مبانی روش رادار نفوذی به زمین (ژئورادار)

این روش پرکاربردترین تکنیک ژئوفیزیکی در مطالعات کم عمق با دقت بالاست. مبنای این روش بازتاب امواج الکترومغناطیسی در مرز لایه­هایی با مقاومت ویژه و مغناطیدگی متفاوت است. در این روش امواج توسط فرستنده­های مخصوص (آنتن) تولید می­شوند و پس از نفوذ به درون زمین و بازتاب از مرز لایه­ها ­توسط گیرنده­های القایی ثبت می­شوند. ازآنجایی که فرستنده و گیرنده­ها در یک مجموعه قابل حمل در کنار یکدیگر نصب شده اند، سرعت داده برداری در این روش بسیار بالاست. دقت این روش بسته به فرکانس آنتن مورد استفاده از محدوده چند سانتی­متر تا چندین متر است. رادار زمینی (GPR) با انتقال امواج الکترومغناطیسی (در محدوده 1000 ~ 10  مگا هرتز) به داخل زمین و دریافت پالس­های منعکس شده هنگام مواجه شدن با ناپیوستگی­ها عمل می­کند. ناپیوستگی می­تواند مرز لایه­ها، ناخالصی یا رابط بین مواد با دی الکتریک مختلف باشد یا می تواند یک جسم زیرسطحی مانند یک لوله یا لایه لایه شدن آن مقطع باشد (شکل 1 را ببینید). برای تعیین ماهیت و محل انقطاع می­توان از دامنه انعکاس دریافت شده و زمان رسید مربوط به آن برای مدل­سازی زیرسطحی استفاده کرد.

شکل 1. طرح شماتیک اصول کلی رادار نفوذی به زمین.

در مقایسه با سایر تکنیک های غیر مخرب مانند ترموگرافی مادون قرمز ، التراسونیک یا مایکروویو ، GPR قدرت نفوذ بیشتری را ارائه می­دهد و بنابراین می­تواند مدل­سازی را در اعماق بیشتری انجام دهد. در این میان برای انجام مطالعات نزدیک به سطح (کمتر از 2 متر) و رسیدن به دقت­های بالا از آنتن­های با فرکانس بالا (800 مگاهرتز و بالاتر) استفاده می­شود و همچنین برای مدل­سازی عمق­های بالاتر (چند متر تا چند ده متر) از آنتن­های با فرکانس کمتر (مانند 300، 250، 100 و 50 مگا هرتز) استفاده می­شود.

رادار نفوذی به زمین یک روش وابسته به زمان واقعی است که از امواج رادیویی با فرکانس بالا استفاده می­کند و داده­هایی با وضوح بسیار بالا را در مدت زمان کوتاه ارائه می­دهد. در این روش از امواج الکترومغناطیسی استفاده می­شود که با یک سرعت مشخص سیر می­کنند که با توجه به ویژگی­های مواد تعیین می­شود. سرعت­ها بر اساس نوع مواد و به دلیل تفاوت در خصوصیات الکتریکی و در نتیجه اختلاف در زمان پاسخی که ارائه می دهند، متفاوت خواهند بود. چنانچه آنتن­ها در امتداد خط برداشت حرکت می­کنند، یک سری از ردهای زمانی (یک سری زمانی از داده­های دریافتی) در نقاط خاصی از طول خط پروفیل، برداشت می­کنند. سپس این سریهای زمانی در کنار هم قرار می گیرند تا نمای اسکن زیرسطحی را ایجاد کنند. شکل 2 طرح شماتیکی از انتشار و ثبت امواج در روش ژئورادار است. داده­های ثبت شده با فرمت­های خاص ثبت می­شوند. این اطلاعات پس از طی مراحل مختلف پردازشی به شکل مقاطع ژئوراداری در می­آیند که برای شناسایی اهداف مختلف استفاده می شوند.

شکل 2. طرح شماتیک تولید و ثبت امواج رادار (چپ) و سیگنال های ثبت شده در یک راستای اندازه گیری (راست).