电磁法（地质雷达）实验
实验类别：验证性实验
实验学时：2学时
实验地点：地球物理模型实验室 地质宫113室
实验依据：《水文地质物探》教学大纲
一、实验目的
1.学习地质雷达的基本原理和基本操作方法。
2.经过对地下管线、钢筋、空洞等目标体的地质雷达探测，了解目标体异常的地质雷达剖面特征。
3.学习对雷达剖面的分析方法，学习对地质层位的对比、对地层、异常体埋藏深度的计算方法。
二、实验原理
地质雷达是浅层地球物理勘探中的重要方法之一，它在浅层工程地质勘查中起着十分重要的作用。地质雷达是利用高频电磁波束在界面上的反射探测有关目的物。
地质雷达的系统主要由四部分组成：(1)脉冲发生器，用于产生可重复的发射脉冲；(2)发射天线与接收天线，用于发射和接收电磁波；(3)取样接收与模数转换器，用于进行模拟信号到数字的转换；(4)主控制器，用于完成信号的采集和显示过程。
发射天线和接收天线紧靠地面，发射天线发射的电磁波传入大地，电磁波在地下传播过程中遇到介质的电性分界面后便发生反射或折射，反射回地面的电磁波被接收天线所接收。不同介质介电常数不同，形成电性界面，根据回波讯号的特征及其传播时间可判断电性界面的形态和埋深。
图4--1 地质雷达探测原理描述及异常体地质雷达图像
雷达波由发射天线发射到被接收天线接收所需要的往返时间为：
式中，x为发射天线与接收天线间的距离，Z为反射界面的深度，v为电磁波在介质中的传播速度。由于在测量中发射天线和接收天线间的距离x是固定的，且较小，因此上式可简化为：t=2z/v ，式中电磁波传播速度，[c为光速（c»0.33 m/ns）；er为地下岩层的相对介电常数]。
三、实验仪器
1.SIR-2型地质雷达主机；2.900MHz天线；3.500MHz天线；4.低频天线；5.电缆；6.12V电瓶。
四、地质雷达使用方法
1．SIR—2系统硬件的连接
SIR—2型地质雷达基本连接方式有二种，对应着二种不同类型的天线，见图4-2、图4－3所示。
图4-2 高频天线的连接示意图
图4-3 低频天线连接示意图
2．SIR—2系统的基本操作
(1) 选择合理的天线
天线的选择是根据要探测的异常体可能的埋深和最小尺度来确定。在粘土层较厚的地区，要尽可能使用100MH z加强天线或低频分离天线；对公路、混凝土建筑物的检测应使用500MHz或900MHz天线。
(2) 基本操作步骤
SIR—2型地质雷达工作参数有两种配置方法，一种为自动配置（AUTOMATIC），另一种为手工配置（MANUAL）。在自动方式下，菜单中的各项工作参数由主机根据所选用的天线频率自动配置；手工方式是操作人员对已配置的参数根据需要进行重新选定。操作步骤如下：
（1）按“POWER”键启动电源。
（2）按“←”键进入配置菜单，根据已连接的天线的中心频率按箭头键移动亮条到所选项。
（3）按“ENTER”键确认。
（4）当天线参数配置完后，地质雷达进入调整窗口，屏幕左上方显示雷达图像，左下方显示功能菜单，屏幕右侧显示单扫描线，根据单扫描的振幅、时窗长度情况，按箭头键进一步调整采集参数并设置硬盘为“on”状态。
（5）当采集参数调整完后，由1～2人移动雷达天线，同时按“COLLECT”键启动数据采集。
（6）数据采集期间，图像在雷达屏幕上移动，按“PLAYBACK”键停止数据采集，按箭头键将屏幕左下方功能菜单中的加亮条移动到“Goto setup”项并按“ENTER”键确认，结束采集过程。
（7）数据采集完，按“POWER”键关闭电源，拆卸电缆和天线。
五、实验内容
1．采用900MHz天线沿模型室走廊墙壁测量，测量方法为剖面法，确定墙壁内部空洞、电缆等异常的分布数量位置和埋藏深度。
2．采用500MHz天线在地质宫二楼地板上测量，确定混凝土内钢筋的分布及其异常特征。
3．采用500MHz天线在地质宫院内马路上测量，确定马路的介质结构分层情况和地下管线在雷达剖面上的形态特征。
六、实验报告
1．简述地质雷达的基本原理和应用范围。
2．简述地质雷达天线的作用。
3．填写下表：