發(fā)布時(shí)間：2021-08-10 10:49

　　鉆孔雷達(dá)是上世紀(jì)九十年代引入中國的新興地質(zhì)探測(cè)方法,它是探地雷達(dá)的一種井中探測(cè)模式。依靠所發(fā)射的電磁波信號(hào)對(duì)地下深層的裂隙及異常體進(jìn)行探測(cè)分析。由于對(duì)地下探測(cè)深度的優(yōu)勢(shì)及其相對(duì)于地表雷達(dá)更高的分辨率,因此被認(rèn)為具有較好的應(yīng)用前景。近些年來,在重大工程的選址設(shè)計(jì)及礦藏工程的安全隱患排查方面都有著較為成功的應(yīng)用,提高了工程活動(dòng)中的經(jīng)濟(jì)性。本文首先介紹了鉆孔雷達(dá)的測(cè)量模式:單孔測(cè)量、井中—地面測(cè)量及跨孔測(cè)量,并闡明了其測(cè)量原理。從Maxwell方程組以及電磁波的波動(dòng)性、衰減性和介質(zhì)的電性參數(shù)等方面對(duì)電磁波的傳播進(jìn)行分析,確定了研究異常地質(zhì)體在地層中對(duì)雷達(dá)波的單孔反射規(guī)律�；赮EE式算法,根據(jù)Maxwell方程組推導(dǎo)出二維TM波磁場(chǎng)分量和電場(chǎng)分量的差分格式。使用基于FDTD的Gprmax方法對(duì)二維TM波傳播進(jìn)行正演模擬。建立地下空間及異常體的物理模型,賦予電磁波傳播影響因素:介質(zhì)的電導(dǎo)率（σ）、介電常數(shù)（ε）及鉆孔雷達(dá)的中心頻率（f）不同數(shù)值進(jìn)行正演模擬,得到相應(yīng)的雷達(dá)剖面圖。從剖面圖可以看出,同一雷達(dá),當(dāng)電導(dǎo)率保持不變,隨著介電常數(shù)的增加,雷達(dá)波反射信號(hào)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),探測(cè)距離增加;同一雷達(dá)... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

地面部分分為信號(hào)觸發(fā)獲取主機(jī)以及計(jì)算器控制收集終端[53]，如圖2.1 所示，鉆孔雷達(dá)系統(tǒng)分為孔中天線、編碼輪、三腳架、電纜線、主機(jī)及電腦幾部分。鉆孔雷達(dá)向地層發(fā)射高頻電磁波， 利用電磁波在地層中的傳播特性來獲取地層信息，從而解釋地下構(gòu)造。其在地下探測(cè)中以具有地下探測(cè)深度、分辨率、探測(cè)徑向范圍等為優(yōu)勢(shì)，解決之前探地雷達(dá)的深度不足、不夠精細(xì)以及鉆孔取芯的工程量復(fù)雜等難題。由鉆孔雷達(dá)發(fā)射的電磁波在地層中的傳播將受到巖石和土壤的不同電磁特性和幾何形狀的影響，所接受的電磁回波信號(hào)會(huì)有所不同[54]。通常學(xué)者根據(jù)電磁波的波形（Waveform）、走時(shí)（Travel time）和振幅（Amplitude）等數(shù)據(jù)，解釋地層的結(jié)構(gòu)特征。鉆孔雷達(dá)的測(cè)量方式分為三種：單孔探測(cè)（Single-hole survey）、跨孔探測(cè)（Cross-hole survey）和孔中—地面測(cè)量（VerticalRadar survey）[55]。其中，跨孔與孔—地測(cè)量方式由于地質(zhì)環(huán)境以及運(yùn)用范圍的局限性，本文不做詳細(xì)研究。圖 2.1 鉆孔雷達(dá)測(cè)量模式

發(fā)射與接收兩根天線以固定間距固定被放置于在同一鉆孔中，通過在鉆孔中緩慢移動(dòng)來進(jìn)行測(cè)量。最常用的天線是偶極子天線，它可以向 360 度空間輻射和接收反射信號(hào)。在垂直于鉆孔的方向向周圍發(fā)射電磁波，通過測(cè)量直接脈沖和反射脈沖之間到達(dá)時(shí)間的差異來確定到反射物體的距離。根據(jù)雷達(dá)信號(hào)在不同介質(zhì)交界面上的反射，可找出反射目標(biāo)。不同幾何特征的反射體有著不同的雷達(dá)剖面特征。根據(jù)圖像可判斷是點(diǎn)反射體還是面反射體，若是平面反射體則可以得到鉆孔與平面的夾角。但是單個(gè)鉆孔的雷達(dá)信號(hào)不能提供足夠的信息來明確地確定反射體的具體位置，因此需要結(jié)合多個(gè)鉆孔的數(shù)據(jù)來確定具體的目標(biāo)方位。圖 2.2 左側(cè)顯示的巖體斷層的雷達(dá)圖像，接收天線接收的信號(hào)來自直接的發(fā)射脈沖以及鉆孔壁的反射信號(hào)，而反射信號(hào)因?yàn)槟繕?biāo)反射體幾何特征的不同具有不同的反射特征，通過分析反射信號(hào)可確定反射體的距離和外形特征[56]。平面兩邊的圖像見圖 2.2右側(cè)，解釋鉆孔雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)反射體顯示的圖像為雙曲線，過鉆孔的裂隙面通常為 K 字型。

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