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1、第26卷第2期物探与化探Vol.26,No.22002年4月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATIONApr.,2002探地雷达探测地下管线的能力袁明德摘编(美国劳雷工业公司北京代表处,北京100020)摘要:这是作者摘编的有关探地雷达探测管线的一些资料。通过细致的实验,从中分析管线的粗细、材质、充填物、缺损情况及天线频率、噪音等对雷达图像的影响,对今后开展城市管线探地雷达调查工作会有所帮助。关键词:探地雷达;地下管线;模型;介电常数;解释中图分类号:P631.3文献标识码:A文章编号:1000-8918(2002)02-
2、0152-04如今的城市,地上车水马龙,地下管线纵横,说表2模型管道组份不定在你的脚下,就有1根水泥的下水管道或金属模型号管道材料充填物质液面/%的煤气管道通过,所以,管线探测对城市建设是必不1玻璃纤维空气100可少的,而且非常重要。2PVC空气1003金属空气100探地雷达是探测管线的有力工具,因为它施工4玻璃纤维苯100快捷、无损并能实时展示地下图像,适合在城市各种5玻璃纤维DNA100场合使用。唯一不足的是探地雷达很贵,用这样贵6玻璃纤维甲醛1007玻璃纤维空气/汽油50的仪器检测管道,当然应该保证得出满意的结果,显8玻璃纤维空气/DNA50
3、示其出类拔萃、与众不同。9玻璃纤维空气/甲醛50为得到好结果,工作要特别细心。首先应保证10玻璃纤维汽油/水5011玻璃纤维空气/水50采集尽量多的地下信息,然后作合理解释。为此,笔12玻璃纤维空气/盐水50者译编德克萨斯大学岩石圈研究中心曾晓轩(音13玻璃纤维空气/汽油70译)在1997年第3期GEOPHYSICS上刊登的论文:14玻璃纤维空气/汽油8015玻璃纤维空气/汽油90/95GPRcharacterizationofburiedtanksandpipes,参考16玻璃纤维空气/水100其中的思路和做法“,他山之石,可以攻玉”,或许会对今
4、后开展城市管线探地雷达调查有所帮助。表1,表2给出了文中所述各种实验所用材料1数字模型的物理特性。图1是1个管道横截面的数字模型及雷达记表1100MHz下各种材质的电性录,雷达波的入、反射路径用射线表示。图中模型管相对速度电导率材质介电常数m·ns-1ms·m-1Q粗3m,壁厚5cm,埋深1m,周土为粉质粘土,介电粉质粘土6.00.126.62常数6,中心频率200MHz,带宽200MHz,振幅刻PVC塑料3.30.161.347.3度160。图中可见管线的上下管壁在雷达剖面上留玻璃纤维4.80.141.6618空气1.00.3010-88下A,B
5、二组绕射波。由此我们可知,1根管道的雷10淡水800.0330.014800达图像应该是至少上下2组弧形的绕射波,上弧顶盐水800.03350000.01为管道顶,下弧顶为管道底。金属3000.0171010-810汽油1.940.2210-78102材质影响苯2.280.210-7810甲醇32.60.052340.9下面用物理实体模型对此加以检验,并根据充DNA聚合酶2.30.1910-7810填物的不同,考察雷达图像的变化(图2)。收稿日期:2001-07-252期袁明德:探地雷达探测地下管线的能力·153·图11根3m粗管道的雷达数字模型记
6、录图2管道中充填材质对雷达图像的影响图2a中,模型1、模型2管道的顶、底反射无多大差别,但第3根金属管道只有顶反射C而没有底反射F,这是由于金属管壁跟周围介质粉质粘土的介电常数比差很大(6.0/300),在上管壁发生了全反射,再没有能量传入下管壁之故。同时注意到,反射同相轴C与A,B是反相的,如果A,B是波峰—波谷—波峰的话,那么C是波谷—波峰—波谷,而且强度高,绕射弧延伸远。现在用1根玻璃纤维管道充填以苯、DNA氯化碳和甲醛(图2b)。首先注意到底反射G和H下移,使得管道的顶、底反射间隔拉长,这是由于充填物的介电常数大于空气的,使得雷达波的传播速
7、度减小,因而尽管管道仍然一样,但雷达波穿过所花的时间拉长了。另外,充填甲醛的6号管没有底反射,这是由于甲醛具有高导电率,大介电常数,低Q,反射类似金属表面,所以也出现反相同相轴,只是反射图3不同液体在雷达反射记录上的响应强度略低于金属,绕射弧度的长度也略短于3号金图3a中的强,其次是底反射下移,时间增大,这是由属管绕射。于雷达波在水中随速度降低而走时增加所引起的。3管线中液体的影响4不同频率天线的响应图3反映了管线中充填50%不同液体的雷达以上是用同种天线对不同管道所做的实验记记录。图3a中,模型7、8尽管介电常数相差20%,录。如果改变天线频率,
8、记录有何不同呢?图4反但液面反射强度差别不大(A,B),而模型9(甲醛)的映不同频率天线对雷达记录的影响,可见随着天线上反
