基于GPRSIM的水下砂层探地雷达正演

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1、第３９卷第６期物探与化探Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．６２０１５年１２月ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＤｅｃ．，２０１５ｄｏｉ：１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１５．６．２６谢磊磊，蒋甫玉，常文凯．基于ＧＰＲＳＩＭ的水下砂层探地雷达正演［Ｊ］．物探与化探，２０１５，３９（６）：１２５７－１２６０，１２６６．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１５．６．２６ＸｉｅＬＬ，ＪｉａｎｇＦＹ，ＣｈａｎｇＷＫ．ＦｏｒｗａｒｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｓａｎｄｂａｓｅｄｏｎＧＰＲＳＩＭｓｏｆｔｗａｒｅ［Ｊ］．Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃ

2、ａｌａｎｄＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０１５，３９（６）：１２５７－１２６０，１２６６．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１５．６．２６基于ＧＰＲＳＩＭ的水下砂层探地雷达正演谢磊磊，蒋甫玉，常文凯（河海大学地球科学与工程学院，江苏南京２１００９８）摘要：基于水和岩土介质的介电常数差异，应用ＧＰＲＳＩＭ软件研究在不同水深条件下二层介质的雷达响应特征。一般情况下，雷达天线频率为５０ＭＨｚ时，勘探深度可达到１０ｍ左右。根据南京长江二桥桥址区的地质资料，建立含有水、淤泥质粉质黏土、粉细砂、砂砾卵石以及砾岩的水下砂体模型，并应用ＧＰＲＳＩＭ软件对该模型进

3、行正演研究。研究结果表明，天线频率为５０ＭＨｚ、水深不超过４ｍ时，雷达影像能够较好地反映出水下各岩层的赋存状态，特别是能够圈定出水下砂层的厚度和分布范围，这为实际水下砂体的勘探提供了重要的理论依据。关键词：探地雷达；ＦＤＴＤ；正演；ＧＰＲＳＩＭ软件；水下砂层；工程勘察中图分类号：Ｐ６３１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－８９１８（２０１５）０６－１２５７－０４砂是一种再生速度缓慢的资源，随着城镇化建度和分布范围的勘察。设的快速发展，各类基础设施和重大工程建设方兴探地雷达的正演方法主要有基于物理光学为基［２１］未艾，作为混凝土细骨料的砂，其需求量与日俱础的绕射迭代法和基于几何光学的射线追踪法。［

4、１２］增。因为砂矿资源主要赋藏于水下，所以对水笔者利用ＧＰＲＳＩＭ软件，采用基于几何光学的射线下砂体进行有效的勘探，探明砂层的储量和分布范追踪法，利用时域有限差分（ＦＤＴＤ）法直接求解依［３４］［２２］围显得尤为重要。目前，对水下砂体的勘察常赖时间的Ｍａｘｗｅｌｌ旋度方程。ＦＤＴＤ是一种求解采用水上钻探和静力触探相结合的方法；但是在水场值问题的时域数值计算方法，由Ｋ．Ｓ．Ｙｅｅ在２０世上搭建操作平台时具有危险性，且由于测点布置少、纪６０年代提出，其原理是在直角坐标系里建立矩形不连续，难以据此确定水下砂体的准确厚度和连续差分网格取代旋度方程中的微分式，并在一段时间［５］分布范围，因此，开展快速有

5、效地探测水下砂层的和一定体积内对连续电磁场的数据取样压缩。［２３］研究是促进我国城镇化建设重中之重的一个环节。ＦＤＴＤ具有计算过程比较简单、结果直观等特点，探地雷达具有仪器轻便、操作简单、分辨率高、在探地雷达正演计算中应用广泛。［６８］连续检测等特点，在浅水域能较好地反映地层笔者首先探讨不同水深条件下二层介质的探地界面和岩土体分布范围，为工程设计施工提供准确雷达响应，然后结合南京长江二桥桥址区的砂体分［９１０］的地质资料。目前，探地雷达在冰川探测，岩土布状况，在保留介质参数和地层厚度比例不变的情［１１１２］工程勘察与地质勘探，公路、桥梁质量检况下，简化实际模型，建立水下砂源模型并进行正演［１３

6、～１５］［１６］测，堤坝、库岸检测，城市基础设施探计算，进一步地探讨水下砂层探地雷达影像的基本［１７１８］［１９］［２０］测，隧道超前地质预报和考古探测等领特征。域已得到广泛应用，但将其应用于水下砂层分布范１ＧＰＲＳＩＭ正演计算的基本原理围及厚度的探测，目前国内外还未见相关文献报道。众所周知，厘清探地雷达波场与场源的对应关系是ＣＰＲＳＩＭ软件为美国劳雷工业公司生产的探地进行反演的基础，因此，本次研究的重点就是分析水雷达时域仿真软件，其计算原理为时域有限差分法，下砂体雷达影像图特征，以实现该方法对砂体的厚天线频率为５０～２０００Ｈｚ。该软件具有建模简便、参收稿日期：２０１４⁃１２⁃１６基金项目：

7、江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２０１４０８４４）；江苏省地质矿产勘查局科研技改项目（２０１４⁃ＫＹ⁃１５）·１２５８·物探与化探３９卷数设置简单、射线路径显示、垂直水平极化、偏移处２不同水深的二层介质的探地雷达响应理、结果直观等特点。采用ＦＤＴＤ法对水下砂层模型进行正演计算时，需要设定工程区域为一个无源不同的介质具有不同的介电常数（ε）。由于水ｒ区域，并且该区域的各层介质参数各向同性且不随的ε比一般