Диссертация (1103043), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В желтом прямоугольнике уточненное положение выработки поданным георадиолокации.На рис. 1.11 радарограмма профиля в изображении минимумов имаксимумов отраженного сигнала при максимальной мощности передатчика.На рис. 1.12, тот же профиль, но с длительностью импульса в четыре разаменьше.45АВРис. 1.11. Радарограмма георадарного профиля с передатчиком длинойимпульса 20нс и мощностью А - 1 МВт, и В - 0,1МВт.Рис. 1.12. Радарограмма георадарного профиля с передатчиком мощности1мегаватт и длиной импульса 5 нс46Анализэкспериментальныхданныхпоказывает,чтовыработки,заполненные рассолом, прослеживаются на радарограммах с соответствующейсменой полярности сигнала за счет отражения от более проводящей, близкой кметаллам по проводимости среды, на достаточно большом расстоянии от местасъемки до расстояний свыше 80 метров.
При этом видно, что при длинеимпульса5нспредельноерасстояние,позволяющеерегистрироватьотраженный сигнал, сокращается на 15 метров. Таким образом, приуменьшении длины импульса в четыре раза, глубина зондирования упалапримерно на 20%. В эксперименте удалось зафиксировать и длину не толькоближайшей, но и следующей затопленной выработки, что позволяетрегламентироватьприменениетехнологиигеорадиолокационногозондирования при планировании горных работ.Рассмотримрезультатыгеорадиолокационногоисследования,проведенного над старыми угольными выработками в Австралии.
Картаместности и схема эксперимента показаны на рис. 1.13. Профили располагалисьперпендикулярно спаренным проходческим тоннелям, диаметром 4 метра,которые находились на расстоянии 30-35 метров друг от друга по обе сторонывыработки.А47тоннелиБРис. 1.13. Карта местности (А) и схема (Б) георадиолокационногоисследования старых угольных выработок, Австралия. Стрелками показаноперемещение георадара по профилюА48ВРис. 1.14. Волновая форма и радарограмма над старыми выработками вамплитудном, цветовом представлении профиля, А – передатчик 15кВ,антенны 2 метра, длина импульса 20нс; В – то же, с передатчиком 5кВ иантеннами длиной 4 метраИз соответствующих маркшейдерских данных было известно, что глубинавыработки и проходческих тоннелей от поверхности, по которой перемещалсяприбор, составляла 40 метров.Как видно на рис.1.14,результаты экспериментальныхданныхсущественно зависят от конфигурации прибора.
Получаемая дифракционнаякартина определяется в том числе спектральным составом и мощностьюзондирующего импульса. Например, если на рисунке 1.14А, полученном спередатчиком 15кВ и антеннами 2 метра видна только область выработки засчет выраженной разницы электрофизических характеристик разного поплотности грунта, то на рисунке 1.14В, полученном с передатчиком 5кВ иантеннами 4 метра, видны отражения от сводов шахт, ослабление грунта надвыработкой и другие существенные детали подповерхностной структуры.Отображаемая на радарограмме локализация выработки и тоннелей попрофилю полностью соответствует схеме горных выработок.
На раннихвременных задержках проявляются отражения, обусловленные границей49области просадки грунта над выработкой. Полученные данные георадарногопрофилирования над старыми выработками с антеннами длиной 4 метра (рис.1.14В) показали, что отраженный сигнал, состоящий из поля импульсногосигнала, распространяющегося от границы раздела сред и поля возмущения отнеоднородностей (транспортных каналов и старой выработки) имеет болеесложную картину, чем картина дифрагированных волн в высокочастотномприближении,описываемомгеометрическойоптикой.Чтобыглубинынаблюдаемых границ тоннелей на радарограмме, совпадали с известной понезависимымизмерениямглубинамзалеганиятоннелейивыработки,эффективная действительная часть диэлектрической проницаемости должнасоставить1,76.Приэтомгорнымпородамнаместеисследования,представленных сухим песчаником, соответствует значение стационарной ДПравное 3 [20].
Объяснить такое низкое значение полученной в эксперименте ДПсложно, если опираться на данные лабораторных исследований измерения ДП.Однако такое объяснение можно найти при учете дисперсии диэлектрическойпроницаемости. Действительно, в модели дипольной поляризации с инерциейимпульс при распространении разделяется на две части, распространяющихся сразной скоростью и растягивается по шкале временных задержек, причемфронт импульса распространяется со скоростью, сравнимой со скоростьюсвета. В то же время именно высокочастотные составляющие вблизи фронтаимпульса обеспечивают разрешающую способность метода георадиолокации иотображаютграницымалыхнеоднородностей,малоконтрастныхдлянизкочастотных составляющих.
Таким образом, для правильной оценкиглубины по картине регистрируемого сверхширокополосного импульсногосигнала, описывающего неоднородность, применяемое усредненное значениедиэлектрической проницаемости может быть существенно меньше егостационарного значения.50Основными приемами обработки данных в таком случае становятсяприемы вычитания огибающей и выделение высокочастотной составляющейвблизи переднего фронта.Характерные времена процессов, связанных с электронной поляризацией,на несколько порядков меньше времен для дипольной (ориентационной)поляризации.
Динамический диапазон имеющихся на сегодняшний деньгеорадаров не позволяет получить уверенные результаты подтверждающие,явным образом, эффект появления окон прозрачности для некоторых участковспектра, хотя проявление высокочастотных составляющих в спектрах сигналана больших временах задержек наблюдается регулярно.Эффекты,связанныеспоявлениемоконпрозрачностинадместорождениями углеводородов, приведены в достаточно большом количестверабот и, в частности, в [24] предлагаются различные механизмы возникновениятаких окон, в том числе за счет появления электронных и ионных потоков. Вэтомслучаеэлектроннойдисперсиясредыполяризациейсдиэлектрическойпозволяетпонятьпроницаемостьюэффектпоявлениясоконпрозрачности.
Возможно, электронные и ионные потоки в средах усиливаютэффект электронной поляризации.Результаты расчетов изменения формы затухания импульса в средах сэлектронной поляризацией (рис. 1.9) могут помочь в объяснении эффектовпоявления окон прозрачности для высоких частот и исследовании изменениячастотного диапазона окон прозрачности и их ширины в различных средах сизвестными характеристиками.Выводы главы 1Получение максимально наглядных проявлений дисперсии в упрощеннойпостановке задачи было одной из целей работы. Были получены точныерешения задачи распространения сверхширокополосного импульсного сигналав одномерном приближении для трех распространенных в природе видовдиэлектрической проницаемости. Они представлены в виде интегралов от51параметров среды и начальных характеристик импульса.
Такого типа решенияполучались неоднократно и обобщены, например, в работе Вайнштейна [2].Отличие представленного в данной работе решения от известных, во-первых вучетеболеереалистичныхмоделейдиэлектрическойпроницаемостианализируемых сред, для некоторых из которых были известны толькоасимптотики, а во-вторых, в том, что для описания импульса, включенного вначальный момент времени использовалось преобразование Лапласа, болееестественное при формализации такой задачи, что в итоге привело к получениюаналитического выражения для подынтегральной функции, существеннооблегчившее численные расчёты.ПрименениепреобразованияЛапласапомогаетнайтирешенияаналитических функций по их полюсам и разрезам.
Полученные точныерешениязадачиводномерномприближениидлятрехнаиболеераспространенных моделей диэлектрической проницаемости демонстрируютсложную зависимость поведения сигнала при распространении от временныххарактеристик приложенного поля и выбранной модели поляризации.Распространение волны внутри однородного диэлектрика при падении нанего электрического поля, представляющего собой единичную ступеньку(функцию Хевисайда) зависит от выбранной модели поляризации.Исследовано затухание сигнала при увеличении длительности импульсапри проведении эксперимента георадиолокационного зондирования в соляныхшахтах при низкой проводимости. Экспериментально показано, что увеличениедлительности сверхширокополосного импульса без увеличения его амплитудыспособствует увеличению глубины зондирования.При распространении сигнала в среде с дипольной поляризацией синерцией сигнал разбивается на две составляющие (фронт и «главная часть»импульса [2]), перемещающиеся с разной скоростью.
В эксперименте позондированиюослабленныхсухихгрунтоввАвстралииобнаруженоувеличение скорости распространения сигнала по сравнению с ожидаемой52скоростью, определяемой традиционным способом по стационарному значениюдиэлектрической проницаемости, полученному в лабораторных экспериментахи приведенных в справочниках [12].Для сред с электронной поляризацией результаты расчетов подтвердиливозможность появления окон прозрачности для высоких частот.С помощью разработанного алгоритма промоделировано асимптотическоеповедение сигнала при больших характерных временах распространения.53Глава2.Исследованиесверхширокополосноговзаимодействияимпульсногосигналасдиэлектриком, имеющим проводимость2.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
