Магистерская диссертация на тему: Основы метода .1 Электромагнитные волны в земле. Отражение и дифракция электромагнитных волн

Введение

Метод георадиолокационного подповерхностного зондирования (метод георадар) основан на изучении распространения электромагнитных волн в среде.

Идея метода заключается в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства. Такими границами раздела в исследуемых средах являются, например, контакт между сухими и влагонасыщенными грунтами (уровень грунтовых вод), контакты между породами различного литологического состава, между породой и материалом искусственного сооружения, между мерзлыми и талыми грунтами, между коренными и рыхлыми породами.

Все задачи, решаемые с помощью георадара, могут быть разделены на две большие 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, гидрогеологические и инженерно-геологические задачи:

картирование геологических структур - поверхности коренных пород под рыхлыми осадками, уровня грунтовых вод, границ между слоями с различной степенью водонасыщения;

определение мощности водного слоя и картирование поддонных отложений.

определение мощности слоя сезонного промерзания/оттаивания, оконтуривание областей вечной мерзлоты, таликов

Вторая группа задач включает в себя поиск локальных объектов, обследование инженерных сооружений, нарушение штатной ситуации, например:

картирование коммуникаций (трубопроводов и кабелей);

исследование участков разреза с нарушенным естественным залеганием грунта - рекультивированных земель, засыпанных выемок.

Таким образом, в настоящее время георадар широко применяется в исследованиях при относительно небольшой глубине залегания целевых объектов (0.5 - 10 метров) за исключением изучения ледников и мерзлых пород, в которых глубинность повышается благодаря высоким сопротивлениям.

Глава 1. Основы метода

.1 Электромагнитные волны в земле

Для однородной изотропной среды распространение электрического поля удовлетворяет телеграфному уравнению:

Если пренебречь второй производной электрического поля, то это уравнение превратится в уравнение диффузии, а если пренебречь первой производной - мы получим волновое уравнение. Для того, чтобы определить, при каких условиях мы можем рассматривать только волновую часть поля, запишем телеграфное уравнение в частотной области:

где к - волновое число:

При условии, что

т.е. при низких проводимостях и высоких частотах, мы можем пренебречь индукцией и рассматривать только волновую часть электромагнитного поля.

Скорость распространения электромагнитной волны зависит от и электрической и магнитной проницаемостей среды. Значения диэлектрической и магнитной проницаемости представляются в виде ε=εоεотн и μ= μоμотн, где

магнитная и диэлектрическая проницаемости в вакууме.

Для большинства горных пород значение магнитной проницаемости μотн близко к единице и не зависит от частоты поля. С учетом этого, скорость распространения электромагнитной волны

где с - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме

Скорость электромагнитных волн - наиболее важный для радарных исследований параметр среды, поскольку отраженные волны, которые мы регистрируем, возникают на границах сред с разными скоростями. С другой стороны, разрешающая способность волновых методов определяется длиной волны (λ), которая равна

где f - это частота.

Диэлектрическая проницаемость, а следовательно, и скорость распространения электромагнитных волн незначительно зависят от частоты и типа грунтов, а определяется, главным образом, их влагонасыщенностью. В таблице 1 представлены значения диэлектрической проницаемости, скорости и длины волны (на частоте 100МГц) для некоторых сред.

В сейсморазведке скорости определяют по годографам отраженных волн. В радиолокации таким способом определить скорости очень трудно. Электромагнитные волны быстро затухают, и регистрировать сигналы на большом расстоянии между источником и приемником практически невозможно. Реальные скорости можно определить либо используя априорную информацию о строении разреза, либо по дифрагированным волнам, возникающим на неоднородностях разреза.

Таблица 1

Оглавление

- Введение

- Основы метода .1 Электромагнитные волны в земле

- Отражение и дифракция электромагнитных волн

- Глубинность, разрешающая способность и детальность георадарных исследований Глава 2. Методика и аппаратура

- Методика

- Аппаратура Глава 3. Обработка и интерпретация

- Обработка данных

- Интерпретация георадарных данных Заключение

- Список литературы

Список литературы

1. Е.Д. Алексанова, А.А. Бобачев, Д.К. Большаков, А.А. Горбунов, С.В. Иванова, В.А. Куликов, И.Н. Модин, П.Ю. Пушкарев, В.К. Хмелевской, Н.Л. Шустов, А.Г. Яковлев "Электроразведка: пособие по электроразведочной практике для студентов геофизических специальностей" - М.: 2005.

. Ю.В. Якубовский "Электроразведка", "Недра" - М.: 1973.