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1、中国地球物理地质雷达探测空洞解释方法研究,,,,,杨峰彭苏萍张维平江林英洪俊光中国矿业大学北京《云南路电工程检测技术有限公司昆明福建省地质勘探队福建龙岩引言空洞对电磁波的频谱响应具有较高灵敏度,、口函数利用对数功率谱算法高斯窗以及滚动谱算法计,。,算时间剖面的对数功率谱滚动谱剖面提高了对空洞的识别能力经过实际测试证明利用该技术来分。,析空洞具有良好的效果空洞与地质雷达接收到的频率信号是密切相关的目前地质雷达探测资料解释。,。局限在振幅响应的时间剖面上针对空洞探测的实际需要提出了滚动谱解释空洞的观点电磁波在介质传播过程中具有如下响应。,电磁波反射波能量仅与分界面两侧相应介电常
2、数的大小有关当两个介质的介电常数相同时反射,,因此在空洞,,系数为仅有透射而不发生反射区域谱值较低雷达接收信号以低频为主尤其在含水的条件下,对高频信号有较大吸收。滚动谱剖面技术对确定的信号,其频谱。值有正有负振幅谱。是非负且是偶对称的功率谱。能突出那些。卜的主要成分,压制那些。的次要成分,因此功率谱能显示信号。的主要频率成分一’在地质雷达应用中对有限离散信号又牛其中是样点数现作自相关凡责蕙介无,‘“‘那一’,再对自相关数据、·二,作计算,求得离散的功率谱份‘‘田,’,,仅取其正”率部厂’。分。田,的包络曲”作“观“分析”的”率谱曲线乃‘。,众功率谱乃。对突出和识别频谱的主要
3、特征是有利的,但功率谱中有多个大小不同的特征都需要识,可,别时以采用对数功率谱它定义为。。二。由,。,。于取对数的原因与会使小量放大从而这些不同特征更容易显示和识别对数能使乘法运算。变为叠加运算对于地质雷达探测,功率谱取对数具有如下意义地质雷达接收的信号是雷达子波与地层反射系数卷积运算的结果,因此雷达接收信号的功率谱是地层反射系数序列功率谱和雷达子波功率谱相乘运算的。,,结果利用对数运算可以将谱值信息转化为地层和雷达子波功率谱的叠加这极大方便观测地层对雷。达子波的频率响应变换在雷达剖面上研究路基基础病害时,。所,希望只得到路基基础的频谱数据以在雷达时间剖面上有,。必要加上时
4、间窗以便分析路基基础局部段的时间信号所对应的频谱局部化特征具有窗口特性的函数满足。己。,烤‘。丑。式中函数称为窗口函数忿。是的傅立叶变化、、〔川。,矩形函数山形函数次样条函数等都可以作为时间窗函数如何选取窗函数选取窗函数必须“”,。以测不准原理为依据达到时间和频率域局部化的最高分辨率中国地球物理“”口函,口面积测不准原理给出对于窗数其窗满足,。一之,忆当且仅当为高斯,等号成立。可见高斯窗是局部分析的最佳窗口。口函数定函数时高斯窗义为一,。,,二已尸六￡了汀。一通过对加高斯窗的数据进行求解对数功率谱就是本文要达到的结果由式式可以获取给一’,,定时间窗的离散对数功率谱参数、其中
5、,是时间窗对应的该窗内的样点数量白丫,,二因此共有个离散对数功率谱数值,,因为地质雷达获取的是实信号实信号的谱值是对称取频率的正半。,因此对地质雷达任意轴部分进行分析时间窗的起点时间作为雷达剖面的反射时间一道存在如下映射关系。·。。,井‘“‘了,井‘尸必幼。‘壳⋯⋯。。。。一。对式说明如下城为时间剖面对应时间的信息平为选定在之间的时间。一‘,“窗‘为时间剖面在丁“间“内的离散谱、是”率间隔口‘“个叫⋯知创离散谱值对应的谱均值,其中。。二、丁去一。。一飞、。。,·,,,,,·、一”‘又、’一‘’‘,一,曰,,、‘‘’”产一一一局,【‘。一。。式表示把雷达时间剖面时间反射能量转
6、换为给定时间窗的滚动谱的均值口应用效果分析宜万铁路受地面强降雨的影响,某隧道出口左右洞相继出现岩溶管道涌水,为探明出水位置附近底,,对隧道出口左洞底板出水位置进行。板以下岩溶管道分布情况年月日了地质雷达探测,为,。黔西县新田煤矿位于丘陵地带了加速当地经济发展在煤炭开采区域上方修建广场据当地地,,,,对广场地质勘察报告在地下范围内出现溶洞为了探明溶洞分布情况年月日区进行。地质雷达勘查在时间剖面上,地面干扰信号和仪器内部干扰信号能量较强,压制了地下溶洞有效反射信号,给资料。,。解释带来难度而滚动谱剖面技术能突出地下溶洞弱反射信号的变化从而达到识别地下溶洞的目的从探测结果看,滚动
7、谱剖面技术在溶洞探测方面,从分辨率和识别效果上相对时间剖面都得到较大提高。结论地质雷达技术是近几年发展很快的一种高新探测技术。,由在探测地下空洞等方面于解释技术不完,在实际。,,善工程应用中受到较大限制本文针对空洞探测的实际需要提出了滚动谱剖面技术利用该技术在解释空洞异常上,减小了外部各种干扰的影响,突出地下空洞的电磁波响应特征,给空洞资料的解释。提供依据“”。本研究获得国家科技支撑计划巧国家计划《拓的资助
