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非均匀地质介质的电磁波频散实验研究

秦东灵  
【摘要】: 宽频带电磁波在地质介质传播时会发生频散。频散效应,对宽带电磁波勘探既是干扰,也是可资利用的信息。本文采用物理实验的方法研究不同介质的频散效应,以期为频散效应的利用提供实践基础。论文的主要内容与成果如下: 1.物理模型实验研究 以NI公司的高频信号发射与采集硬、软件为核心,搭建了一个宽带(100KHz--2.8GHz)波动信号采集分析系统;用连续排列的43个水泥块和3个铸铁块分别模拟高阻介质和低阻介质,模型块的尺度为100cm×10cm×50cm;在模型上方55cm处发射、接收电磁波,实验测定了各模型在无覆盖和15cm厚水层覆盖情况下对0.5 GHz,1.0 GHz,1.5 GHz电磁波的反射强度。通过对测量结果的计算分析,获得了如下认识: (1)在无水层覆盖时,水泥模块对1.0GHz电磁波的反射强度相对于0.5GHz的反射强度减少了51.98%,反射振幅频散率为1.0396/GHz;1.5GHz电磁波的反射强度相对于1.0GHz的反射强度减少了41.97%,反射振幅频散率0.8394/GHz,反射振幅的频散呈非线性变化。铸铁模块对1.0GHz电磁波的反射强度相对于0.5GHz的反射强度减少了43.73%,反射振幅频散率为0.8746/GHz;1.5GHz电磁波的反射强度相对于1.0GHz的反射强度减少了了38.55%,反射振幅频散率为0.7710/GHz,反射振幅的频散也呈非线性变化。在测量的频段内,低阻铸铁模块的频散幅度小于高阻水泥模块的频散,但随频率的增加,反射强度的衰减相对较缓。 (2)在有水层覆盖时,水泥模块对1.0GHz电磁波的反射强度相对于0.5GHz的反射强度减少了59.92%,反射振幅频散率为1.1984/GHz;1.5GHz电磁波的反射强度相对于1.0GHz的反射强度了减少38.91%,反射振幅频散率为0.7782/GHz。铸铁模块对1.0GHz电磁波的反射强度相对于0.5GHz的反射强度了减少48.79%,反射振幅频散率为0.9758/GHz;1.5GHz电磁波的反射强度相对于1.0GHz的反射强度减少了31.79%,反射振幅频散率为0.6358/GHz。水覆盖层的存在,提高了低频段的频散幅度,但减小了高频段的频散幅度。 2.现场物理模型实验研究 使用TerraSIRch SIR-3000地质雷达系统,用0.1GHz,0.4 GHz,0.9 GHz三个频率测量在土壤中埋深100cm的铸铁管的反射强度。 通过计算,铸铁管对0.4GHz电磁波的反射强度相对于0.1GHz的反射强度减少了0.1423%,反射振幅频散率为0.004745/GHz;0.9GHz电磁波的反射强度相对于0.4GHz的反射强度减少了0.4487%,反射振幅频散率为0.008974/GHz,反射振幅的频散呈非线性变化,随频率的增加,反射强度的衰减加快。


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