在探地雷达勘探中电磁波在地下介质中的传播速度公式
地震映像法和探地雷达法在城市地质勘查中的应用
地震映像法和探地雷达法在城市地质勘查中的应用发布时间：2022-06-30T03:43:06.726Z 来源：《新型城镇化》2022年13期作者：裴育[导读] 地质勘查要面对环境复杂的施工环境，有的复杂地质处在明显位置，有的处在隐伏状态。
采用地质勘查的方法，对于不能达到施工要求的地质进行提前勘查，并根据地质情况设计施工方案。
以帮助工程顺利开展。
山东正元地球物理信息技术有限公司山东济南 250000摘要：地质勘查要面对环境复杂的施工环境，有的复杂地质处在明显位置，有的处在隐伏状态。
采用地质勘查的方法，对于不能达到施工要求的地质进行提前勘查，并根据地质情况设计施工方案。
以帮助工程顺利开展。
为了解决路面塌陷问题，采用地震映射法和探底雷达法，结合勘查结果分析，对岩溶地质发育取得良好的勘查效果，用以指导施工处理。
另外采用地震影响法和探地雷达法结合的方式，能够为地质灾害治理提供依据。
本文对地震映像法和探地雷达法在城市地质勘查中应用进行分析，旨在为行业提供借鉴与参考。
关键词：地震映像法；探地雷达法；城市地质勘查引言：路面塌陷是指路面在人造因素或者自然因素突然发生陷落，并会在路面形成一个塌陷坑（洞）动力地质现象。
近年来，一些城市频现路面塌陷，对城市居民人身安全造成很大威胁，给人们的生活带来了较大影响，因此解决塌陷是十分迫切的现实问题。
为了解决路面塌陷问题，查明地下空洞或扰动区域，必须依靠物探手段进行排查，解决城市地质问题。
1.地震映像法和探地雷达法概述工程建设中常常由于对地质勘查不足，对于地下管线复杂、隐伏地质出没等问题不能做到预知。
因此随着工程建设的快速推进，诸多影响工程建设进度和引发工程风险的问题，如路面塌陷、空洞坍塌等，对于工程安全管控和人们的出行安全和日常生活都产生威胁。
对于不密实等病害体，尤其是位于塌陷管线周边的位置以及规模性空洞，可以采用物探方法，必须结合工程实际和地形情况进行[1]。
地质雷达和地震映像方法常用于城市工程开发建设中。
8地质雷达(4)
2012.4
中国矿业大学。地球探测与信息技术
1）、剖面法
剖面法是发射天线(T)和接收天线(R)以固定间距沿测线同步 移动的一种测量方式，当发射天线与接收天线间距为零，亦 即发射天线与接收天线合二为一时称为单天线形式，反之称 为双天线形式。剖面法的测量结果可以用探地雷达时间剖面 图来表示。该图像的横坐标记录了天线在地表的位臵；纵坐
4.3 雷达图像的增强处理
1） 振幅恢复 2） 道内均衡 3）道间均衡
2012.4
中国矿业大学。地球探测与信息技术
4.3 雷达图像的增强处理
1） 振幅恢复 雷达接收记录到的反射波振幅由于波前扩散和介质对 电磁波的吸收，在时间轴上逐渐衰减。为了使反射振幅仅
与反射层有关，需要进行振幅恢复。
A0 t A e r
A A0
t t
接收天线接收到的电磁波振幅
发射天线发射出的电磁波振幅
电磁波传播距离 反射波的双程走时 介质对电磁波吸收系数
中国矿业大学。地球探测与信息技术
A0 Are
2012.4
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4.3 雷达图像的增强处理
2）道内均衡
雷达数据经处理后，通常浅层能量很强，深层能量很
弱，这给信息输出显示造成困难，为了使浅、中、深层都 能清晰显示，道内平衡能解决个问题。 道内均衡的基本思想是把各道中能量强的波相对压缩 一定的比例，把相对弱的波增大一定的比例，使强波和弱 波的振幅控制在一定的动态范围之内。据此，将一道记录 的振幅值在不同的反射段内乘上不同的权系数即可。
组成。通过发射天线电磁波以60°～90°的波束角向地
下发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生 反射。反射波被设臵在某一固定位臵的接收天线（Rx ）接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的 直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将 两种显示出来。
探地雷达(GPR)在城市污染场地调查及风险评估中的应用
109ECOLOGY区域治理探地雷达（GPR）在城市污染场地调查及风险评估中的应用孙蓓，张婷江苏华东有色深部地质勘查有限公司（江苏省有色金属华东地质勘查局资源调查与评价研究院）摘要：城市污染场地调查及风险评估越来越受到政府、科研人员、环境保护协会、环境科学从业者的重视，如何圈定污染源、确定土壤和地下水的污染程度和范围，已经成为环境科学工作者研究的重要课题。
实用物探技术的探地雷达（GPR）在污染物分布探测领域可以发挥重要作用。
关键词：GPR；场地调查及风险评估；有机物污染；重质非水相流体（DNAPL）中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：2096-4595（2020）33-0109-0002自改革开放以来，我国的社会经济发展不断提升，而随之带动的是城市产业迁移步伐进程的加快。
但是，由于部分工业企业负责人未形成保护环境的理念，导致其企业在倒闭或是搬迁的过程中，各类场地污染问题层出不穷，且日趋严重。
如果不能对土壤污染原因、污染程度等进行科学地调查，不能对污染场地进行准确的风险评估，则会对附近居民的生命健康造成威胁，因而，对污染场地进行调查及风险评估，具有极其重要的现实意义。
场地即某一地块范围内的土壤、地下水、地表水以及地块内所有构筑物、设施和生物的总和。
污染场地即对潜在污染场地进行调查和风险评估后，确认污染危害超过人体健康或生态环境可接受水平的场地，又称污染地块。
一、探地雷达技术国内外研究现状探地雷达（ground penetrating radar ，简称GPR）是一种通过高频脉冲利用电磁反射原理来识别近地表介质分布规律的探测技术。
当介质的电磁特性发生变化时，部分电磁脉冲能量会发生反射、折射或散射从而接收天线记录。
通过反射波的波形、振幅、反射时间等其他特性来判别不同介质的位置和性质。
谭绍泉（2003）利用胜利某基岩区钻探取心井资料及实测线上的GPR 资料进行对比验证，指出GPR 技术工作效率高，在现场可以进行初步的处理，达到实时监测，GPR 能快速指出潜水面的深度和表层的地质结构，帮助选准激发岩性和激发深度，改善地震勘探野外资料的采集质量。
隧道工程地质雷达探测考核试卷
考生姓名：__________答题日期：_______年__月__日得分：____________判卷人：__________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.地质雷达探测技术主要用于以下哪项隧道工程中？（）
1.隧道工程中地质雷达探测的主要作用包括哪些？（）
A.判断地质结构
B.评估围岩稳定性
C.检测衬砌完整性
D.观测施工进度
2.地质雷达探测的电磁波在介质中传播时，会受到哪些因素影响？（）
A.介质的电导率
B.介质的磁导率
C.介质的密度
D.介质的温度
3.以下哪些是地质雷达探测中常见的数据处理步骤？（）
A.去噪处理
一、单项选择题
1. A
2. B
3. B
4. D
5. A
6. B
7. D
8. B
9. D
10. A
11. A
12. D
13. B
14. C
15. D
16. C
17. A
18. C
19. C
20. A
二、多选题
1. ABC
2. ABC
3. ABCD
4. ABCD
5. ABC
6. ABCD
7. ABC
8. ABCD
A.深度
B.距离
C.速度
D.频率
11.以下哪个因素会影响地质雷达探测数据的解释？（）
A.探测目标的大小
B.探测目标的速度
C.探测目标的方向
D.探测环境的湿度
12.在隧道工程地质雷达探测中，以下哪个目标是最难识别的？（）
探地雷达双曲线曲率公式
探地雷达双曲线曲率公式
探地雷达是一种常用于地质勘探和探矿的工具，它能够通过发射电磁波并接收其反射信号来获取地下土壤和岩石的信息。
在探地雷达的数据处理过程中，双曲线曲率公式是一项重要的数学工具，用于计算雷达信号的曲率特征。
双曲线曲率公式是基于雷达信号的传播路径推导而来的，它考虑了雷达信号在不同介质之间传播时的折射和反射。
这些过程会导致信号路径发生弯曲，并且在不同深度层次上有不同的曲率特征。
因此，了解双曲线曲率公式对于确定地下物质的性质和位置具有重要意义。
曲率公式的具体形式会根据不同的雷达系统和勘探目标而有所差异。
我们将以一种常见的曲率公式示例进行说明：Curvature = Δφ/Δz，其中Δφ表示曲线的切线偏转角度，Δz表示坡度的变化量。
从这个公式中，我们可以看出曲率与切线偏转角度和坡度变化量之间存在直接关系。
在探地雷达数据处理过程中，曲率公式可以用来评估地下介质的异质性和地层的变化情况。
较大的曲率值通常表示存在较大的地层变化，可能是地下岩层的界面或其他重要地质特征。
探地雷达双曲线曲率公式的应用范围广泛，包括地质勘探、勘探矿场、地下管道和基础设施的检测等。
通过计算和分析曲率特征，可以帮助地质学家和工程师更好地理解地下构造和岩层分布，从而提供有关地质环境和工程建设的重要信息。
总结而言，探地雷达双曲线曲率公式是用于评估雷达信号路径的曲率特征。
它通过计算切线偏转角度和坡度变化量的比值来提供有关地下介质的信息。
这一公式在地质勘探和探矿等领域具有重要应用价值，可以帮助我们更好地理解地下结构和进行地下资源勘探。
【浅谈探地雷达检测技术】探地雷达
【浅谈探地雷达检测技术】探地雷达【摘要】在实际工作中，探地雷达作为新型的无损检测设备，具有携带方便、非破坏性、检测快速、精度高等特点，受到广大技术人员越来越多的关注，并且已经在路面厚度检测和隧道衬砌厚度检测中得到推广和应用。
本文概要介绍了探地雷达检测路面结构层厚度和检测隧道二衬厚度的工作原理，并说明了在检测过程中注意的事项，最后探察进一步指出了使用探地雷达检测技术的优缺点。
【关键词】探地雷达；检测技术；路面；隧道一、引言探地雷达方法是通过发射向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在中所地下介质中传播时察觉到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波电磁场的波形、振幅强度和时间的变化等差异特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。
探地雷达是一种广谱电磁技术，用于确定地下介质的分布异常情况。
近年来，由于探地雷达具有高采样率、无损检测等优点，它逐渐取代了原有的钻孔取芯法而在各种工程中得到极为广泛的须要用。
在进行检测的过程中，这种方法只要及少量的钻孔就能够了解公路的结构配合地层的各种变化情况，非常有效地克服了现行钻孔法的严重不足。
并且可以准确地提供关于基层和面层厚度变化的一些真实情况，为实际施工提供了极具参考价值的富有可靠参数。
二、探地雷达检测厚度的工作电磁场1、探地雷阵地雷达检测路面结构层厚度的工作原理在道路的可靠性控制工作中，最重要的一部分就是进行碎石结构层厚度的检测。
传统上所使用的钻心取样法已经远远不能满足精确检测的要求，因此通过对探地雷达测厚的工作原理进行厚认识论分析，可以看出探地雷达技术在公路工程质量检测中所具有独特的。
利用探地雷达检测公路面层厚度是一种反射波探测法。
在特定的介质中，电磁波的传播速度v是保持不变的，因此根据探地雷达所记录的地面反射波与地下反射波的时间差△t，即可依据公式h=v△t/2，量度出界面的厚度值h的大小，对于路面结构层厚度的检测而言，h即为面层的厚度，v表示电磁波在地下介质(面层)中传播时的速度。
地质雷达
ε r1 − ε r 2 R= ε r1 + ε r 2
11
常见介质的相对介电常数、导电率、 常见介质的相对介电常数、导电率、传播速度与吸收系数
地下介质 空气 淡水 海水 干砂 饱和砂 石灰岩 泥岩 粉砂 粘土 花岗岩 岩盐 冰 金属 PVC材料 相对介电常数ε r 1 80 80 3-5 20-30 4-8 5-15 5-30 5-40 4-6 5-6 3-4 300 3.3 导电率σ(mS/m) 0 0.5 30000 0.01 0.1-10 0.5-2 1-100 1-100 2-1000 0.01-1 0.01-1 0.01 1010 1.34 雷达波速ν（m/ns） 0.3 0.033 0.01 0.15 0.06 0.12 0.09 0.07 0.06 0.13 0.13 0.16 0.017 0.16 衰减系数β（dB/m) 0 0.1 1000 0.01 0.03-0.3 0.4-1 1-100 1-100 1-300 0.01-1 0.01-1 0.01 108 0.14 12
13
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加拿大Sensor (Noggin)系列 加拿大Sensor & Software Inc., EKKO (Noggin)系列 美国GSSI SIR系列 GSSI， 美国GSSI，SIR系列 瑞典Mala Geoscience Inc., RAMAC系列 瑞典Mala RAMAC系列 意大利IDS, RIS系列 意大利IDS, RIS系列 中国电磁波传播研究所CRIRP LTD系列 CRIRP， 中国电磁波传播研究所CRIRP，LTD系列
屏蔽天线900型
18
RAMAC系列 系列
X3M型
匹配天线
19
非屏蔽天线100型 非屏蔽天线200型
2024版探地雷达应用ppt课件
图像增强和特征提取方法研究
图像增强
通过直方图均衡化、对比度拉伸等方法提高图像 质量
特征提取
利用边缘检测、纹理分析等手段提取图像中的关 键信息
多尺度分析
采用小波变换、多分辨率分析等方法，实现多尺 度特征提取
目标识别和分类算法应用
目标识别
基于模板匹配、深度学 习等方法实现目标识别
分类算法
应用支持向量机、随机 森林等分类器对目标进
测精度和效率；
应用拓展
探地雷达将在更多领域得到应用， 如环境监测、资源勘探等，和队 伍建设，提高从业人员素质和能 力水平；
政策支持
加大对探地雷达领域的政策扶持 力度，推动相关产业发展和技术
创新。
感谢您的观看
THANKS
探地雷达应用ppt课件
目 录
• 探地雷达基本原理与技术 • 探地雷达系统组成及性能指标 • 典型应用场景分析 • 数据处理与解释方法探讨 • 现场操作规范与安全防护措施 • 总结回顾与展望未来发展趋势
01
探地雷达基本原理与技术
探地雷达工作原理
01
02
03
发射高频电磁波
通过发射天线向地下发射 高频电磁波，电磁波在地 下介质中传播时会遇到不 同电性的分界面。
学习收获
01
掌握探地雷达基本原理和应用技能，了解其在各领域的应用价
值；
实践经验
02
分享在实际操作中遇到的问题及解决方法，交流学习心得和体
会；
互动交流
03
针对课程内容和实践经验，展开深入讨论和交流，互相学习借
鉴。
未来发展趋势预测及建议
技术创新
随着科技的不断进步，探地雷达 技术将不断创新和完善，提高探
探地雷达原理
探地雷达原理探地雷达是一种利用电磁波进行地下勘探的仪器，它可以通过发射电磁波并接收反射波来获取地下物体的信息。
探地雷达原理主要包括电磁波的传播、反射和接收三个方面。
首先，探地雷达利用的是电磁波的传播特性。
电磁波在空间中传播时会遇到不同介质的阻碍，不同介质对电磁波的传播速度和衰减程度都会产生影响。
当电磁波遇到地下物体时，会发生反射、折射和透射等现象，这些现象都会对电磁波的传播产生影响。
其次，探地雷达原理还涉及到电磁波的反射。
当探地雷达发射电磁波时，这些电磁波会遇到地下物体并发生反射。
根据反射波的强弱和返回时间，可以推断出地下物体的性质、形状和深度等信息。
这种原理类似于声纳在水中的应用，通过声波的反射来获取水下物体的信息。
最后，探地雷达原理还包括电磁波的接收。
探地雷达接收到反射波后，会将信号转化为电信号并进行处理，最终形成地下物体的图像或剖面图。
这些图像可以帮助地质勘探人员分析地下结构、勘探矿藏、寻找地下水源等。
总的来说，探地雷达原理是基于电磁波的传播、反射和接收来实现地下勘探的。
通过对电磁波在地下介质中的传播特性进行分析，可以获取地下物体的相关信息，为地质勘探和资源勘察提供重要的技术手段。
探地雷达在地质勘探、城市规划、建筑工程、文物保护等领域都有着重要的应用价值。
随着科技的不断进步，探地雷达原理也在不断完善和发展，为人们的生产生活带来了诸多便利。
希望通过本文的介绍，可以让读者更加深入地了解探地雷达原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
RIS-地质雷达
RIS-地质雷达RIS探地雷达一、概述博泰克RIS探地雷达在兼具了传统探地雷达各项优点的同时，增添了高灵敏度、高分辨率的天线阵，使浅层和深层探测一次完成，实现了三维立体探测，大大提高了工作效率，具有数据采集完整、快速、低误差等特点。
适用于公路路面、隧道衬砌质量的检测、桥梁结构检测、路基检测、管线探测、岩性分析和条件恶劣场地的应用。
使用博泰克RIS天线阵雷达进行公路和隧道检测如图8-1所示。
图8-1 RIS探地雷达二、RIS K2主机技术参数1、扫描速度： 850扫/秒2、脉冲重复频率：400KHz3、时窗： 9999 nsec4、采样点数： 128-81925、叠加数： 1-327686、分辨率： 5psec7、工作温度：－10～50℃8、A/D转换： 16bit9、工作环境标准： IP6510、动态范围： >160dB11、信噪比： >160dB12、可连接8对天线同时测量13、尺寸：22x17x5.5cm，重量：1.2kg现场测量开始前应该对雷达的采集参数进行设定，这一工作最好在进入现场前在室内完成，进入现场后可根据情况略加调整。
参数设定的内容包括时间窗口大小、扫描样点数、每秒扫描数、Ａ／Ｄ转换位数、增益点数等内容。
参数设置的是否合理影响到记录数据的质量，至关重要。
★探测深度与时窗长度探测深度的选取是头等重要的，既不要选得太小丢掉重要数据，也不要选得太大降低垂向分辨率。
一般选取探测深度H为目标深度的1.5倍。
根据探测深度H和介电常数ε确定采样时窗长度（Range/ns）：Range= 2H(ε)1/2/0.3(ns)= 6.6 H(ε)1/2(ns)例如对于地层岩性为含水砂层时，介电常数为25，探测深度为3m时，时窗长度应选为100ns，时窗选择略有富余，宁大勿小。
★A/D采样分辨率：雷达的A/D转换有8Bit、16Bit、24Bit可供选用。
选择24Bit动态大，强弱反射信号都能记录下来，探测深度大、时窗长时采用。
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电磁波在介质中的传播速度计算公式：
1
（1-1）
其中为介质的介电常数，为介质的磁导率。
电磁波在真空中的传播速度：
smC/1098.21800
（1-2）
其中0为真空中的介电常数，0为真空中的磁导率。
电磁波在介质中的传播速度：
rrV00
11
（1-3）
其中r为介质的相对介电常数(0r)，r为介质的相对磁导率（0r）。
由（1-2）和（1-3）式得：
电磁波在介质中的传播速度 rrCV （1-4）
在探地雷达利用电磁波进行勘探时通常认为，介质的磁导率变化可以忽略，即认为1r。所以探地雷达
中通常用一下公式计算电磁波在介质中的传播速度：
r
C
V
（1-5）
其中：C为电磁波在真空中的传播速度（smC/1038），
r
为介质的相对介电常数(0r)。
注意：上述公式不适用于导电性土壤（如粘土），或者土壤中含有导电性裂隙水时上述公式也不适用。
下表是常见介质的在电磁波频率为100MHz时的相对介电常数。
介质种类 相对介电常数
空气（Air） 1
冰(Glacial ice) 3.6
聚乙烯(PVC) 3
沥青（Asphalt） 3-5
混泥土（concrete） 4-11（5）
花岗岩（granite） 4-7
砂岩（Sandstone） 6
页岩（Shale） 5-15
石灰岩（Limestone） 4-8
玄武岩（Basalt） 8-9
含水砂岩（Water saturated sands(20% porosity)） 19-24
土壤或沉积物（soil＆sediments） 4-30
水（Water） 81