雷达波正演模拟研究及地质雷达在公路隧道地质超前预报中的应用

摘要

地质雷达是一种利用高频脉冲电磁波对地下介质分布进行探测的地球物理方法。它是一种非破坏性的原位探测技术，具有适应环境和抗电磁干扰能力强，探测深度和分辨率在工程中较满意，图像清晰直观等多方面优点，应用十分广泛。但目前对于剖面的解释只是停留在经验的层面上；如果用正演模拟雷达波在典型媒介中传播的波形特征解释现场探测雷达剖面，一方面有助于了解电磁波在不同介质中传播规律，挖掘雷达波更多有用信息，另一方面使得现场探测时参数选取更加合理。
　　 本文把连续的微分转变为离散的差分，并在变量空间建立起古典差分空间网格模型，从Maxwell方程的两个旋度方程出发，得到一维空间TM波时域有限差分方程。将Mur吸收边界条件加在有限的网格空间中来模拟电磁波在无限空间中的传播问题，解决了在网格空间截断边界处的强反射问题。从现场雷达探测剖面图中提取了典型媒质的地电模型，用Matlab7.0编写了地质雷达正演数值模拟程序进行模拟，将模拟雷达剖面图和现场探测雷达剖面图进行比较，验证了本文所建正演模型的合理性和程序的有效性。
　　 根据雷达探测理论，从探测能力、参数设置、数据处理和图像解释等方面进行了深入分析，理论结合实践，利用地质雷达对巩登高速北庄隧道进行了地质超前预报，将正演模拟雷达波波形特征和现场地质编录、钻探资料等相结合总结出雷达波在典型媒介中传播的波形特点，用于解释现场探测雷达剖面，提高了解释的精度和可靠性。从实际应用效果证明合理地应用地质雷达技术进行地质超前预报的可靠性，使工程真正意义上从超前预报中受益。