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1、北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E1 北京鑫衡运北京鑫衡运科贸有限责任公司科贸有限责任公司联系电话：01082250916，82251763传 真：01082250815公司网址：http:/北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E探地雷达基本原理（A部分）手机号码： 15810448633QQ 号码： 77055062邮箱地址： 张国峰北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T
2、V I S I B L E主主 要要 内内 容容1.1.什么是雷达什么是雷达2.2.什么是探地雷达什么是探地雷达(GPR)(GPR) 3.GPR3.GPR的优点及局限性的优点及局限性 4.GPR4.GPR基本方法原理基本方法原理 5.RAMAC/GPR5.RAMAC/GPR系统示意图系统示意图 6.6.地下介质电特性地下介质电特性 北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E1.1.什么是雷达什么是雷达RADIO DETECTION AND RANGING（无线电探向和测距）雷达最初是用于军事目的探测空中目标体.RAD
3、AR北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E2 2. .什么是探地雷达什么是探地雷达 采用电磁波探测的一种技术，频率一般在5-3000MHz，用于对地下结构，埋藏物以及人造结构成像。 地下不同物体或介质的差异，会对电磁波进行反射，使用者根据反射图像判断地下异常体的位置。 采用脉冲雷达体制，最早的脉冲雷达系统是Melton于1937年提出的。 基本工作模式：反射，速度探测，层析成像（雷达CT)。GPRGPR(ground penetrating radar)(ground penetrating radar)北京鑫衡
4、运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E3 3. .GPRGPR的的优点优点及局限性及局限性设备轻便,携带方便GPR 是无损探测技术与其它地球物理方法相比，数据采集速度非常快水平和垂直精度高图像比较直观北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E探测深度和目标体的分辨能力依赖于土壤（或地下介质）特性 . 高导电率介质会使 GPR方法无效（如海水、盐碱地、金属矿、含水粘土层等）.目标体和周围介质要有足够的电性差异（介电常数和电阻率）GPR数据的解释因
5、人而异 解释者的经验非常重要.3 3. .GPRGPR的优点及的优点及局限性局限性北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E4 4. .GPRGPR基本方法原理基本方法原理 用电磁波穿透地下介质 穿透深度取决于介质的介电常数和电导率 记录反射时间 速度一般在 50 - 150 m/北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E 雷达探测的95% 是用偶极反射模式 从原理上将，GPR 类似于声纳设备 发射机发射一 “列”电磁脉冲， 该脉冲在介质中
6、传播 在地下介质的电特性有变化的地方 发生反射(即散射) 接收机拾取“背散射”信号，记录它 并将其显示在计算机屏幕中 4 4. .GPRGPR基本方法原理基本方法原理北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L ETime nsDepth m?Length m4 4. .GPRGPR基本方法原理基本方法原理北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E孔孔中中雷雷达达4 4. .GPRGPR基本方法原理基本方法原理北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运
7、科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E4 4. .GPRGPR基本方法原理基本方法原理速度速度 (地面雷达地面雷达) CMP, common midpoint measurement（共中心点） WARR, wide angle reflection refraction（宽角反射折射） 给出速度剖面用于把时间记录转换成深度 需要可分离天线(Tx发射/Rx接收) RAMAC/GPR比竞争对手的优势北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E4 4. .GPRGPR基本方法原
8、理基本方法原理 层析成像层析成像 (钻孔雷达钻孔雷达)北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E4 4. .GPRGPR基本方法原理基本方法原理实际使用时，最常用的方法是做一条剖面实际使用时，最常用的方法是做一条剖面在剖面中寻找一个已知点（如管线、钻孔等），在剖面中寻找一个已知点（如管线、钻孔等），通过已知目标物的深度计算出速度，然后得出其通过已知目标物的深度计算出速度，然后得出其它地下物体的速度。它地下物体的速度。 V=2d/t速度探测速度探测北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M
9、 A K E I T V I S I B L E5 5. .RAMAC/GPRRAMAC/GPR系统示意图系统示意图控控 制制 单单 元元发发 射射接接 收收测量轮测量轮触发信号触发信号数据北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性 要探测的介质的电特性，决定雷达方法是否适用。要探测的介质的电特性，决定雷达方法是否适用。 在用雷达进行地质勘探时，水是决定电特性的最主要的因素。在用雷达进行地质勘探时，水是决定电特性的最主要的因素。 电导率电导率 (穿透深度穿透深度) 相对介电
10、常数相对介电常数 (对比度对比度, 信号速度信号速度, “足印足印”) 水水 (与上面参数有关与上面参数有关)北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E传导电流传导电流: Jc = s E s = 电导率电导率(S/m) s = 1/r (电阻率电阻率, Wm) 电导率是一个物体传导电流的能力电导率是一个物体传导电流的能力（或电荷在介质中流动的难易程度）（或电荷在介质中流动的难易程度） 如如: - 电子在金属板内电子在金属板内 - 水中离子的移动水中离子的移动No E-field E-fieldapplied6 6.
11、 .地下介质的电特性地下介质的电特性No E-field 北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性GPR信号的穿透深度信号的穿透深度 与土壤的电导率有关与土壤的电导率有关 (低致金属目标体低致金属目标体):0204060801001200,512481632土壤电导率土壤电导率 mS/m Depth (feet)01020302551535 Depth (meter)北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S
12、I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性土壤中的水含量与电导率土壤中的水含量与电导率-8-7-6-5-4-3-2-10051015202530水含量水含量 (水的重量水的重量/土壤重量土壤重量)电导率的对数电导率的对数 (mS/m)北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性频率频率MHz用途用途探测深度探测深度m 10地质地质, 土工土工, 采矿采矿.50-60 25地质地质, 土工土工, 采矿采矿.40-50 50 地质地质, 土工土工, 河流河流, 湖
13、泊湖泊, 环境环境.30-40 100 地质地质, 土工土工, 河流河流, 湖泊湖泊, 环境环境, 土壤土壤 .20-30 200-250 浅层地质浅层地质, 土木工程土木工程, 公用事业公用事业, 考古考古, 河流河流, 湖泊湖泊, 土壤土壤, 环境环境10-15 350-500 土木工程土木工程, 公用事业公用事业, 考古考古,空洞空洞, 管线探测管线探测, 雪和冰的厚度雪和冰的厚度可达可达7.5 800混凝土混凝土, 空洞空洞, 路面路面, 桥梁桥梁, 公用事业公用事业, 未知物体未知物体, 管线探测管线探测,雪和冰的厚度雪和冰的厚度可达可达北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责
14、任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性关于电导率和关于电导率和GPR 探测的有用建议探测的有用建议: “当地下介质当地下介质(寄主寄主)的电导率大于的电导率大于 10 mS/m (或小于或小于100 Ohmm), GPR 不是一个合适的方法不是一个合适的方法”北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E从好的低电导率从好的低电导率土壤土壤(石英沙石英沙 )中中得到的雷达剖面得到的雷达剖面从高电导率土壤从高电导率土壤（粘土）中得到（粘土）中得
15、到的雷达剖面。可的雷达剖面。可见信号衰减较大。见信号衰减较大。6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性极化电流极化电流: D = e E e = 介电常数介电常数 (F/m)er = e/ e 自由空间自由空间 (标量标量)相对介电常数的值表示将介质中相对介电常数的值表示将介质中电荷分开的力。电荷分开的力。如如: - 分子偶极子的移动分子偶极子的移动 一些分子的特性一些分子的特性 - 金属物体中的电荷金属物体中的电荷 嵌在周围环
16、境内嵌在周围环境内No E-field E-fieldappliedNo E-field 北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性相对介电常数和相对介电常数和GPR 信号速度的关系信号速度的关系: v = 介质中介质中GPR 信号的速度信号的速度 c = 光速光速 er = 相对介电常数相对介电常数北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性相对介电常数
17、和相对介电常数和“足印足印”的关系的关系:“足印足印” 定义为探测的定义为探测的 “有效区域有效区域 ” 北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性反射系数反射系数:电磁波反射是由地下土壤电磁波反射是由地下土壤中电阻抗的变化中电阻抗的变化 产生的。产生的。 对对GPR 频率范围，地下介频率范围，地下介质的阻抗变化质的阻抗变化 主要由相对主要由相对介电常数的变化决定的。介电常数的变化决定的。 此处:z1 = 第 1层的阻抗z2 = 第2层的阻抗r = 反射系数北京鑫衡运科贸有
18、限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性当当Pr 0.01时时 就能有足够的反射就能有足够的反射反射系数反射系数:对对GPR, 反射系数近似等于反射系数近似等于 “反射能力反射能力” (Pr)北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E列表值列表值: 取自科学文献取自科学文献 列表中的值可以给出有用信息，列表中的值可以给出有用信息，得出雷达方法是否适用得出雷达方法是否适用 6 6. .地下介质的电特性地下介质的电
19、特性北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性02040608010011020304050607081 % 水含量水含量相对介电常数相对介电常数水含量与相对介电常数水含量与相对介电常数:多数干燥的地下介质，多数干燥的地下介质，其相对介电常数值其相对介电常数值 10水的相对介电常数是水的相对介电常数是81 北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性 介质
20、 电导率S/m相对介电常数速度(m/s)空气01300干沥青0.01-0.12-4212-150湿沥青0.001-0.16-12122-86干粘土0.1-12-6212-122湿粘土0.1-15-40134-47干煤0.001-0.013.5160湿煤0.001-0.18106干混凝土0.001-0.014-40150-47湿混凝土0.01-0.110-2095-67淡水10 -0.018133淡水冰10 -10 4150干花岗岩10 -10 5134湿花岗岩0.001-0.017113干灰岩10 -10 7113湿灰岩0.01-0.18106永久冻土10 -0.014-8150-106典型介
21、质的相对介电常数,电导率和电磁波速度的列表北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L E 介质 电导率S/m相对介电常数速度(m/s)干结晶盐10 -0.014-7150-113干沙10 -0.0012-6212-122湿沙0.001-0.0110-3095-54干砂岩10 -10 2-5212-134湿砂岩10 -0.015-10134-95海水1008133海水冰0.01-0.14-8150-106干页岩0.001-0.014-9150-100饱和页岩0.001-0.19-16100-75硬雪10 -10 6-12122-86粘性干土0.01-0.14-10150-95粘性湿土0.001-110-3095-54干壤土10 -10 4-10150-95湿壤土0.01-0.110-3095-54干沙土10 -0.014-10150-95湿沙土0.01-0.110-3095-54典型介质的相对介电常数,电导率和电磁波速度的列表6 6. .地下介质的电特性地下介质的电特性北京鑫衡运科贸有限责任公司北京鑫衡运科贸有限责任公司 L E T S M A K E I T V I S I B L EEND
