ГЕОСТРОЙИЗЫСКАНИЯ
Генеральный дистрибьютор компаний TOPCON и SOKKIA
  
+7 (495) 921-22-08
КАТАЛОГ
БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ
СЕРВИСНЫЙ ЦЕНТР
ПОДДЕРЖКА
О НАС
 
 

Главная \ Каталог \ ГЕОРАДАРЫ 


ГЕОРАДАРЫ


ВЫБЕРИТЕ ГЕОРАДАР

Георадары IDS

Георадары ОКО-2

Основы георадиолокации

Георадиолокация является методом геофизики, то есть одним из способов изучения среды (грунтов или строительных конструкций в зависимости от задачи). Различных методы геофизики изучают среду с помощью различных физических полей. Например, метод магнитометрии позволяет обнаруживать рудные породы по их магнитным свойствам, метод сейсмометрии разделяет грунты с различными упругими свойствами и т.д.

Метод георадиолокации относится к группе электромагнитных методов, то есть изучает отклик среды на излучаемое электромагнитное поле.

 

Электромагнитная волна

Рис. 1. Электромагнитная волна

Метод работает в диапазоне частот от 50 до 2000 МГц.
Глубинность до 30м (льды пресные)
Разрешающая способность 1 см – 1 м
 

Результаты, полученные при помощи геофизических методов, отображают истинную картину лишь в некотором приближении. Глубины залегания и мощности слоев вычисляются с определенной точностью, которая зависит от количества геологической информации об объекте исследования, точности измерительных приборов и множества других факторов. Общепринято проводить геофизические исследования совместно с бурением скважин. В более широком смысле под скважиной можно понимать любую точку среды с известными свойствами (например, в некоторой точке исследуемой области известна глубина залегания искомого слоя). При правильном подходе к геофизике, интерпретируя ее как метод уточнения геологического строения между двумя скважинами, можно получать результаты, близкие к истинным.

Большое значение имеет комплексирование методов: совместное использование двух или нескольких методов геофизики. Комплексирование дает более полное и достоверное представление о строении исследуемой среды.

История георадиолокации

Возможность «просвечивания» горных пород с помощью радиоволн установлена еще в 1910-1911 гг. немецкими учеными  Г. Лови и Г. Леймбахом. Ими же в 1912 г. предложен интерференционный метод для поиска руд и воды с помощью радиопросвечивания.

Позднее произошло второе открытие метода, во время изучения Антарктики. При картировании рельефа поверхности с самолета стандартным бортовым локатором на записи самописца ниже границы льда стала прослеживаться вторая граница, похожая на первую, но с некоторыми отличиями. Работа георадара показала, что первая граница – это поверхность земли, а вторая - это подошва ледяного покрова. С этого момента стало возможным оценивать мощности льдов. За счет низкого поглощения электромагнитной волны в толще льда, глубина исследования достигла нескольких сот метров.

Вскоре по аналогии был создан наземный прибор, названный георадаром, применяемый также для оценки толщины ледового покрова. Метод стал развиваться чисто на практическом применении, не подкрепляясь теорией. Тем не менее, он хорошо зарекомендовал себя при исследованиях в условиях вечной мерзлоты.

В последние годы произошло быстрое развитие теории метода. Георадарные исследования получили широкое распространение: георадары стали использоваться для изучения в области геологии, археологии, строительства, криминалистики и многих других.

Георадары

Слово georadar – состоит из двух частей: первая – Geo – Земля, а второе Radar -является аббревиатурой: RAdio Detection And Ranging, что дословно переводится как радиообнаружение и измерение расстояния. Таким образом, с помощью георадара можно находить любые объекты  и определять расстояния до них.

Георадар IDSСерийные образцы георадаров начали появляться в начале 70-х годов. В середине 80-х интерес к георадиолокации возрос в связи с очередным скачком в развитии электроники и вычислительной техники. Но как показал опыт - это развитие оказалось недостаточным. Трудозатраты на обработку материалов не смогли окупиться в полной мере, и интерес к георадиолокации снова спал.

В 90-е годы, когда произошла очередная научно-техническая революция, и персональные компьютеры стали более доступны, интерес к работе георадара вновь возрос и не ослабел до сих пор.

С конца 90-х годов регулярно проводятся научно-исследовательские конференции, посвященные этому методу. Издаются специальные выпуски журналов.

Георадар предназначен для инженерно-геотехнического обследования грунтов, поиска подземных объектов,  определения планового направления и  глубины залегания исследуемых объектов и подземных коммуникаций.

Таким образом, принцип действия георадара основан на излучении сверхширокополосных наносекундных импульсов, приеме сигналов, отраженных от границ раздела сред, стробоскопической обработке принятых сигналов и последующим измерением временных интервалов между отраженными импульсами.

Типы волн

Основными типами волн являются:

  • Прямая волна
  • Отраженная волна
  • Дифрагированная волна

Прямая волна идет от излучающей антенны непосредственно к приемной по воздуху со скоростью  V = 30 см/нс и по грунту со скоростью V = V1, характерной для каждого типа грунта. Прямая волна всегда первая появляется на радарограмме.

Отраженная волна идет от границы раздела сред с различными электрическими свойствами в направлении, обратном к излученной. Угол направления отраженной волны определяется согласно закону Снеллиуса

Котр=(  ε1-   ε2)/(  ε1 +  ε2)

 Георадары. Прямые и отраженные волны.

Дифрагированная волна образуется в результате явления дифракции. Дифракция возникает в том случае, если размер препятствия сравним или меньше длины распространяющейся волны.

 Георадары. Дефрагированная волна.

 Схема образования дифрагированной волны (А) и построение радарограммы (Б).

Пример радарограммы

 Радарограмма
1) Засыпанная траншея
2) Песок
3) Дифрагированная волна (гипербола) от закопанной трубы
 

Пример использования георадара в геологии

Ниже представлена наглядная иллюстрация преимущества использования георадарного зондирования на примере сравнения разрезов, построенных по данным бурения и на основе георадарных данных:
Инженерно-геологический разрез по результатам бурения.
Инженерно-геологический разрез по результатам бурения.
 
 
Радарограмма - результат георадарного зондирования
 
Радарограмма - результат георадарного зондирования
 
Инженерно-геологический разрез по результатам георадарного зондирования.
 Инженерно-геологический разрез по результатам георадарного зондирования.
 
 

Электрофизические свойства среды.

Применение метода георадиолокации для разделения различных пород между собой возможно благодаря их различию по электрическим свойствам. Основные свойства – это удельное электрическое сопротивление  и диэлектрическая проницаемость.

Удельное электрическое сопротивление определяет затухание электромагнитного поля в среде, а, следовательно, и глубинность исследования. Чем меньше затухание, тем на большую глубину проникнет поле, то есть мы получим отклик от пород с большей глубины.

Практически все вещества, кроме чистого металла, могут быть отнесены к диэлектрикам с конечной проводимостью. В связи с этим введено понятие относительной диэлектрической проницаемости вещества.

Наиболее важными параметрами, характеризующими возможности применения метода георадиолокации в различных средах, являются удельное затухание (Г [дб/м]) и скорость распространения электромагнитных волн в среде, которые определяются ее электрическими свойствами. Первый из них определяет глубинность зондирования используемого георадара, знание второго параметра необходимого для пересчета  временной задержки отраженного импульса в глубину до отражающей границы.

Таблица 1. Основные электрические характеристики почв и пород 
Тип
Влажность %
ε (диэлектрическая проницаемость)
Затухание [разы/м]
Скорость Vф [см/нс]
Пески разно-зернистые
0
3.2
1
17
4
5
1,2
13
8
7
1,5
11
12
11
1,8
9
16
15
2,1
8
Суглинок серый
0
3,2
1,01
17
5
4,8
3,1
14
10
7,0
6,0
11
20
14,7
20
8
Суглинок каштановый
0
3,2
1,01
17
5
4,0
1,4
15
10
6,5
1,7
12
20
10
3,5
10
Глина
0
2,4
1,04
19
4
5,4
14,1
13
8
8
22,4
11
12
12
100
9
16
18,6
447
7
Известняк
0
8
1,06
11
Влажный
8
5
11
Доломит
 
6,7
1,07
12
Чернозем (Юг Липецкой обл.)
0
3,7
2,2
16
5
6,2
7,1
12
10
10
22,4
9
15
14
63
8
20
22
1000
6
Каменный уголь
 
4-6
1,1-1,8
15-12
Торф мокрый
 
62-69
1,4-3,2
4
Гранит влажный
 
5
 
13
Базальт влажный
 
8
 
11
Бетон (500Мгц)
0
3.7
1,7
16
5
5.5
9,2
13
10
7.0
16000
11
Вода пресная
 
81
1,02
3,3
Вода морская
 
81
3,6·1016
1,5
Мерзлый суглинок
-
16
1,1
8
Мерзлый песок
 
4.5
1,1
14
Снег сухой
 
1,2-2,8
1
18-27
Снег мокрый
 
2-6
 
12-21
Лёд пресный
(- 10°С)
 
3.3
1-1,07
17
Лёд морской
( - 15°С)
Соленость 5
8,1
10
10
12
7,7
10
10
Лёд морской
( - 25°С)
Соленость 5
6,7
2,5
12
12
4,4
4,1
14
 
Зависимость глубины проникновения электромагнитной волны от рабочей частоты. 
Рабочая частота, МГц
Максимальная глубина зондирования, м*
50
20
90
16
150
12
250
8
400
5
700
3
1000
1,5
1200
1,5
1700
1
*) Данные представлены для сред с малым затуханием (сухой песок, лед) !!!!!!  

 

Влиять на работу георадара и глубину проникновения, можно уменьшая рабочую частоту, это означает, что при выборе антенного блока с меньшей частотой можно рассчитывать на увеличение глубины проникновения электромагнитной волны.

Из всего вышесказанного сделаем основной вывод: глубина проникновения электромагнитных волн в разных средах с разной степенью увлажненности – различна! Это означает, что выбор частот антенн георадара, в первую очередь,  должен осуществляться исходя из реальных условий.

Применение георадара

 

Кому нужен георадар?

  1. Коммунальные службы (поиск коммуникаций, поиск незаконных врезок, картирование коммуникаций)
  2. Нефтяные компании (поиск коммуникаций, поиск незаконных врезок, картирование коммуникаций)
  3. Газовые компании (поиск коммуникаций, поиск незаконных врезок, картирование коммуникаций)
  4. Дорожные службы (выявление толщины слоев дорожной одежды, выяснение характера залегания слоя, поиск коммуникаций)
  5. Железная дорога (обследование земляного полотна, выявление дефектов земляного полотна)
  6. Мостовики (обследование мостов)
  7. Строительные компании (обследование зданий, поиск коммуникаций, анализ состояния арматуры)
  8. Геология (контроль бурения, отбивка слоев, подсчет объемов, обнаружение уровня грунтовых вод, зон переувлажнения и разуплотнения)
  9. Археология (поиск предметов и захоронений, поиск кладов)
  10. Криминалистика, службы спасения (поиск захороненных тел, поиск людей под обломками).
  11. Гидрогеология (поиск подводных объектов, обследование водоемов, карьеров, подсчет объемов)
  12. Вооруженные силы (поиск не разорвавшихся снарядов, затонувшей техники)

 

Выбор частоты антенного блока

Пожалуй, одной из самых непростых задач в решении проблемы выбора комплекта георадара является выбор частоты антенных блоков. Сложность заключается в том, что  предсказать точно на какую глубину будет распространяться электромагнитная волна, испускаемая данным антенным блоком в реальных условиях практически невозможно, следовательно, предсказать какой антенный блок возьмет необходимую глубину - затруднительно. Мы можем это определить только качественно, но все же  выход в подборе нужной антенны есть.

Для начала давайте поговорим об основных свойствах электромагнитной волны, необходимых для решения ваших задач: глубина проникновения, вертикальная разрешающая способность. О глубине проникновения уже говорилось ранее. Рассмотрим теперь разрешающую способность.

Что такое разрешающая способность? Разрешающей способностью антенного блока с определенной частотой называется способность различать два близко расположенных объекта. Другими словами, это степень детализации нашей радарограммы.

Для чего нужна эта величина? Предположим, нужно найти две небольшие трубы, находящиеся на расстоянии 10см друг от друга. Если частота антенного блока такова, что разрешающая способность больше расстояния между ними, то эти две трубы на радарограмме отобразятся как одна (в виде одной единственной гиперболы). Если же разрешающая способность меньше расстояния между трубами, то на экране мы увидим две близко расположенных гиперболы, следовательно, различим два объекта. Таким образом, разрешающая способность, как и глубина проникновения, зависит от частоты антенного блока. Эта зависимость представлена в Таблице 3

Таблица 3. Зависимость разрешающей способности электромагнитной волны от ее частоты.
Рабочая частота, МГц
Разрешающая способность по глубине, м
50
0,5-2
90
0,5
150
0,35
250
0,25
400
0,15
700
0,1
1000
0,05
1200
0,05
1700
0,03
 

Таким образом, при выборе частоты антенного блока приходится маневрировать между двумя величинами: с одной стороны, для увеличения глубины проникновения необходимо выбирать антенну с меньшей частотой, с другой стороны, для увеличения детализации необходимо выбирать антенну с  более высокими частотами. 

Как осуществить  выбор частоты?

1) Выясняем необходимые глубины.

  • Для глубин более 5м необходимы низкие частоты – от 40 до 150 МГц
  • Для глубин от 5 до 1,5м необходимы среднечастотные антенны – от 200 до 700 МГц
  • Для глубин меньших 1,5м можно выбирать высокочастотные антенны – от 1000 до 2000 МГц.

2) Выясняем, какого размера объекты необходимо искать.

Далее ориентируемся по Таблице 3

Если необходим комплекс антенн, то подбираем необходимое количество антенн с различными частотами, чтобы достичь нужных глубин и получить нужную степень детализации.

 
На нашем сайте вы можете ознакомиться с прайсом на георадары и купить георадар. Цена на георадар зависит от комплектации, подробности узнавайте у менеджеров компании. Телефон: (495) 921-22-08

 



Нет товаров