一种基于探地雷达-地震波振幅属性的水体污染检测方法技术

本发明专利技术涉及检测方法，具体是一种基于探地雷达

【技术实现步骤摘要】
一种基于探地雷达
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地震波振幅属性的水体污染检测方法


[0001]本专利技术涉及检测方法，具体是一种基于探地雷达
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地震波振幅属性的水体 污染检测方法。

技术介绍

[0002]水对人类生存至关重要。非水相液体(NAPL)是造成水污染的主要因素 之一。地球物理方法在确定含有污染水的区域和含水层方面发挥着重要作用。
[0003]理论建模是确定地球物理勘探可行性的工具。根据探地雷达
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地震波振幅 属性，对含湿砂的非水相液体污染场地进行了理论建模。在模拟过程中，反 射率随水和非水相液体含量的变化而显著变化。模型中引入的湿沙和干沙产 生了两个主要现象：一是波型的改变；二是振幅的改变。研究结果表明，探 地雷达
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地震波振幅属性分析可以有效地检测非水相液体中的水分含量。
[0004]非水相液体有两种类型：轻型，密度小于水，漂浮在水面之上；重型， 密度大于水，在地层中沿裂隙向下渗透，达到隔水层。非极性流体都是低介 电常数的。当非水相液体的生物降解产生有机酸，然后溶解地层中的矿物颗 粒，导致溶解固体含量增加时，可能会出现高电导率的轻型非水相液体羽流。 自由相非水相液体保持低电导率和低介电常数。探地雷达波场是极化的，如 果以端对模式(类似于地震学中的SV波)获得，则可以在平面上极化；如果 以宽边模式(类似于SH波)获得，则可以垂直于平面极化。取决于天线的设 计和极化，存在明显的角度依赖性辐射，这可能是探地雷达
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地震波振幅属性 更具挑战性的方面之一，因为它还依赖于近场的电学特性。雷达振幅也会受 到其他一些因素的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于探地雷达
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地震波振幅属性的水体污染 检测方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于探地雷达
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地震波振幅属性的水体污染检测方法，包括如下步 骤：
[0008]步骤一，理论建模，通过激励和输出分别在模型中放置震源和输出点， 概述模型的几何结构，在模型中模拟具有粗糙表面的异质土壤、探地雷达天 线模型、模拟金属目标、以及岩石；
[0009]步骤二，物理模型建立，在理论研究中确认近似结果，提出关于探地雷 达数据反射模式的理论；
[0010]步骤三，驱动影响地下水探测的因素，包括含水量，对给定的材料进行 建模且计算轻型非水相液体的相对介电常数，并绘制这些值与深度和的关系， 分析介电常数随深度的变化趋势；
[0011]步骤四，反射模式与非水相液体异常的结合，采用独立分量分析对探地 雷达信号进行处理；通过对探地雷达
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地震波振幅属性数据的反射模式进行三 分量分析，将ICA应用
于探地雷达模拟数据中；
[0012]步骤五，每种材料单独反射，使用频率来识别反射模式的差异；
[0013]步骤六，反射与地震波振幅属性响应，使用500MHZ频率板发射天线，并 记录了三个阶段的数据。
[0014]作为本专利技术进一步的方案：理论模型建立是使用一个文件来定义模型参 数，模拟需要总共的模型来成像整个空间；在同一个模型中插入三种材料， 分别是水、沙和轻型非水相液体，并计算每个数据集的相对反射强度。
[0015]作为本专利技术再进一步的方案：数据集的相对反射强度计算是先求出与模 拟模型位置相对应的模型中心的所有记录道，然后再计算所求道的包络函数； 选择以模拟反射事件的反射点为中心的选通时间窗口内包络函数的最大振 幅；最后，通过比较非模拟轻型非水相液体和模拟轻型非水相液体的合成控 制，确定三种模型的反射强度增加百分比。
[0016]作为本专利技术再进一步的方案：所述步骤二包括以下部分：
[0017]s1，数据采集，在地球物理模拟实验室进行了试验，试验箱中填充了同 含水率的砂土，然后利用矢量网络分析仪连接500MHZ和1000MHZ天线进行探 索；探地雷达数据采集，采用固定天线间距；对于探地雷达
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地震波振幅属性 分析，采用共中心点模式；在共中心点模式下，对于每个偏移量，天线按比 例移动，所有的目标区域都标在试验箱的中间；
[0018]s2，数据处理，在对数据进行实际处理之前，对每一行进行编码，生成 一个原始数据的雷达图，以验证所提出的理论对原始数据是否有效；采用快 速傅里叶反变换方法将其引入时间域；建立了上层砂土的介电常数由低到高 变化的双层数学模型；
[0019]s3，使用两种软件来处理数据集，将数据转换成软件所需的格式；使用 32位浮点和步长为零，时间增量为1ns，采集持续时间为500ns，该时间是采 集数据所需的实际时间。
[0020]作为本专利技术再进一步的方案：所述步骤六中，首先，收集干砂的数据， 得到了覆盖整个实验池的三线数据，再用轻型非水相液体侵入试验池，在软 件处理过程中，将所有的测线组合起来，对数据进行处理，并对目标区域进 行了标记，得出完整的反射模式。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该方法通过强有力的证据表明， 在探测低导电性的非水相液体时，不同材料(如沙子和水)的反射模式是不 同的；首先从理论上论证了这一点，然后通过实验室实验进行了实践验证； 如果频率降低到500MHZ以下，可以得到更准确的结果；相对介电常数是轻型 非水相液体存在于地下的决定性证据，而反射模式则证实了轻型非水相液体 的存在；因此，如果用探地雷达
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地震波振幅属性分析法容易地检测到轻型非 水相液体，就可以避免因轻型非水相液体污染而引起的严重后果。
附图说明
[0022]图1为使用探地雷达Max
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2D建立的含砂、含水砂土和轻型非水相液体的 理论模型图。
[0023]图2为使用探地雷达Max
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2D对(a)砂土，(b)砂土含水，以及(c)砂 土含水和轻型非水相液体图。
[0024]图3为使用500MHZ和1000MHZ频率显示处理数据，分别包含实验池中目 标区域的(a)和(d)干砂、(b)和(e)含水砂和(c)和(f)含水砂和 轻型非水相液体入侵图。
[0025]图4为相对渗透率随深度的变化趋势图。
[0026]图5为利用探地雷达
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地震波振幅属性数据对目标异常区域的全地下反射 模式图。
[0027]图6为使用500MH频率的探地雷达
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地震波振幅属性数据对目标异常区域 的3个独立反射模式图。
[0028]图7为干砂、轻型非水相液体、水反射的图解。
[0029]图8为干砂、轻型非水相液体、水反射的研究图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于探地雷达
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地震波振幅属性的水体污染检测方法，其特征在于，所述一种基于探地雷达
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地震波振幅属性的水体污染检测方法包括如下步骤：步骤一，理论建模，通过激励和输出分别在模型中放置震源和输出点，概述模型的几何结构，在模型中模拟具有粗糙表面的异质土壤、探地雷达天线模型、模拟金属目标、以及岩石；步骤二，物理模型建立，在理论研究中确认近似结果，提出关于探地雷达数据反射模式的理论；步骤三，驱动影响地下水探测的因素，包括含水量，对给定的材料进行建模且计算轻型非水相液体的相对介电常数，并绘制这些值与深度和的关系，分析介电常数随深度的变化趋势；步骤四，反射模式与非水相液体异常的结合，采用独立分量分析对探地雷达信号进行处理；通过对探地雷达
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地震波振幅属性数据的反射模式进行三分量分析，将ICA应用于探地雷达模拟数据中；步骤五，每种材料单独反射，使用频率来识别反射模式的差异；步骤六，反射与地震波振幅属性响应，使用500MHZ频率板发射天线，并记录了三个阶段的数据。2.根据权利要求1所述的一种基于探地雷达
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地震波振幅属性的水体污染检测方法，其特征在于，理论模型建立是使用一个文件来定义模型参数，模拟需要总共的模型来成像整个空间；在同一个模型中插入三种材料，分别是水、沙和轻型非水相液体，并计算每个数据集的相对反射强度。3.根据权利要求2所述的一种基于探地雷达
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地震波振幅属性的水体污染检测方法，其特征在于，数据集的相对反射强度计算是先求出与模拟模型位置相对应的模型中心的所有记录道，然后再计算所求道的包络函数；选择以模拟反射事件的反射为中心的选通时间窗口内包络函数的最大振幅；最后，通过比较非模...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊布拉，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：