The origins of Antarctic rock glaciers: periglacial or glacial features?

In extensively glaciarized permafrost areas such as Northern Victoria Land, rock glaciers are quite common and are considered postglacial cryotic landforms. This paper reveals that two rock glaciers in Northern Victoria Land (at Adélie Cove and Strandline) that are located close to the Italian Antarctic Station (Mario Zucchelli Station) should have the same origin, although they were previously mapped as Holocene periglacial landforms and subsequently considered ice‐cored and ice‐cemented rock glaciers, respectively. In fact, by integrating different geophysical investigations and borehole stratigraphy, we show that both landforms have similar internal structures and cores of buried glacier ice. Therefore, this kind of rock glacier is possibly related to the long‐term creep of buried ice rather than to permafrost creep alone. This interpretation can be extended to the larger part of the features mapped as rock glaciers in Antarctica. In addition, a high‐reflective horizon sub‐parallel to the topographic surface was detected in Ground Probing Radar (GPR) data over a large part of the study area. Combining all the available information, we conclude that it cannot be straightforwardly interpreted as the base of the active layer but rather represents the top of a cryo‐lithological unit characterized by ice lenses within sediments that could be interpreted as the transition zone between the active layer and the long‐term permafrost table. More generally, knowledge of the subsurface ice content and, in particular, the occurrence of massive ice and its depth is crucial to make realistic and affordable forecasts regarding thermokarst development and related feedbacks involving GHG emissions, especially in the case of cryosoils rich in carbon content. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于Pade逼近的Cole-Cole频散介质GPR有限元正演

针对Cole-Cole频散介质中的复介电常数是jω的分数次幂函数,传统的时域有限元法难以离散及计算时间域分数阶导数,本文采用Pade逼近算法将含有时间分数阶导数的Cole-Cole频散介质电磁波方程推导为一组整数阶辅助微分方程,提出了一种适用于Cole-Cole频散介质的GPR有限元正演模拟算法.在复数伸展坐标系下,通过在频率域Cole-Cole频散介质电磁波方程中引入2个中间变量,并将其变换到时间域,从而以变分形式将PML边界条件加载到Cole-Cole频散介质GPR有限元方程组中,并给出了详细的求解公式.在此基础上,编制了基于Pade逼近的Cole-Cole频散介质GPR有限元正演程序,利用该程序对均匀模型进行计算,并与解析解进行对比,验证了本文构建的GPR有限元正演算法的正确性和有效性.设计了一个复杂Cole-Cole频散介质GPR模型,利用本文构建的GPR有限元正演算法进行模拟并与非频散介质模型的模拟结果进行对比,分析了电磁波在Cole-Cole频散介质中传播衰减增强、子波延伸,分辨率降低等传播规律,有助于实测雷达资料更可靠、更准确的解释.模拟结果表明,基于Pade逼近的GPR有限元正演算法可用于复杂Cole-Cole频散介质结构模拟,且具有较高的计算精度.     

探地雷达散射矩阵在估算地下管线方位角的应用

文章分析了探地雷达与电磁场的入射和散射相关的散射矩阵S的性质,散射矩阵中的四个元素提供了入射波场不同极化方向对应的信息,基于此,利用散射矩阵S的Alford旋转,估算细长目标体的方位角。由于低振幅和噪声等缘故,实际上角度的估算是一个不稳定的过程,因此,选择使用范数作为筛选最佳振幅的工具,使角度的估算更加准确和稳定。利用埋在均匀半空间内的金属管的三维模型所得到的模拟数据,对该方法进行了测试,在选择合适的振幅时,确定Frobenius范数‖S‖F≥0.1·‖S‖F(max)的标准,结果表明,估算地下管线方位角的方法是有效的。     

高频电磁波在不同目标体上反射图像特征研究

针对高频电磁波技术在北京勘察设计行业应用的空白,本次研究利用探地雷达技术对北京地区典型工程目标体进行了研究.针对不同的地下目标体对高频电磁波所反映出的不同反射特性,总结出一些图像特征规律.通过建立对各类雷达探测图像进行地质解释的理论依据和基础,本次研究对层状介质、地下管道、CFG桩、碎石夯扩桩、水泥土桩和洞穴等目标体的雷达图像特征进行了较系统的研究和总结,为今后日常的检测工作奠定了很好的基础.     

地质雷达在江苏宜兴段高速公路边坡勘测中的应用

近年来,我国公路建设发展迅速,公路基础建设不断深入,各种边坡的稳定性成为基础工程建设中的一大难题。边坡设计过程中一个很重要的依据就是工程地质条件,对边坡工程地质结构的调查显得尤为重要。但由于客观条件所限,在地质条件复杂、施工条件恶劣情况下要得到较为确切的工程地质资料是困难的。使用常规地质钻探手段往往施工困难,工程投资大,控制范围有限。探地雷达作为一种新型的高分辨无损探测工具,在公路工程中的应用日趋广泛。论文在阐述地质雷达方法原理和地球物理特征的基础上,以江苏宜兴段高速公路边坡工程地质勘测为例,介绍了地质雷达技术在边坡工程地质勘测中的应用。     

如何应用探地雷达技术检测沥青公路的含水状况

根据平面电磁波在具有不同物理性质的介质分界面发生的反射规律,利用雷达实测信号的幅值信息,实现了公路层介电常数的自动计算。并根据物理模型实验结果,建立了沥青材料含水率与介电常数之间的数学关系模型。利用这二项技术可以实现应用探地雷达技术检测沥青公路的含水状况。     

粘土中电磁波速度与含水量关系研究及应用

本文通过室内不同含水量情况下粘土中电磁波速度的测试,研究了探地雷达电磁波在粘土中的传速播度,提出了粘土中电磁波速度随着含水量增加呈一阶负指数规律下降的理论模型,实际工作中,粘土中电磁波的传播速度可取80~200mm/ns。这一模型应用于某水库大坝探测漏水通道的工程实际中。开挖验证的结果表明:用探地雷达测量资料解释的该大坝漏水通道在平面上的投影位置与开挖结果相符合,漏水通道深度与实际开挖结果基本一致。     

钢筋混凝土缺陷的探地雷达检测模拟与成像效果

采用时域有限差分方法模拟钢筋混凝土缺陷体的雷达检测，并利用频率域-波数域偏移（F-K）方法进行数据处理。通过F-K偏移削弱钢筋网强干扰信号对缺陷体信号的影响，使钢筋网及缺陷体的反射电磁波信号聚焦归位，从而突出缺陷体及分布范围。研究表明，F-K偏移能很好地把将钢筋网及缺陷体的绕射波聚集归位，有效分离目标体，提高纵向分辨率能力，利于准确解释缺陷体及形态特征。     

高频地质雷达在堤坝路面质量评价中的应用

高频地质雷达是一种新型的物探方法,在堤坝的质量评价中,取得了很多有价值的检测结果,如:界面的起伏判定,界面间的接触空隙过大,“唧浆(水)”等。这为物探拓展应用领域提供了很好的实例。     

基于解析方法计算频散层状介质的探地雷达响应

考虑频散介质的电磁波传播,采用Cole-Cole公式建立频散模型。只考虑介质的介电常数随外加电磁场频率的变化,采用高密度采样滤波算法,模拟层状介质的雷达响应,从中可以看出频散介质对雷达波的衰减影响。