr不断拓展探地雷达技术的应用领域具有重要意义。式中c=0.3m/ns但是探地雷达技术也有其局限性，以下3个问题是制约探地雷(光速)，εr为介质相对达技术向前发展的因素：介电常数。（1）探测

9、距离与分辨率的矛盾；当发射天线和接（2）多次波及其他杂波干扰严重，原始记录的信噪比低，有效波收天线相距很近时，检的识别及其成果解译十分困难；图1地质雷达探测原理示意图测目标深度的计算公（3）所获得的被探测对象的空间信息量太少，其资料的解释往t式为：h=·ν往存在多解性。22不同介质的雷达反射波特征参考文献2.1钢筋的雷达反射波图像[1]李大心.探地雷达方法与应用[M].北京：地质出版社，1994.在对钢筋混凝土建筑的质量检测中，对钢筋的数量及分布状态[2]王惠濂,李大心.脉冲时间域探地雷达讲座[J].国

10、外地质勘探技术，1989.检测是一个非常重要的方面。图2是用主频为900MHz的天线在隧[3]ThomasJFenner.Applicationofsubsurfaceradar(SIR)inlimestone.GSSIInc.,Techni-道质量检测中采集到的钢筋图像，图中红点是钢筋所在位置。calLiterature,1985,2~16[4]北京鑫衡运公司，Reflexw软件使用指南可见，电磁波在混凝土等媒质预埋钢筋探测时的波形特征为