Название: О применимости георадаров в геологии
Вид работы: реферат
Рубрика: География
Размер файла: 19.83 Kb
Скачать файл: referat.me-58477.docx
Краткое описание работы: Ситуация с георадиолокацией, или еще называют “подповерхностной радиолокацией”, достаточно неоднозначна. Известный довольно давно, как метод радиолокационного зондирования (РЛЗ), он интенсивно развивается в последнее время.
О применимости георадаров в геологии
Ситуация с георадиолокацией, или еще называют “подповерхностной радиолокацией”, достаточно неоднозначна. Известный довольно давно, как метод радиолокационного зондирования (РЛЗ), он интенсивно развивается в последнее время, в основном за счет аппаратурной и программной проработки: появляются все больше типов георадаров и программ для них. Теории метод не имеет со времен первых исследований, т.е. более полувека. За основу взята геометрическая модель собственно радиолокации, с некоторыми оговорками. Обработка сигналов скопирована, в основном, из сейсморазведки МОВ, методики нет, как таковой. При всем этом, метод георадиолокации хорош своим визуальным отображением и кажущейся простотой интерпретации, что и снискало ему такую популярность, в основном у кладоискателей и сантехников.
Принцип работы георадара довольно прост:
С помощью ВЧ-излучателя (антенны) создается короткий одиночный (видео), или заполненный радиочастотой, импульс.
Отраженный эхосигнал регистрируется этой же “совмещенной” антенной, либо отдельной приемной.
Глубина до отраженной границы определяется, в первом случае:
h = (vt)/2 | во втором: | h = [(vt)2 -(d/2)2 )]1/2 |
v – скорость распространения волнового сигнала в перекрывающем слое,
t – время прихода эхосигнала,
d – расстояние между приемной и передающей антенной.
Основная проблема в том, что мы не знаем значения v скорости волны !!! Земля - неоднородная среда, скорость распространения волны в ней является сложной функцией от диэлектрической (e ) и магнитной проницаемости (m ), удельного сопротивления (r ) среды, а так же от частоты сигнала (w ):
V = V (w , e , m , r )
Полученный, таким образом, набор эхосигналов по профилю, можно назвать, по аналогии с сейсморазведкой – “временным” разрезом. Для перевода его в глубинный разрез проводят “пристрелку” на известных, по данным бурения, профилях. Однако и это не дает точной информации, т.к. не учитывает изменение перечисленных параметров, а соответственно и скорости с глубиной. Наиболее сильно влияет на скорость волны диэлектрическая проницаемость (e ), порой используют даже приближенную формулу:
V »c /(e отн )1/2
с = 300 м/мкс (скорость электромагнитной волны в вакууме).
e отн – относительная диэлектрическая проницаемость.
Учитывая, что e отн (воздуха) = 1 , а e отн (воды) = 80 (см. табл.1), можно понять, что в зависимости от влажности грунта можно получить расхождение по скорости (и по определяемой глубине) в несколько раз !!! Например, после дождя.
Вторая проблема заключается в экспоненциальном затухании радиоволн в земле, в зависимости от расстояния r и перечисленных выше параметров:
L = exp [ f(w , r , e , m )r ]
Здесь более существенную роль играет электропроводность среды: чем ниже удельное сопротивление (r ) среды, тем сильнее затухает сигнал и тем меньше глубинность съемки. Надо вспомнить, что первым применением метода радиолокационного зондирования была ледовая разведка. Лед обладает очень высоким r = 105 ¸ 108 Ом*м , что позволяет исследовать его на значительную глубину. Для приблизительной оценки ослабления сигнала пользуются таблицами удельного затухания радиоволн d (в дБ/м) заданной частоты, для разных сред (см. табл.1). Зная динамический диапазон (D) георадара можно подсчитать его максимальную глубинность для сред с ожидаемым максимальным затуханием:
hmax » D/d max
Табл.1 Электромагнитные свойства некоторых сред на частоте 100 Мгц.
Среда, горные породы | r , Ом*м | e отн | d , дБ/м | v, м/мкс |
Воздух Пресная вода Морская вода Лед пресный Лед морской Почва сухая Почва влажная Почва очень влажная Торф Обводненные песчанники Вулканиты, мерзлые осадочные породы |
¥ >1000 <0,25 105 -108 <1000 до 6000 100 25 до10 30 >104 |
1 80 80 2,9-3,3 3,5 3-4 9 15 до 60 7 5 |
0 0,2-2 10-300 0,01-0,5 5-40 0,1-0,5 1-2 15-40 2-30 20 < 0,01 |
300 33 33 160-180 130-180 150-170 100 80 35-45 110-120 110-130 |
Другим фактором глубинности является частота сигнала георадара. С повышением частоты, при прочих равных условиях, глубина зондирования снижается (см. табл.2). Для применения в геологии подойдут “низкочастотные” варианты: f = 25 ¸ 150 Мгц, позволяющие исследовать до глубин 10-30 метров, с разрешением 1-2 метра.
Табл.2. Глубина зондирования георадаров, в зависимости от частоты.
Частота георадара (МГц) |
Глубина зондирования до (м) |
Разрешение (м) |
25 50 100 150 250 500 700 900 1500 |
25-30 20-25 15-20 10-12 7-8 4-5 2-3 1-2 0,5-1 |
2-3 2 1-1,5 0,5-1 0,25-0,5 0,15-0,35 0,1-0,25 0,1-0,2 0,05-0,1 |
Контрастность выделения границ в записи определяется коэффициентом отражения сигнала. Наиболее хорошими отражателями электромагнитных волн являются проводники (металлы). Коэффициент отражения границы раздела диэлектрик-проводник может достигать 98%, это обеспечивает высокую амплитуду эхосигнала, и объясняет успех георадаров и их популярность для поиска металлических предметов в археологии, инженерных работах и у военных. Для диэлектриков и полупроводников, какими являются большинство горных пород, при определении коэффициента отражения, можно пользоваться приближенной формулой:
R » [(e 1 /e 2 )1/2 – 1]/ [(e 1 /e 2 )1/2 + 1]·100%
Из нее следует, что отражение от границы раздела двух сред будет тем выше (и заметнее в записи), чем сильнее объекты отличаются по диэлектрической проницаемости. Применительно к геологии, это могут быть:
- граница коренных пород под осадочными отложениями,
- уровень грунтовых вод (УГВ),
- сульфидная минерализация в скальных породах.
Выводы:
Применение георадаров в геологии сильно ограничено, вследствие неоднородности среды и малых глубин исследования (до 10-30 м).
При использовании георадиолокационной съемки необходимо привлекать всю доступную априорную информацию о разрезе, в комплексе с другими геофизическими методами. Перед началом работ провести тщательные опытно-методические работы, в процессе работ использовать постоянный контроль.
Количественная интерпретация, в большинстве случаев, невозможна. Получаемые материалы носят сугубо качественный характер.
Возможные задачи в геологии, для привлечения георадиолокации:
Картирование поверхности коренных пород под чехлом рыхлых отложений в аридных областях.
Определение границы уровня грунтовых вод (УГВ), поиск воды в засушливых районах, исследование ювенильных вод в скальных массивах.
Прослеживание направления и границ распространения сплошных и вкрапленных сульфидных руд в горных выработках. Выявление неоднородностей массивов.
Исследования мерзлотных разрезов, мониторинг оттайки.
Поиск карстов и зон трещиноватости в известняках.
Поиск пропущенных самородков, после гидромониторной отработки россыпных месторождений.
Поиск палеорусел рек, перекрытых четвертичными отложениями.
Получение не плохих результатов георадарной съемки возможно при хорошей однородности состава верхней части разреза, отсутствии грунтовых вод, или при УГВ ниже изучаемых объектов.
Похожие работы
-
Инженерная геология - роль инженерной геологии в строительстве
Инженерная геология изучает породы и геологические процессы в связи с инженерной деятельностью человека — строительством инженерных сооружений.
-
Некоторые методы определения характеристик деформируемо-сти и прочности грунтов
Некоторые методы определения характеристик деформируем ости и прочности грунтов Полевые испытания пробной статической нагрузкой Полевые испытания пробной статической нагрузкой используются для определения как деформационных, так и прочностных характеристик в тех случаях, когда оказывается трудно или даже невозможно отобрать образцы грунта без нарушения их природного состояния.
-
Предмет, методы и задачи СЭГ и регионалистики
1. Предмет, методы и задачи СЭГ и регионалистики. -наука о терр соц-эк сис-мах, их орг-и и упр-и ими. Предмет СЭГ-процессы формир-я, функц-я и разв-я терр соц-эк систем (строит-во-географ стр-ва, транспорт-география транспорта).
-
Динамическое зондирование
В большинстве случаев оценка плотности песков дается по косвенным показателям, например по характеру сопротивления песков внедрению буровых наконечников, что носит условный и, конечно, субъективный характер.
-
Горизонтальное бурение
Горизонтально-направленное бурение - это метод бестраншейной прокладки трубопроводов и других коммуникаций на различной глубине под естественными и искусственными препятствиями без нарушения режима их обычного функционирования.
-
Высокочастотные методы электроразведки
Под высокочастотными (ВЧ) методами электроразведки обычно понимают исследования с помощью электрических и магнитных диполей на частотах выше звуковых (от 15 кГц до десятков МГц).
-
Опытные геофизические работы на шахте "Северная" Березовского рудника
Сейсмоэлектрические измерения. Сейсмоакустические исследования. Блуждающие токи. Электроразведка ДЭМП. Радиометрия.
-
Геофизика на россыпных месторождениях золота
Преимущества применения геофизических работ. Методы геофизических работ на россыпях.
-
Методика и результаты применения георадиолокатора 17-ГРЛ-1 на закарстованном участке россыпи
Установлена возможность изучения особенностей строения россыпей по георадиолокационным наблюдениям. Сезонная мерзлота выявляется по положительному знаку градиента затухания электромагнитных волн.
-
Комплексные геофизические работы на золоторудном месторождении
При небольшой глубине залегания коренных пород, сопоставимость электроразведки на постоянном токе и индукционных методов очень высока, что позволяет проводить электроразведочные работы круглогодично.