تئوری روش ژئورادار

-کلیات

اصول و مبانی تئوری روش ژئورادار، شباهت­های بسیاری با لرزه­نگاری انعکاسی دارد. موج به­کار گرفته شده در روش لرزه­نگاری مکانیکی و از نوع امواج صوتی است، ولی در GPR از امواج الکترومغناطیس فرکانس بالا استفاده می­شود. در سال ۱۹۰۴ برای اولین بار هولسمیر محقق آلمانی ایده استفاده از امواج الکترومغناطیس فرکانس بالا جهت بررسی­های زیر سطحی را ایجاد کرد. استفاده از این ابزار از سال ۱۹۵۶ آغاز شد و از سال ۱۹۷۰ به بعد توسعه یافت. دستگاهای GPR از دهه ۱۹۸۰ به صورت تجاری در دسترس بوده و به­کارگیری آنها از اواسط دهه ۱۹۹۰ به شدت افزایش یافته است. گستره وسیع کاربردهای این روش به­علاوه قدرت تفکیک بالای آن، سرعت در برداشت داده­ها و همچنین غیر مخرب بودن آن را می­توان از دلایل توسعه آن در این سال­ها نام برد.
ژئورادار برای مکان­یابی پدیده های زیرسطحی و یا پیوستگی جانبی سطح مشترک خاک و سنگ در اعماق کم بکار می­رود. در این روش امواج رادیویی با فرکانس بسیار بالا (انرژی الکترومغناطیس) به درون زمین ارسال میشود و این امواج با برخورد به اشیاء و یا مرز نسبتاً واضح بین لایه­ های زیرزمینی بازتاب می­کند و توسط دستگاه به صورت نگاشت ثبت می­گردد. ­­
بازتابش­های رادار بوسیله تفاوت گذردهی الکتریکی (ثابت دی­الکتریک) بین موادی که امواج الکترومغناطیس را از خود عبور می­دهند، ایجاد می­گردد. امواج الکترومغناطیس هنگام برخورد به ناپیوستگی­های الکتریکی درون لایه­های زمین قسمتی بازتاب یافته و قسمتی به درون لایه­های زیرین نفوذ می­کند تا در نهایت موج مستهلک می­گردد. زمان رفت و برگشت امواج الکترومغناطیس منعکس شده از سطح مشترک اهداف زیر سطحی اندازه­گیری شده و با معلوم بودن سرعت امواج الکترومغناطیس موقعیت هدف در زیر زمین بر روی مانیتور دستگاه به صورت مقطع رادار به نمایش در می­آید. بنابراین مقطع رادار بیش از آنکه چگالی را به نمایش در آورد، ویژگی الکتریکی زمین را نشان می­دهد.
امواج الکترومغناطیس ژئورادار از موادی که هدایت الکتریکی کمی دارند عبور می­کند، اما هنگام عبور از مواد با هدایت الکتریکی بالا مانند رس­ها، خاک­های آلی اسیدی و مواد اشباع با آب شور به شدت جذب می­شود. مقدار نفوذ عمقی GPR به مقدار امواج عبور شده از زمین بستگی دارد. نفوذ امواج رادار توسط آب زیرزمینی و درصد بالای رس کاهش می­یابد. بهترین کارآئی GPR در خاک­های ماسه­ای خشک می­باشد.
امتیاز بالقوه GPR در به نقشه درآوردن شرایط زیر سطحی طبیعت غیر مخرب آن است. در این روش هیچ نیازی به حفاری گمانه و یا سوراخ کردن خاک نمی­باشد، در حالیکه تکنیک­های مخرب، هزینه­بر، زمان بر و اساساً از بین برنده ساختار ناحیه نمونه­گیری و اطلاعات آن می­باشد. علاوه بر آن، پیمایش­های GPR سریعتر و اقتصادی­تر بوده و دقت فضایی بیشتر و بهتری را نسبت به روش­های متداول دیگر فراهم می­کند. این روش قابلیت تهیه اطلاعات زیرسطحی از عمق چند سانتیمتر تا چند ده متر را دارد.

 اجزای دستگاه GPR و نحوی کار

همان­طور که در شکل۲ دیده می­شود، دستگاه GPR دارای یک مولد سیگنال، یک فرستنده و یک گیرنده می­باشد. امواج الکترومغناطیسی توسط فرستنده به داخل زمین فرستاده می­شوند. بخشی از انرژی امواج در برخورد با فصل­مشترک­های زیرسطحی منعکس و یا پخش و بخشی از انرژی در لایه­ها و یا اشیاء مدفون نفوذ می­کند. مؤلفة الکتریکی امواج الکترومغناطیس (E) به عنوان یک تابع پیمایش زمانی توسط گیرنده ثبت می­شود. گیرنده ممکن است توانایی ذخیره و رقمی کردن داده­ها، را داشته باشد. بعضی سیستم­های پیشرفته به همراه یک رایانه بوده که پردازش داده­ها به هنگام برداشت و بعد از آن را ممکن می­سازند. انعکاس (بازتاب) و انکسار امواج الکترومغناطیسی در فصل مشترک­های بین لایه­ها و اهداف، که اختلاف در خواص الکتریکی دارند صورت می­گیرد. گذردهی دی­الکتریکی(ε) و هدایت الکتریکی (σ) پارامترهای فیزیکی تعیین کننده در انعکاس­پذیری امواج از فصل­ مشترک­ها می­باشند.

مطالعات ژئورادار جهت شناسایی عوارض زمین

شکل(۲): اجزاء دستگاه GPR

برای ارسال و دریافت امواج GPR آنتن­های باند گسترده مورد استفاده قرار می­گیرند. انتشار امواج الکترومغناطیس در سنگ مشابه انتشار امواج لرزه­ای می­باشد. با وجود این چندین اختلاف اساسی بین آنها وجود دارد. توجه به این نکات در انجام عملیات صحرائی و پردازش داده­ها، بسیار با اهمیت است.

پردازش داده­های GPR

به­طور کلی پردازش داده­های ژئوفیزیک به منظور غلبه بر محدودیت­های ذاتی و نوفه­های موجود در داده­های خام، صورت می­پذیرد. روش GPR نیز از این قاعده مستثنی نیست و حتی در پاره­ای از مطالعات بدون اعمال پردازش­های مناسب، دستیابی به هدف مورد نظر غیر ممکن به نظر می­رسد. دامنة پردازش­های به کار رفته بر روی داده­ها توسط پارامترهای مختلفی کنترل می­شود. در برخی از مطالعات ممکن است حتی از اعمال پردازش­های ابتدایی بر روی داده­ها خودداری شود و در پاره­ای از آنها دامنة وسیعی از پردازش­ها بر روی داده­ها صورت پذیرد.
 به طور معمول در مرحله اول داده ها ویرایش می­شوند. در این مرحله تصحیح، تصحیح صفر زمانی، معکوس کردن جهت پروفیل­ها، پیوند فایل­ها، حذف ردهای تکراری و اضافه کردن آنها در ایستگاه­هایی که برداشت صورت گرفته، ویرایش پارامترهای برداشت از قبیل فرکانس مرکزی، فاصلة آنتن­ها صورت می­پذیرد.
در مرحله بعدی ویرایش داده­ها، اعمال فیلتر­های مناسب نوفه­ها حذف می­شوند و در نهایت به واسطة اتلاف و پخش هندسی امواج الکترومغناطیس، بازتاب­های در اعماق بیشتر، بسیار ضعیف­تر هستند.

مطالعات ژئورادار (gpr)در مشهد جهت شناسایی قنواتشکل۳: مطالعات ژئورادار توسط دستگاه GPR

شرکت زمین ساخت پویان زمان پروژه های موفقی را در زمینه اکتشاف حفرات و قنوات واکتشاف تاسیسات زیر سطحی در سطح استان خراسان توسط روشهای ژئورادار(GPR) انجام داده است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

این قسمت نباید خالی باشد
این قسمت نباید خالی باشد
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
شما برای ادامه باید با شرایط موافقت کنید

فهرست