Применение георадара «Лоза», опыт эксплуатации.

Перед началом работы необходимо уточнить задачу георадарного обследования, режим работы, настройки и методику решения задачи.

4.1. Конфигурация прибора.

В первую очередь, исходя из задач обследования, необходимо определиться с размером антенн. В стандартный комплект антенн среднечастотного (50-300 МГц) георадара «ЛОЗА-В» входят антенны 30 см (400 МГц), 100 см (200 МГц) и 150 см (100 МГц). В качестве дополнительной опции, предлагается антенна 300 см (50 МГц). В стандартную комплектацию низкочастотного (1-50 МГц) георадара «Лоза-Н» входит антенна 300 см (50 МГц), 600 см (25 МГц) и антенна 1000 см (15 МГц), как дополнительная опция. Выбор антенны определяет центральную частоту спектра широкополосного зондирующего сигнала.  Центральная частота сигнала определяет два основных параметра зондирования. Чем ниже частота, тем меньшему затуханию подвержен сигнал в грунте и тем  с большей глубины,  возможно, получить отражения зондирующего сигнала. Чем выше частота,  тем большему затуханию подвержен сигнал. С другой стороны – чем выше частота, тем меньше длина волны и тем выше разрешение мы можем получить при зондировании. Чем ниже частота, тем больше длина волны и хуже разрешающая способность зондирующего сигнала. Выбор антенны – это всегда дилемма между максимальной глубиной зондирования и разрешающей способностью. При выборе длины антенны можно руководствоваться следующим правилом – во сколько раз мы увеличиваем длину антенны (длину волны), примерно, во столько же раз увеличится максимальная глубина зондирования и ухудшится разрешающая способность.

 

Фото 4.1.1. Георадар «Лоза-В» с антеннами 30 см и 300 см.

Для условных «среднестатистических» грунтов средней полосы России (легкие суглинки средней влажности) можно назвать примерные максимальные глубины зондирования различными типами антенн.

№	Длина	Частота	Глубина
1	30 см	400 МГц	1-1,5 метра
2	100 см	200 МГц	3-5 метров
3	150 см	100 МГц	5-10 метров
4	300 см	50 МГц	20-30 метров
5	600 см	25 МГц	60-80 метров
6	1000 см	15 МГц	100-120 метров

 

В условиях работы в более сложных грунтах (влажные глины, минерализация грунтовых вод) максимальные глубины будут меньше. В легких грунтах (песчаные грунты, торфяники, вечномерзлые грунты) максимальная глубина зондирования увеличится.

При сборке прибора, необходимо учитывать, что расстояние между антеннами должно быть равно, примерно, длине антенны. Для антенн 30 – 150 см расстояние между антенн фиксируется положением ручки. При работе с длинными антеннами 300, 600 и 1000 см сборка осуществляется без рамы, а положение антенн фиксируется рулеткой, установленной на нужную длину (3, 6, 10 м). Помощники оператора, которые передвигают антенны, держат концы рулетки в руках. Расстояние между антеннами можно незначительно увеличивать или уменьшать, относительно рекомендованного расстояния. На расстояниях, меньших, чем длина антенны, улучшится детализация, и разрешение в верхней части диапазона глубин, доступных для выбранного типа антенн. Увеличение расстояния приведет к улучшению разрешения в нижней части диапазона глубин антенны.

Вторым параметром, определиться с которым, необходимо до начала работы, является развертка. Развертка – это фиксированное время, в течение которого приемник георадара принимает отраженные сигналы. Настройка этого параметра ни как не связана с глубиной зондирования. От развертки зависит, будут ли зарегистрированы все отраженные сигналы в отведенный промежуток времени. В георадарах моделей «Лоза-В, Н» запрограммированы четыре основных развертки 256, 512, 1024 и 2048 наносекунд. В первых моделях «Лозы-Н» была предусмотрена развертка 4096 наносекунд. Выбор оптимальной развертки связан с максимальной глубиной зондирования, достижимой в данных конкретных условиях с выбранными антеннами. Оптимальность выбора развертки проще всего проверить с помощью пробного профиля. Если на пробном профиле «информативная часть» (по глубине) занимает половину или 2/3 экрана, развертка выбрана оптимально. Если же весь экран заполнен значимыми (не шумовыми) отражениями, а местами слои уходят за нижний край экрана регистратора, необходимо увеличить временную развертку. Для увеличения развертки необходимо создать новый файл и повторить пройденную часть профиля с новыми настройками.

 

Рис. 4.1.1. Пример результатов георадарной съемки с недостаточной разверткой (река Нева, со льда, 1024 нсек).

Важную роль в георадарном обследовании  играет шаг съемки. От правильности выбора шага зависит успех обнаружения и интерпретации подземных объектов и структур. Единичное георадарное измерение представляет собой временную развертку амплитуд и фаз отражений зондирующего сигнала пришедших из узкого конуса диаграммы направленности. Ось конуса направлена по нормали к поверхности грунта, на котором расположены антенны георадара. Реализовать сканирование диаграммой направленности зондирующего сигнала вдоль выбранного направления в диапазоне частот георадара очень сложно. Сканирование вдоль профиля проще организовать «механически» — георадар передвигается по прямой линии и с определенным шагом. В точках измерения, после установки антенн на грунт, производится зондирование. Георадарный профиль – это последовательность единичных измерений волновых форм в точках по профилю с выбранным шагом.

Выбор шага георадарного профилирования с одной стороны должен обеспечивать достаточную детализацию формы зондируемых объектов, с другой стороны, избыточно подробный шаг может неоправданно увеличить объем исследования.

Рекомендованный шаг георадарного профилирования:

— шаг обследования мелкомасштабных подземных объектов (траншей) и линейно-протяженных объектов (труб, кабелей) – 10-20 см,

— шаг отдельных уточняющих профилей  — 5 см,

— шаг обследования крупномасштабных подземных объектов — 30-40 см,

— шаг обследования крупномасштабных геологических структур с помощью низкочастотных антенн георадара «Лоза-Н» — 50-100 см.

Выбор шага, более 1 метра, как правило, не оправдан, и может привести к трудностям интерпретации.