Строительство

Описание | Печать |
Методика георадиолокационного зондирования.

Принцип действия георадара основан на излучении широкополосных наносекундных импульсов, приеме сигналов, отраженных от границ раздела пород или иных отражающих объектов, обработке принятых сигналов и последующим измерением временных интервалов между отраженными импульсами. Формирование зондирующих сигналов, имеющих 1.5-2 периода колебаний, осуществляется методом ударного возбуждения антенны перепадом напряжения с фронтом наносекундной длительности.
Идея метода состоит в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства. Основная цель метода состоит в определении положения границ раздела в изучаемых отложениях. Такими границами раздела в исследуемых средах являются, например, контакт между сухими и влагонасыщенными грунтами (уровень грунтовых вод), контакты между породами различного литологического состава, между мерзлыми и талыми грунтами, между коренными и рыхлыми породами и т.д. Модель среды представляется в виде слоистой толщи с постоянными электрофизическими свойствами внутри каждого слоя и локальных объектов, отличающихся по электрофизическим свойствам от вмещающей породы.

Наиболее важными параметрами, характеризующими возможности применения метода георадиолокации в различных средах, являются удельное затухание и скорость распространения электромагнитных волн в среде, которые определяются ее электрическими свойствами. Затухание определяет глубинность зондирования, скорость - расстояние до отражающей границы.

Скорость распространения электромагнитной волны в среде зависит от ее диэлектрической и магнитной проницаемости, но для большинства горных пород значение магнитной проницаемости около 1 и не зависит от частоты поля. Тогда скорость в среде прямо пропорциональна скорости электромагнитной волны в воздухе и обратно пропорциональна корню из диэлектрической проницаемости среды. В таблице 1 представлены значения диэлектрической проницаемости и скоростей для некоторых пород и веществ.

Таблица 1

воздух

лед

песок сухой

глины

вода

?ОТН

1

3

5

16

81

V, см/нс

30

17

13

7.5

3.3

L (f=100 МГц),м

3

1.7

1.3

0.75

0.3

Максимальный контраст в диэлектрических проницаемостях между воздухом (1) и водой (81), их соотношение в породе и будет, в основном, определять диэлектрическую проницаемость слоя. Не влагонасыщенные, сухие, монолитные, слабо трещиноватые породы будут иметь низкие значения диэлектрической проницаемости, а влагонасыщенные, проницаемые, пористые, трещиноватые породы будут иметь высокие значения диэлектрической проницаемости и низкие значения скорости распространения электромагнитных волн.

В сейсморазведке скорости определяют по годографам отраженных волн. В радиолокации таким способом определить скорости очень трудно. Электромагнитные волны быстро затухают и регистрировать сигналы при большом расстоянии между источником и приемником практически невозможно. Реальные скорости можно определить либо используя априорную информацию о строении разреза, либо по дифрагированным волнам, возникающих на неоднородностях разреза. Таким образом, для пересчета временного георадиолокационного разреза (разреза в масштабе времени) в глубинный необходимо использовать либо данные бурения, либо справочные материалы и базы данных по районам работ с близким геологическим строением, либо значения скорости, полученные по годографам дифрагированных волн. Распространение электромагнитных волн в первом приближении подчиняется законам геометрической оптики.

Отражение электромагнитных волн (рис.1). Коэффициент отражения при нормальном падении волны на границу двух сред 1 и 2 с различной диэлектрической проницаемостью ? будет:
Рис. 1. Схема образования электромагнитной волны от наклонной границы раздела сред с разными диэлектрическими проницаемостями ? : а) глубинный разрез; б) временной разрез.
Дифракция электромагнитных волн (рис.2). Это явление возникает в том случае, когда электромагнитными волнами облучается объект, размеры которого сравнимы с преобладающей длиной волны.
Рис. 2. Схема образования дифрагированной электромагнитной волны от провала, залегающего на глубине Н : а) глубинный разрез; б) временной разрез (пунктиром показан годограф волны).


Это чрезвычайно важное для георадиолокационных исследований явление, которое позволяет определить глубину залегания пластов, провалов и скорость распространения электромагнитных волн в среде над пластами и провалами.

Интерпретация георадарных профилей.

Волновая картина (радарограмма) представляет собой ансамбль записей сигналов (трасс), пришедших к приемной антенне в интервал времени от 0 – момента посылки зондирующего импульса, до конца интервала записи (развертки), выставленного оператором. Горизонтальная ось X, ось профиля в метрах. Начальные точки трасс располагаются на этой оси с тем шагом, с которым они были записаны на профиле. Вертикальная ось волновой картины – ось времени с началом t = 0 – моментом посылки зондирующего импульса и концом tmax , соответствующим концу интервала записи (развертки). Радарограмма отображена методом переменной плотности, т.е. когда нулю амплитуды сигнала соответствует серый фон, положительным амплитудам соответствуют все боле темные тона вплоть до черного, а отрицательным амплитудам сигнала соответствуют все более светлые тона вплоть до белого.

Ось синфазности – линия равных фаз одинаковых сигналов на соседних трассах. Например, линия, соединяющая максимумы (минимумы) волны дифракции от трубопровода и т.д. С помощью выделения таких линий строится изображение объекта исследований на волновой картине. В случае отражающей границы ось синфазности практически повторяет ее форму и при знании скорости распространения волн в среде ( или диэлектрической проницаемости) может быть перестроена непосредственно в отражающую границу в масштабе глубин.

В случае дифракции от локального объекта, например, трубопровода, ось синфазности имеет форму гиперболы, с помощью которой можно определить глубину до дифрагирующего объекта и скорость распространения волн в толще пород над объектом.

Задачи, решаемые с помощью георадара.

Основные задачи, решаемые с помощью георадара, можно разделить на две группы с характерными для каждой группы методиками исследований, способами обработки, типами отображения объектов исследования в поле электромагнитных волн и представления результатов.
Первая группа включает в себя геологические задачи, такие как:
  • картирование геологических структур - поверхности коренных пород под рыхлыми осадками;
  • прослеживание уровня пластов, границ между слоями с различными характеристиками;
  • определение мощности пластов;
  • определение зоны суффозии.

Вторая группа задач включает в себя поиск локальных объектов, а именно:

  • полостей, заполненных насыпными грунтами;
  • остатков фундаментов коммуникаций и других объектов в зоне разреза;
  • выделение русел ручьев, рек и оврагов, заполненных техногенными отложениями и наносами разрушенных пород.


Аппаратура метода георадиолокации

Георадарная съемка проводилась методом профилирования георадаром ОКО - М 400 МГц. Георадиолокационное профилирование осуществляется при непрерывном движении с постоянным расстоянием между источником возбуждения электромагнитных волн и приемником. Для привязки данных к профилям в процессе измерений на характерных точках ставились метки (на компьютере в файле данных) через каждые 5 м.

При производстве работ была принята методика со следующими параметрами:

  • Режим работы аппаратуры:
    • центральная частота возбуждаемого сигнала - тип антенны – 400 МГц;
    • временной интервал записи – 200 нс
    • автоматическая регулировка усиления;
    • фильтрация – открытый канал;
    • число накоплений сигналов при записи-32;
    • шаг между трассами 200 мм для диапазона 400 МГц.
  • Способ перемещения источника и приемника по профилю:
    • постоянная база - расстояние между источником и приемником;
    • антенны перемещаются по поверхности грунта;
    • скорость перемещения – зависит от накопления и шага между трассами.
  • Цель и ход обследования.


    Причиной деформаций зданий часто является развитие процессов суффозии с образованием затем зон разуплотнения и просадок грунта. Особенно интенсивно эти процессы развиваются в несвязных грунтах под воздействием проходящей воды, т.е. проблема в общем, виде сводится к поиску зон локального увлажнения, которые довольно успешно выявляются на георадиолокационных профилях.

    С этой целью обследование производилось снаружи и внутри здания на уровне первого этажа. На планах указаны начальная точка отсчета, направление прохода и номер соответствующих проходов.

    В отчете представлены различные виды обработки полученных данных, что позволяет получить более полную информацию об обследованных элементах конструкции здания.



    Примеры Георадарного исследования


    Фотографии Обследований георадаром



     
    You are here  :