1、1实验 9 探地雷达剖面法探测实验一、实验目的1.了解什么是探地雷达的剖面法。2.了解用剖面法工作时一般天线距和点距的选择。3.了解加拿大 EKKO 型探地雷达仪器的操作。二、剖面法的探测原理剖面法是发射天线和接受天线以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式，如下图所示。剖面法的测量结果可用探地雷达时间剖面图像来表示，通常横坐标记录了天线在地表的位置，纵坐标记录双程走时或者深度。实际探测大多使用这种方法。三、测量参数的选择1. 天线中心频率的选择 图 7-9-1 剖面法探测原理天线中心频率的选择需兼顾目标深度，目标最小尺寸以及天线尺寸是否符合场地要求。一般来说，在满足分辨率且场地条件又许可时，应
2、该尽量使用中心频率低的天线。如果要求的空间分辨率为 X(单位 M)，围岩相对介电常数为 ，则天线中心频率可由下式初步确定。亦可根据目标深度的深浅，从厂家给出的经验数据中选取，以下是 ANNAN 等给出的假设空间分辨率大约为目标深度的 25%情况下中心频率与探测的深度的经验数据。2. 时窗的选择时窗的选择主要取决于最大探测深度(单位 M)与地层电磁波速度 V(单位 M/NS)。时窗 W(单位 NS)可由下式估算：上式中时窗的选用值增加 30/100，是为地层速度和目标深度的变化所流出的余量。3. 测点点距在实际探测中一般根据目标体的几何尺寸来确定测点点距，应该在目标体的上方有 35 个测点，如果
3、目标体的直径为 1M，则点距为 0.3M。亦可依据天线的中心频率和地下介质的介电特性用以下公式计算 式中:n X为测点点距，f 为天线的中心频率， 为围岩相对介电常数。4. 天线间距选择适当选取发射天线与接收天线之间的距离，可使来自目的体的回波信号增强。通常天线距 S 的选择可由下式确定 图 7-9-2 管线探测应用剖面在实际工作中应用 200M、100M 天线，天线距一般选 1 米左右，应用 50M 天线，天线距一般选 2 米左右。2四、EKKO 型探地雷达探测管线的实验步骤管线探测应用剖面法，一般采用 1 米左右的天线距，0.2 米左右的点距来测量。由于有绕射的原因，管线的探地雷达图像通常
4、呈拱形异常，如图所示：在地面位置 10 米的位置，有一个明显的拱形异常，这就是典型的管线异常。这个剖面是在地大体育馆后面的草地上做的。步骤一：测线布置 到地大体育馆后面选择一个地下埋有水管的地方，垂直水管的走向、且横跨水管布置一条测线。选用 1米的天线距，0.2 米的点距。步骤二：按实验一的步骤连接好探地雷达，将发射天线、接收天线移到测线的起始位置。步骤三：打开发射机电源开关，打开接收机电源开关，打开控制单元单元开关，最后打开计算机，进入雷达软件的安装目录，运行雷达主程序：radar，计算机屏幕将显示雷达软件的主界面，由于 EKKO型探地雷达是 90 年代初的产品，所以它的应用软件是在 DOS
5、 平台上开发的。主界面如图 7-9-3 所示： 图 7-9-3 主界面以及采集子菜单步骤四：选择 run pulse EKKO 项，两次回车后进入采集子菜单如图 7-9-3 所示。此时屏幕分成两个部分，屏幕上部用于显示已经选定的各种参数，屏幕的下部用于输入各种参数，光标可在屏幕下部的各选项上自由移动。移动光标，可在 Default, Exit, Field Line, Gains, Job, Layout, Option, Run, System, Velocity 各项中选择一项。A在 Field Line 选项中，可以输入测线的起始位 置，步长，测量模式，天线距等信息。B在 Gains 选
6、项中可选择不同类型(agc 增益、sec 增益、常增益、用户增益)和给定不同大小的增益。C在 Job 选项中可选择所用天线的频率，发射机脉冲电压等参数。 D在 System 选项中可选择时窗的大小，采样间隔，叠加次数等参数。 E在 Velocity 选项中可给定工区地层的平均电磁 波速度。F在以上所有的选项选定后进入 run 选项，在 Graph 中进行时间零点调节，将第一个波形调到阴影中去，调好时间零点后，在 Collect 中给定数据存放的目录和数据文件名就可以进行数据采集。如果系统连接不对或仪器出现故障，计算机就会报警，否则就进行数据采集。一道采集完后，就可以移动天线到下一个测点，这时按
7、空格键继续采集下一道，直至整个剖面采集完成。G重复 A 到 F 的步骤进行第二个剖面的测量，直到整个野外工作的完成。 步骤四：选择 run pulse EKKO 项，两次回车后进入采集子菜单如图 7-9-3 所示。此时屏幕分成两个部分，屏幕上部用于显示已经选定的各种参数，屏幕的下部用于输入各种参数，光标可在屏幕下部的各选项上自由移动。移动光标，可在 Default, Exit, Field Line, Gains, Job, Layout, Option, Run, System, Velocity 各项中选择一项。A在 Field Line 选项中，可以输入测线的起始位 置，步长，测量模式，
8、天线距等信息。B在 Gains 选项中可选择不同类型(agc 增益、sec 增益、常增益、用户增益)和给定不同大小的增益。C在 Job 选项中可选择所用天线的频率，发射机脉冲电压等参数。 D在 System 选项中可选择时窗的大小，采样间隔，叠加次数等参数。E在 Velocity 选项中可给定工区地层的平均电磁 波速度。 F在以上所有的选项选定后进入 run 选项，在 Graph 中进行时间零点调节，将第一个波形调到阴影中去，调好时间零点后，在 Collect 中给定数据存放的目录和数据文件名就可以进行数据采集。如果系统连接不对或仪器出现故障，计算机就会报警，否则就进行数据采集。一道采集完后，就可以移动天线到下一个测点，这时按空格键继续采集下一道，直至整个剖面采集完成。G重复 A 到 F 的步骤进行第二个剖面的测量，直到整个野外工作的完成。
