探地雷达方法原理及应用PDF电子书下载

第1章 探地雷达的基本理论 1

1.1 电磁波传播基本规律 1

1.1.1 麦克斯韦方程组 1

1.1.2 本构关系 1

1.1.3 探地雷达方法中电磁波的波动性 3

1.1.4 电磁波的横波性质 4

1.1.5 能流密度矢量 5

1.1.6 电磁位函数 6

1.2.1 理想介质中的平面波 8

1.2 平面电磁波 8

1.2.2 导电媒介中的平面波 14

1.2.3 平面波的极化 17

1.2.4 平面波的反射和透射 20

1.2.5 多层介质表面的正入射 27

1.2.6 色散和群速 30

参考文献 32

第2章 介质的电性质和电磁波的传播参数 33

2.1 介质的介电常数 33

2.1.1 电介质的极化和介电常数 33

2.1.2 矿物的介电常数 34

2.1.3 岩石的介电常数 35

2.1.4 土壤的介电常数 37

2.1.5 植被的介电常数 38

2.2 电性参数与频率关系 39

2.2.1 岩石的电阻率和介电常数与电磁场频率的关系 39

2.2.2 探地雷达“平台” 41

2.3 电磁波传播参数与介质电性质关系 42

2.3.1 电性参数对相速度的影响 42

2.2.2 电性参数对衰减系数的影响 46

参考文献 49

第3章 探地雷达天线 50

3.1 天线基本元的辐射 51

3.1.1 近场区 52

3.1.2 远场区 52

3.1.3 中间区 54

3.2 天线的基本参数 55

3.2.1 效率 55

3.2.2 输入阻抗 56

3.2.3 辐射方向图（波瓣图） 56

3.2.4 方向系数 57

3.2.5 极化 58

3.2.6 增益系数 59

3.2.7 有效长度 59

3.2.8 工作频带宽度 60

3.2.9 接收天线的电参数 61

3.3 探地雷达的天线类型及辐射形式 61

3.3.1 天线在探地雷达系统中的作用 61

3.3.2 简单的探地雷达辐射系统——线天线 62

3.3.3 从线性天线到圆锥形天线、领结形天线、圆柱形天线 65

3.4.2 3101D型天线 67

3.4 常见探地雷达天线 67

3.4.1 5100型天线 67

3.4.3 MODEL 5103型天线 68

3.4.4 5106型天线 68

3.4.5 3207和3207A型天线 68

3.4.6 3200 MLF型低频天线 69

3.4.7 Subecho-40和Subecho-70天线 69

3.4.8 4108型角形天线 69

参考文献 70

4.1.1 探地雷达系统的信号调制方式 71

第4章 探地雷达仪器系统和工作方法 71

4.1 探地雷达仪器系统 71

4.1.2 时间域探地雷达 73

4.1.3 步进频率探地雷达（SFGPR） 77

4.1.4 脉冲探地雷达和步进频率探地雷达的比较 79

4.2 探地雷达的测量方式 80

4.2.1 反射测量方式 80

4.2.2 折射测量方式 83

4.3 探地雷达野外测量设计 84

4.3.1 探地雷达适用性评价 85

4.3.2 目的体特性与所处环境分析 90

参考文献 94

第5章 钻孔雷达 96

5.1 钻孔雷达的发展历史及现状 96

5.2 钻孔雷达的原理 97

5.3 单孔反射测量 99

5.4 跨孔测量 101

5.4.1 跨孔反射分析 101

5.4.2 层析成像分析 101

5.5 井-地测量 105

5.6.1 极化的原理 108

5.6 极化钻孔雷达测量 108

5.6.2 极化天线的实现 109

5.6.3 极化钻孔雷达的测量系统 110

5.6.4 极化钻孔雷达的刻度 111

5.7 定向钻孔雷达 121

5.7.1 定向接收天线方式 121

5.7.2 定向发射天线方式 123

5.8 钻孔雷达的应用实例 124

5.8.1 南非深部金矿的探测 124

5.8.2 冰川学（Glaciology）研究 127

5.8.3 确定煤层采空区 127

5.8.4 水文地质特征 130

5.8.5 地下裂缝分布的探测 131

参考文献 135

第6章 探地雷达数据处理与解释 138

6.1.3 测线方向一致化 139

6.1.2 废道剔除 139

6.1.4 漂移处理 139

6.1 数据编辑 139

6.1.1 数据合并 139

6.2 常规处理 141

6.2.1 数字滤波的原理 141

6.2.2 反滤波（反褶积） 144

6.3 偏移处理 156

6.3.1 偏移归位的概念 156

6.3.2 绕射扫描叠加 156

6.3.3 相移偏移方法 157

6.3.4 克希霍夫积分偏移方法原理 161

6.4.2 道内均衡 163

6.4 雷达图像的增强处理 163

6.4.1 振幅恢复 163

6.4.3 道间均衡 164

6.5 探地雷达资料解释 164

6.5.1 时间剖面的解释方法 165

6.5.2 雷达波速度的求取 166

参考文献 167

第7章 探地雷达的数值模拟 168

7.1 射线追踪法 168

7.1.1 方法原理 169

7.1.3 雷达波的衰减问题 172

7.1.4 数值模拟计算 172

7.1.2 收敛性问题 172

7.1.5 应用实例 173

7.2 有限元法 175

7.2.1 雷达波和地震波之间运动学规律的对比 175

7.2.2 雷达波有限元正演模拟的实施 176

7.2.3 数值模拟 178

7.3 时间域有限差分（FDTD）法 181

7.3.1 FDTD基本原理 181

7.3.2 解的稳定性及数值色散 188

7.3.3 吸收边界条件 193

7.3.4 FDTD中常用激励源 195

7.3.5 计算实例 203

参考文献 206

第8章 探地雷达应用 207

8.1 探地雷达在交通建设和维护中的应用 207

8.1.1 公路质量的探地雷达检测 207

8.1.2 隧道掌子面前方地质情况预报 209

8.1.3 隧道衬砌质量检测 211

8.2 探地雷达在水利工程质量探测中的应用 213

8.2.1 堤坝蚁巢、洞穴的探地雷达探测 213

8.2.2 水坝渗漏的探地雷达探测 214

8.3 探地雷达在城市建设与规划中的应用 215

8.3.1 地下管线探测 215

8.3.2 人防工程探测 216

8.3.3 地下结构物探测 217

8.4 探地雷达在灾害地质评价和监测中的应用 218

8.4.1 工程建筑场地下岩溶的探地雷达探测 219

8.4.2 采空区探地雷达探测 220

8.4.3 滑坡面的探地雷达探测 221

8.4.4 断层的探测 223

8.5.1 地下水污染调查 225

8.5 探地雷达在环境研究中的应用 225

8.5.2 垃圾掩埋场地选址与调查 226

8.5.3 地下废弃物调查 226

8.5.4 油气污染的监测 228

8.6 探地雷达在农业地质探测和研究中的应用 229

8.6.1 碱化层厚度探测 229

8.6.2 洪积扇区砾石层厚度探测 233

8.7 探地雷达在考古和军事探测中的应用 234

8.7.1 考古中的应用 234

8.7.2 军事中的应用 237

参考文献 238