基于探地雷达对近间距相同管径管道的试验研究

近间距相同管径管道的探测是地下管线探测常见问题之一,为了提高近间距管道的识别能力,对近间距相同管径管道的探地雷达反射波响应特征进行研究。为研究探地雷达对其识别的能力,分别建立了近间距相同管径不同材质的管道模型、近间距相同管径相同材质的管道模型,运用GprMax软件对其进行正演数值模拟,研究表明：近间距管道在水平投影面上相交一定范围内时,探地雷达能够识别所有管道。通过本次模拟,对实际工作有重要意义,并为探地雷达在探测近间距管道时提供了参考。     

基于传输线法模拟探地雷达在多层介质模型中的传播

数值模拟是研究探地雷达电磁波在多层介质中传播规律的有效手段,传输线算法是一种基于Huygens原理的时域分析电磁场方法。这里阐述了TLM方法的基本原理及基本关系式,用TLM方法对多层介质进行了正演模拟,将模拟结果与FDTD方法合成结果进行了对比,结果表明了TLM用于GPR正演计算的正确性及有效性。应用该算法对已有模型进行了定性分析,验证了随着介电常数和电导率增大,雷达电磁波衰减加快的结论。     

探地雷达时域有限差分法正演模拟

在以往雷达波的正演模拟中,借鉴地震波中成熟的正演模拟方法,均采用模拟声波方程的方法,精度不够高。因此从麦克思韦方程组出发,采用目前电磁场理论中最常用的时域有限差分法,对探地雷达进行了正演模拟。为了进一步说明其正确性,对正演模拟的结果又进行了偏移处理,从结果看出该方法的正确性及可行性。     

复杂地电模型的探地雷达时域有限差分正演

目前探地雷达正演模拟。都是针对简单的层状模型、圆状空洞、正方形空洞等单一的规则模型,而对于地下弯曲的界面或“V”字形等复杂模型的正演,实现起来较为困难。然而,地下构造是复杂的,因此,对复杂地电模型的正演研究显得更为重要。这里以麦克斯韦两个旋度方程为基本出发点,运用K.S.Yee的空间网格模型理论和时域有限差分法的基本原理,推导出二维空间的探地雷达正演方程组,通过讨论数值频散关系及其产生原因,推导出符合探地雷达实际传播规律的理想频散关系。为解决正演模拟时截断边界处的超强反射,采用了Mur超吸收边界条件．并以自制的探地雷达正演模拟程序为依托,对两个复杂的探地雷达模型进行了正演模拟,得到了正演剖面图。从其后模拟实例中的两正演剖面图可以看出,边界截断处的干扰波被大大地减少,消除边界反射后的雷达剖面能更好地指导工作人员进行地质解释,从而达到了把雷达的正演研究深入到复杂地电模型中去的目的,使正演研究更符合实际的地质情况。     

水泥混凝土路面脱空的探地雷达图像特征分析

脱空是水泥混凝土路面的常见病害,也是行车安全的主要隐患。探地雷达法通过观测分析高频电磁波反射信号特征来研究探测目标体的性质与规模,可以快速、有效地确定路面脱空的位置与充填情况。GprMax2D模拟结果、雷达实测资料和开挖验证情况的综合分析成果表明,充泥和充气空洞的雷达图像十分相似,特征明显,在空洞正上方都会出现一组非常明显的强反射信号,同相轴呈弧型,由于介电常数的明显差异,使得空洞充泥时反射波与直达波相位相反,而充气时反射波与直达波相位相同;不密实区域同相轴错断,显示出多条不规则弧形曲线。     

三维探地雷达数值模拟中UPML边界研究

应用时域有限差分进行探地雷达正演计算时,边界条件的吸收效果是提高雷达波响应模拟精度的关键因素之一。这里推导出了三维各向异性完全匹配空间UPML吸收边界的计算公式,并编程实现。模拟结果表明:UPML吸收边界在吸收效果,反射误差及计算效率等方面,都明显优于常用的Mur、PML吸收边界,具有较好的模拟效果。采用三维UPML边界的时域有限差法,可以提高探地雷达正演模拟的可靠性、准确度。     

探地雷达有限元数值模拟及衰减特性探讨

从Maxwell方程组出发,推导了带衰减项与不带衰减项的探地雷达(GPR)有限元波动方程。利用matlab平台编译了二维GPR有限元正演模拟程序。通过对典型模型例子的模拟分析,给出了GPR电磁波衰减比的概念及其计算公式,加深理解了GPR电磁波在不同介质中的传播特性。在GPR正演模拟中,必须考虑衰减项的吸收作用,得到的模拟结果更符合GPR电磁波在地下介质中的传播规律,更有助于理解和掌握地下介质中探地雷达波的传播规律,对探地雷达资料的地质解释具有更好地指导意义。     

隧道不良地质现象的探地雷达正演模拟与超前探测

探地雷达是一种分辨率比较高的工程地球物理方法,对掌子面前方的溶洞、富水带、断层破碎带和裂隙带等不良地质现象有明显的异常反应。文中介绍了探地雷达在隧道超前预报中探测的原理、测线布置和数据采集方式,分析不良地质现象与围岩之间的结构和介电差异特征,设计合理的正演模型进行正演模拟,分析正演模拟图像的波形、频率、振幅、相位等特征,理论上总结了不良地质现象在雷达图像上的信号特征,并通过对实测典型雷达图像的解释,对不良地质现象的雷达反射波的频谱特征做进一步研究,可以为探地雷达在隧道超前预报中的解译提供参考。     

探地雷达信号的高阶时间域有限差分模拟

探地雷达信号时域有限差分法模拟,多采用二阶精度的中心差分法近似（FDTD（2．2））,虽然计算简单,但数值色散误差较大,影响了模拟精度。在解决较复杂介质分布的探地雷达信号时,不能很好地反映信号的精细变化。而高阶时域有限差分模拟能减少数值色散带来的误差,提高了模拟的精度。采用各向异性完全匹配层（UPML）作为吸收边界条件,实现了高阶计算,有效地吸收边界电磁波反射,而且提高了计算效率。通过模拟的结果分析可知,高阶时域有限差分法能很好地提高模拟精度。     

地质雷达资料的偏移速度分析和叠前偏移

地质雷达资料偏移成像的精度与地下介质介电常数分布的确定精度有直接关系.提出用全局最优化偏移速度分析方法求取介电常数分布.目标函数定义为各共成像点道集零延迟归一化互相关值之和.在假设地下介质是分块的,且每块介质的介电常数可以用有限项的与空间坐标有关的多项式函数来表示的前提下,用遗传算法由浅至深逐块确定使目标函数达到最大的多项式函数的各项系数从而确定介电常数.叠前偏移用时间域有限差分求解麦克斯韦方程组的逆时偏移方法实现.合成雷达记录的偏移速度分析和偏移叠加结果表明,全局最优化偏移速度分析有较高的精度,偏移叠加剖面与实际构造一致.     

补偿吸收衰减的地质雷达数据叠前偏移方法

讨论能补偿吸收衰减的麦克斯韦方程叠前偏移方法。从麦克斯韦方程组出发,得到补偿吸收衰减的频率-波数域波场外推算子。为能处理介质有横向变化的叠前偏移问题,波场外推在空间-频率域中进行。用能补偿吸收衰减的地质雷达资料的叠前偏移方法处理了合成和野外采集的实际地质雷达资料。对比了考虑和不考虑吸收衰减的野外实际地质雷达资料偏移叠加剖面的差异,补偿吸收衰减的偏移叠加剖面中反射同相轴具有更好的连续性。     

探地雷达测量土壤水含量的进展

包括探地雷达(Ground Penetrating Radar)在内的许多电磁方法正越来越多的应用于近地表水文地质领域。探地雷达技术基于介质的电磁特性,通过介质介电常数和速度的变化来反映土壤的体积水含量。水的相对介电常数为81,而周围介质的相对介电常数约为2~30,这样大的介电常数差异使探地雷达成为监测和分析地下水的有效工具。介绍4种应用探地雷达测量土壤水含量的方法,包括:探地雷达反射波法、探地雷达地面波法、钻孔探地雷达方法、以及探地雷达地表反射系数方法4种方法各有不同的适用条件,其中反射波方法最为常用。     

基于探地雷达解译的喀斯特坡地表层岩溶带空间分布特征研究

表层岩溶带作为喀斯特关键带区别于其他区域地球关键带的近地表岩土结构标志层,对于水分和养分下渗、赋存、滞留、植被水分养分利用等方面具有重要作用,是岩石-土壤-植被系统中生物地球化学过程最为活跃的关键地带。描述和认识表层岩溶带对认知喀斯特关键带结构信息、研究水土物质循环过程、揭示表层与地下水资源利用规律等方面具有十分重要的理论和现实意义。本文利用探地雷达技术,探测黔中高原黔西县东南部喀斯特坡地,共计测线35条,测点799个,提取表层岩溶带发育厚度并分析空间分布特征,得到以下结论：喀斯特高原峰丛地貌区表层岩溶带发育较好,发育厚度集中在2~8m之间,最深可达18.8m。表层岩溶带发育空间分布异质性强,坡地表层岩溶带厚度发育异质性变化强于坝地。地面物质组成和表层岩溶带发育厚度关系密切,坡地石质化比例提高,表层岩溶带发育较深,地面物质组成可作为高原型喀斯特坡地反映表层岩溶带发育程度的综合代用性指标。本次研究还指示了喀斯特坡地土地石质化是表层岩溶带地质历史时期不断溶蚀发育演化、土壤地质历史持续漏失的结果。表层岩溶带的发育为水土漏失提供了空间基础,水土漏失也进一步加剧了岩土界面的水岩反应过程,促进了表层岩溶带的进一步发育以及地表土体下沉、基岩裸露、土地石质化景观的出现。

     

Wenner法探测淡盐界面的调查研究

本文在理论上对电法探测由数层地质构造组成的海岸带水层的淡盐界面的可能性进行探讨的基础上,对太平洋沿岸某地区进行了实地调查研究.测量设置在海岸附近及分布于海岸纵深方向的调查井铅直方向导电率的同时,在调查井附近进行了电探查.结果表明,电法探测的淡盐界面的深度与依据井水导电率区分的混合区域上端几乎一致,即电法探测的淡盐界面的位置在混合区域的上端.因此,该方法作为一种监测海水入侵的手段是非常适宜的,且与以往的手法比较,也是一种简单、快速、成本低廉的确定淡盐界面深度的方法.     

航磁全轴梯度异常特征研究

因提供多参量、压制深部异常突出浅部异常等优点,近几年航磁梯度测量在国内航空物探领域成为新的研究热点.以AGS-863航磁全轴梯度勘查系统为依托,介绍了航磁梯度理论基础和应用研究现状,为了总结归纳航磁梯度异常与地下地质体的对应关系,设计了典型理论地磁模型,进行了大量正演模拟计算工作,并结合野外应用实例,得出以下几点结论:相比于总场异常,梯度异常在圈定磁性体方面更具优势;对于独立磁性体,垂向梯度的峰值精确对应异常体的中心位置,当模型走向延伸越长,主剖面异常的零值点越靠近异常体边界,主剖面的纵向梯度的最大值和最小值可精确对应异常体的左右边界,垂直于主剖面的横向梯度的最大值和最小值精确对应异常的上下边界;对于组合磁性体,利用主剖面的纵向梯度峰值和垂直于主剖面的横向梯度峰值锁定的磁性体范围有所扩大,并且垂向梯度峰值向附近磁性体方向偏移;对比实测梯度数据与理论梯度数据,发现实测梯度数据存在明显的优势,可以在人文干扰识别、高频地质信息挖掘等方面发挥突出作用.这些工作可以为实测航磁梯度的野外数据获取者认识异常、鉴别异常和区分真假异常等提供参考,并为异常解释工作者提供一定的帮助.     

基于FDTD数值技术分析反向障碍物对探地雷达采集数据的影响

为了分析与雷达探测方向相反方向的障碍物对雷达采集数据的影响,以探地雷达理论为基础,运用时域有限差分法（FDTD）,建立相应的地质模型,进行探地雷达二维正演模拟。结合工程实例,对福建某隧道的雷达探测数据进行分析研究。研究结果表明,在使用探地雷达进行目标体探测时电磁波并非仅向探测方向发射和传播,在天线的四周都会有电磁波发射出来,而非探测方向上的电磁波将会对雷达采集的数据产生一定的影响,干扰数据解释人员解译的准确性。因此在使用探地雷达和解译雷达数据时,要了解现场环境和剔除干扰波,做到对探测目标体的正确判断。     

琼东南盆地二号断裂带坡折区速度研究进展

琼东南盆地二号断裂带是构造分区的标志性断层之一,该断裂带下降盘为中央凹陷带.区域研究表明中央凹陷带具有良好的生烃潜力,所以该区带一直被认为是有利的油气勘探区带.但是由于该区带水深剧烈变化,多期坡折带快速推进沉积形成大套泥岩,使得该区带的速度很难确定,所以速度问题成为制约着琼东南盆地坡折带勘探的难点问题.笔者首先分析现有速度谱的质量,了解速度整体变化趋势;其次考虑已钻井的速度分析结果;结合地震剖面地层的变化信息进行速度解释,采用解释能量团中心的标准进行速度解释;最后在精细速度解释的基础上,对二维剖面正演模型速度进行分析,建立速度体,证实构造目标的存在.     

隧道衬砌质量地质雷达检测研究

采用地质雷达检测的方法可以对隧道衬砌混凝土的厚度,密实性,脱空,钢格栅数量等进行快速检测,这种检测方法不仅克服了目测不准确及打孔抽查检测不全面的缺点,而且以其高分辨率,高准确性,探测快速及无损检测的优,点,在隧道衬砌质量检测中取得了非常明显的效果,并得到了广泛的应用。地质雷达在隧道检测中所暴露的技术问题也亟待解决。本文介绍了地质雷达在隧道衬砌质量检测中的实际应用,研究了在不同的隧道衬砌设计条件下的雷达探测方式,雷达天线频率的选择、参数选择和检测成果。