GPR探测深度的影响因子分析

雷达波探深的影响因素地质雷达探测深度主要决定于两个因素：一个是雷达波传播介质的属性，另外一个是选择的频率天线类型，其中雷达波传播介质的电导率属性对雷达波探测深度起着决定性的作用。第一，不同传播介质对雷达波吸收影响：雷达波在地下传播介质中的衰减以指数形式衰减，如上图所示，横轴代表雷达波的探测深度，纵轴代表雷达波随着传播深度的增大雷达波幅度的变化，雷达波在土壤中的衰减很快，与土壤相比，雷达波在岩石中的传播衰减相对较慢，所以传播介质的电导率越高雷达波的穿透深度越浅，传播介质的电导率越小，雷达波衰减很慢，探测的深度就越深。第二，水对雷达波吸收的影响水对雷达波吸收的影响主要表现在两个方面，第一，水中含有的游离的粒子会使得水电导率升高，从而雷达波在其中传播时受吸收比较严重，第二，水中的水分子对雷达波中的高频成分，特别是对于大于等于1000MHz的雷达波的吸收相当严重（这类似于微波炉加热食物时的工作原理是相同的）。所以水对大于等于1000MHz的频率天线探测深度起着主要的影响作用。如上图所示，横轴代表雷达波的频率，起始频率为10000HZ（0.01MHz，实际上这个频率范围已经落入了频率域测深的范围频率当中），从上图可以发现在1MHz以下，对于干沙、含水沙以及潮湿泥土而言，电导率越高对雷达波的衰减越严重，但是对于大于1MHz的电磁波（1MHz～1000MHz，在这个频率段，不管哪种频率的电磁波干沙对每种频率电磁波衰减的因子都是相同的，这和MT测深不同），对于含水沙，在电磁波频率1MHz～1000MHz范围内，不管哪种频率，含水沙对各种频率的衰减都是相同的，但是当电磁波的频率1000MHz时，含水沙对电磁波的衰减吸收相当严重，衰减程度呈指数增长，所以这也是目前高频天线为什么不能做的太高的原因。第三，降低发射天线的频率可以提高探测深度：这主要是由于介质对低频电磁波的衰减相对较弱的原因，但是降低发射频率又会带来两个问题：第一个问题是降低发射频率会降低分辨率，第二个问题是如果发射电磁波的频率越低，电磁波的传播特性就不再类似于弹性波的传播特性，而进入了感应EM或涡流扩散衰减测量的范畴当中。第四，增加电磁波的发射功率对探测深度有一定的影响：增加发射功率确实是能够提高探测深度，但是对发射功率有特别苛刻的要求，也就是说，发射功率必须以指数形式增大才可以有效的提高探测深度，但是发射功率要以指数形式增加是非常困难的，这是因为发射功率太大可能会影响周围的通信同时可能还会影响人的健康（功率太大会受到当地政府部门的限制，因为功率太大可能会对电视信号、手机信号等造成严重的影响，而往往例如通信塔等装置恰恰是影响雷达波造成噪音的重要因素）。如上图所示，当衰减介质的电导率比较高的时候，提升发射功率也不会对穿透深度起到很大作用，但是对于电导率比较小的传播介质，稍微提升发射功率就可以增大穿透深度，上图显示的是能达到1000米。雷达波的探测深度有个经验公式：探测深度（m）=35/电导率（mS/m）。如下图所示，是雷达波在各种传播介质中所能探测的深度范围示意图：SeaWater：海水Asphalt：沥青Clay,Shale：黏土，页岩Silt,Mudstone：淤泥，泥石Wood：木头FreshWater：淡水SandGravel：砂砾石Limestone：灰岩Salt(dry)：盐（干）Granite：花岗岩IceAir：冰空气