Георадарная разведка

Метод радиолокации уже длительное время используется в наземных станциях РЛС, которые генерируют электромагнитные волны и импульсы, способные беспрепятственно пронизывать воздушную среду. Сталкиваясь с различными объектами, обладающими эффективной площадью рассеивания они отражаются, после чего возвращаются на принимающие антенны. Схожие радиолокаторы используются при разведке крупных месторождений углеводородов, расположенных на дне морей и океанов. Такое оборудование устанавливается на специальные исследовательские суда, мощность излучателей настолько высока, что может пронзать не только водную толщу на большую глубину, но и донные грунты.

Для изучения геологического разреза используется георадар – это портативный радиолокатор, который генерирует сверхширокополосные импульсы в метровом и дециметровом диапазоне. Эти сигналы способны пронизывать не только воздух и воду, но и более плотные среды, в том числе неоднородные. Суть метода состоит в том, что излученный сигнал, проходящий сквозь грунты, испытывает следующие явления:

• Преломление на границах сред с различными электрофизическими параметрами (когда диэлектрическая проницаемость сильно разнится, то волна может не только преломляться, но и отражаться от границ этих сред).
• Дифракция – если объект обладает меньшими размерами, чем длина волны, то вместо отражения волны будет происходить ее интерференция (увеличение или уменьшение амплитуды нескольких наложенных друг на друга сигналов). Это явление как правило указывает на наличие локальных скрытых объектов.
• Затухание – уменьшение амплитуды сигнала при прохождении его через зондируемую среду.

Георадары состоят из сменных антенных блоков, в которых устанавливаются принимающие и передающие антенны, работающие на различной частоте. Таким образом, часть сигналов после излучения будет отражаться от границ сред с различными электрофизическими свойствами, часть рассеиваться, а при столкновении с металлическими объектами и прочими средами, обладающими слишком большой относительной диэлектрической проницаемостью, сигнал будет их огибать.

Помимо сменных антенных блоков георадар комплектуется блоком управления – это компонент прибора, состоящий из различных датчиков, проводки и преобразователей. В блок управления поступает сигнал, который улавливает приемная антенна, в нем он усиливается и преобразуется в цифровую информацию, которая передается в регистрирующее устройство (встроенный или мобильный компьютер). На экран компьютера сигнал выводится в виде трасс – это линии с переменной плотностью, где цвет (или градиент) каждого пикселя соответствует амплитуде сигнала. Набор трасс формирует плоскостное ортогональное изображение – радарограмму, на которой виден состав исследуемой области с учетом электрофизических свойств входящих в нее отдельных сред.

При подповерхностном зондировании земельного участка на радарограмме можно четко выделить геологические пачки слоев, обводненные участки, карстовые пустоты, участки неравномерного смешения грунта, локальные скрытые объекты (валуны, трубопроводы, погребенную технику и прочее). Саму радарограмму можно наблюдать как в режиме реального времени, так и изучить в камеральных условиях – при георадарной разведке все данные сохраняются на цифровом носителе регистрирующего устройства.

Георадар способен зондировать грунты на глубину 25 метров и более, меняя антенные блоки можно увеличить глубину зондирования, либо повысить разрешение (качество зондирования) верхних разделов. Прибор обладает небольшими габаритами, благодаря чему его можно использовать в небольших шахтах и штольнях для зондирования на большую глубину. Георадар является высокопроизводительным и многозадачным прибором, с ним может справиться 1 оператор при пеших проходах. Для увеличения производительности существуют специальные подвески для крепления на автомобильном транспорте или плавучем судне. Радарограмму можно привязать к плану местности – георадар комплектуется GPS-приемником, датчиком движения и измерителем пути. Имея начальные координаты (репер или иную опорную точку) радарограмму в дальнейшем можно будет совместить с планом местности.

При геологоразведочных работах с помощью георадара можно локализовать залежи полезных ископаемых, определить глубину залегания и мощность пластов (россыпей). Радарограмма представляет собой плоскостной профиль, но если проходы производились с привязкой к опорным точкам, то на основании этих плоскостных профилей можно будет построить трехмерное изображение. По такому изображению можно более детально изучить условия залегания залежей, уточнить их объемы, определить наиболее эффективный метод разработки карьера. Еще одно неоспоримое преимущество георадара – это сравнительно низкая стоимость работ при высокой производительности. Георадиолокация может совмещаться с другими технологиями, например, с колонковым бурением, которое будет использоваться для уточнения данных на наиболее сложных участках, где имеются трудности с интерпретацией данных.

Помимо разведки полезных ископаемых георадарное зондирование может решить дополнительные задачи – поиск локальных объектов, например, скопления валунов, которые будут мешать дальнейшей разработке карьера. Также георадаром с высокой точностью обнаруживаются опасные геоморфологические факторы – обводненные участки, карстовые пустоты, селевые очаги. Георадарное зондирование ведется непрерывно по заданным профилям, поэтому все скрытые объекты будут обнаружены с большой точностью. Для работы бурового оборудования необходимо делать просеки, в то время как для работы георадара деревья и прочие виды растительности не представляют помех.