Часто задаваемые вопросы по георадару - Насколько глубоко может видеть георадар?

Насколько глубоко может видеть георадар

«Насколько глубоко Ты можешь видеть?» — это наиболее распространенный вопрос, который задают поставщикам георадаров (георадаров). Хотя физика хорошо известна, большинство людей, плохо знакомых с георадаром, не осознают, что существуют фундаментальные физические ограничения.

Многие люди думают, что проникновение георадара ограничено инструментами. В некоторой степени это правда, но глубина исследования в первую очередь определяется самим материалом, и никакие усовершенствования приборов не преодолеют фундаментальные физические ограничения.

Что контролирует проникновение?

Радиоволны не проникают далеко через почву, камни и большинство искусственных материалов, таких как бетон. Об этом свидетельствует потеря радиоприема или связи с сотовым телефоном при движении автомобиля по туннелю или в подземном гараже.

Тот факт, что георадар вообще работает, зависит от используемых очень чувствительных измерительных систем и особых обстоятельств. Радиоволны затухают экспоненциально и вскоре становятся необнаружимыми в энергопоглощающих материалах, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Сигналы георадара затухают экспоненциально в почве и камнях.

Коэффициент экспоненциального затухания a в первую очередь определяется способностью материала проводить электрические токи. В простых однородных материалах это обычно является доминирующим фактором; таким образом, измерение электропроводности (или удельного сопротивления) определяет затухание.

В большинстве материалов энергия также теряется из-за рассеяния из-за изменчивости материала и присутствия воды. Вода имеет два эффекта; во-первых, вода содержит ионы, которые способствуют объемной проводимости. Во-вторых, молекула воды поглощает электромагнитную энергию на высоких частотах, обычно выше 1000 МГц (точно тот же механизм, который объясняет, почему работают микроволновые печи).

Затухание увеличивается с частотой, как показано на рисунке 2. В условиях, подходящих для георадарного зондирования, на кривой зависимости затухания от частоты обычно имеется плато, которое определяет «окно георадара».

Рисунок 2. Затухание зависит от частоты возбуждения и материала. Это семейство графиков отображает общие тенденции. На низких частотах (1000 МГц) вода является сильным поглотителем энергии.

Могу ли я уменьшить частоту, чтобы улучшить проникновение?

Снижение частоты увеличивает глубину исследования, поскольку затухание в первую очередь увеличивается с частотой. Однако по мере снижения частоты в игру вступают два других фундаментальных аспекта георадарных измерений.

Во-первых, снижение частоты приводит к потере разрешения. Во-вторых, если частота слишком низкая, электромагнитные поля больше не распространяются как волны, а рассеиваются, что является областью измерений индуктивных ЭМ или вихревых токов.

Почему я не могу просто увеличить мощность передатчика?

Увеличить глубину исследования можно за счет увеличения мощности передатчика. К сожалению, мощность должна увеличиваться в геометрической прогрессии, чтобы увеличить глубину исследования.

Рисунок 3: Когда затухание ограничивает глубину исследования, мощность должна увеличиваться экспоненциально с глубиной.

На рисунке 3 показана относительная мощность, необходимая для зондирования на заданной глубине при затухании, изображенном на рисунке 1. Легко видеть, что увеличение глубины исследования требует мощных источников энергии.

Помимо практических ограничений, правительства регулируют уровень радиоизлучения, которое может возникнуть. Если сигналы георадарного передатчика станут слишком сильными, они могут создавать помехи другим приборам, телевизорам, радиоприемникам и мобильным телефонам. (К сожалению, именно эти вездесущие устройства обычно являются ограничивающими источниками шума для георадарных приёмников!)

Могу ли я предсказать глубину разведки?

Да, при условии, что исследуемый материал известен по электрическим характеристикам, доступно множество программ численных расчетов. Самый простой способ получить оценку глубины исследования — использовать анализ уравнения дальности радиолокации (RRE). Программное обеспечение для проведения этих расчетов доступно, и на эту тему имеется множество статей. Основные понятия изображены на рисунке 4.

Рис. 4. Дальность действия радара, показанная здесь в виде блок-схемы, определяет распределение энергии и позволяет оценить глубину разведки.

Анализ RRE очень полезен для параметрических исследований и анализа чувствительности.

Радарный диапазон слишком сложен!

Многие пользователи говорят, что RRE слишком сложен для повседневного использования. Если вы не любите вдаваться в подробные расчеты, мы предлагаем использовать следующее более простое практическое правило для оценки глубины разведки.

D= 35/метров

где – проводимость в мСм/м. Хотя это полезное правило не так надежно, как RRE, оно весьма полезно во многих геологических условиях.

Еще более простой подход — использовать таблицу или диаграмму глубин разведки, достигнутых в обычных материалах. Примерная таблица распространенных материалов, встречающихся при использовании георадара, показана на рисунке 5.

Рисунок 5: График глубин разведки распространенных материалов. Эти данные основаны на наблюдениях «лучшего случая». Как показано на Рисунке 9, материал сам по себе не является истинной мерой глубины разведки.

На рисунках 6, 7 и 8 показаны примеры, которые варьируются от глубокой до мелкой разведки. Вид материала можно увидеть для контроля глубины разведки. К сожалению, разведку не всегда можно спрогнозировать, зная только материал исследуемой территории.

На Рисунке 9 показан участок, где геология в основном однородна, но глубина разведки сильно варьируется. Проводимость поровой воды различна, а геологический материал неизменен! В этом случае знание проводимости обеспечивает лучшую оценку глубины исследования, чем знание материала.

Рисунок 9: Георадарный разрез в песке. Глубина разведки определяется проводимостью поровой воды, а не материала песка. Загрязняющие вещества, вымываемые со свалки, вызывают переменную проводимость (и глубину разведки) в зависимости от местоположения.