dr inż Jerzy Ziętek mgr inz Anna Strzępowicz

1. Metoda geofizyczna oparta na stosowaniu fal
elektromagnetycznych, najczęściej o częstotliwościach 10-2500MHz
(najwyższa znana częstotliwość to 6GHz)
do kartowania geologicznego warstw przypowierzchniowych
i lokalizacji obiektów antropogenicznych pod powierzchnią
ziemi.
Dr inż. Jerzy Ziętek
Mgr inż. Anna Strzępowicz
GGROUND PPENETRATING RRADAR

2. Krótka historia georadaru
• Christian Hülsmeyer (1881 – 1957)
• 18 maja 1904 na moście Hohenzollernów w Kolonii
• Pierwsze zastosowanie radaru w geologii lodowca w Austrii w 1929 roku
• 1935 - Sir Robert Watson-Watt opatentowuje radar
• 1937 – Początki firmy Malå
• lata 50 - US Air Force
• lata 70 – program Apollo
• lata 80 – Pierwszy system cyfrowy
• XXI wiek – dynamiczny rozwój techniki radarowej
http://www.u-historia.com/uhistoria/tecnico/electronica/radar/radar.htm, http://pl.wikipedia.org/wiki/Radar, http://en.wikipedia.org/wiki/Robert_Watson-Watt, http://www.malags.com

3.  Lekka, przenośna aparatura
 GPR jest metodą nieniszczącą
 Szybka akwizycja danych
(w porównaniu z innymi metodami geofizycznymi)
 Precyzyjna lokalizacja poszukiwanych obiektów
 Wysoka rozdzielczość pomiaru
Zalety metody GPR

4. Ograniczenia metody GPROgraniczenia metody GPR
• Zasięg głębokościowy silnie zależy od własności elektrycznych ośrodka.
Dobrze przewodzące ośrodki mogą uczynić metodę GPR nieefektywną.
• Musi być wystarczający kontrast własności elektrycznych pomiędzy celem
poszukiwań a otoczeniem.
•Stosunkowo mała odporność na zakłócenia.
• Interpretacja danych georadarowych może być subiektywna. Profesjonalne
doświadczenie interpretatora jest bardzo ważne.

5. INŻYNIERSKIE
Lokalizacja podziemnej infrastruktury technicznej: rurociągów (metalowych, kamionkowych,
betonowych, plastykowych), kabli, pozostałości fundamentów, pustek.
Transport: badania dróg, nasypów kolejowych, mostów, pasów startowych.
OCHRONA ŚRODOWISKA
Kartowanie zasięgu skażeń, lokalizacja podziemnych składowisk odpadów.
GEOLOGICZNO-GEOTECHNICZNE
Badana tam ziemnych, tuneli, lokalizacja poziomu wód gruntowych, badania stratygraficzne,
badanie struktury osuwisk, lokalizacja pustek wędrujących.
ARCHEOLOGICZNO - KONSERWATORSKIE
Lokalizacja krypt, grobów, pęknięć murów i reliktów archeologicznych.
INNE
Badania w kopalniach, w otworach wiertniczych, badania dla potrzeb krymininalistyki,
lokalizacja niewybuchów, min.
GPR - zastosowaniaGPR - zastosowania

6. System pomiarowy RAMAC/GPR
CU
RxTx
DANE
TRIGG
TRIGG
Wyzwalacz
odległościowy

7. • Fale elektromagnetyczne wysyłane są wgłąb badanego ośrodka
• Propagacja fal zależy od stałej dielektrycznej i przewodności
ośrodka geologicznego.
• Rejestrowany jest czas pojawienia się fali odbitej.
• Trzy metodyki pomiarów: refleksyjna, profilowanie prędkości,
tomografia
materiał :MalaGeoscience
Podstawy metody GPR

8. Podstawowe równanie metody georadarowej
LR
GGP
P
TRTT
R
xx
⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅
= 43
2
)4( π
σλ
Gdzie: PR – moc odebranego sygnału
PT – moc impulsu emitowanego przez antenę nadawczą
GTx – zysk anteny nadawczej
GRx – zysk anteny odbiorczej
λ – długość fali emitowanej przez nadajnik
σT – skuteczna powierzchnia odbicia
R – odległość między nadajnikiem/odbiornikiem a obiektem
L – współczynnik tłumienia na trasie sygnału nadajnik-
obiekt-odbiornik
J. M. Reynolds 1997

9. Zasięg głębokościowy w zależności
od przewodności
0
20
40
60
80
100
120
0,5 1 2 4 8 16 32
Przewodność gruntu w mS/m
)głębokośćwstopach
0
10
20
30
25
5
15
35
głębokośćwmetrach

10. Przewodność gleby w zależności od zawartości wody
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 5 10 15 20 25 30
Zawartość wody (gr. wody/gr. gleby)
Logprzewodności(mS/m) Elektryczne własności gruntu
•materiał: MalaGeoscience

11. Praktyczna rada dotycząca przewodności gruntu
i pomiarów georadarowych:
Gdy przewodność gruntu jest większa niż 10 mS/m
(lub oporność mniejsza niż 100 Ω m),
GPR może nie być najlepszą metodą badania danego terenu.
Elektryczne własności gruntu

12. Zależność pomiędzy względną stałą dielektryczną a prędkością propagacji sygnału GPR:
v = prędkość fali e.m. w górotworze
c = prędkość fali e.m. w powietrzu
εr = względna stała dielektryczna
Elektryczne własności gruntu

13. Elektryczne własności gruntu
ε σ v α
(rel.) ms/m m/ns dB/m
Air 1 0 0,3 0
Fresh water 80 0,5 0,033 0,1
Sea water 80 3x10e4 0,01 1000
Dry sand 3-5 0,01 0,15 0,01
Saturated sand 20-30 0,1-1 0,06 0,03-0,3
Limestone 4-8 0,5-2 0,12 0,4-1
Shales 5-15 1-100 0,09 1-100
Silt 5-30 1-100 0,07 1-100
Clay 5-40 2-1000 0,06 1-300
Granite 4-6 0,01-1 0,13 0,01-1
Ice 3-4 0,01 0,16 0,01
•Dane dostępne w literaturze pozwalają wstępnie ocenić możliwość wykonania
pomiarów georadarowych
•Materiał : Sensors&Software Inc.

14. Częstotliwość (MHz)Zastosowanie Głębokość (m)
10 geologiczne, geotechniczne, górnicze... do 60
25 geologiczne, geotechniczne, górnicze... do 50
50 geologiczne, geotechniczne, rzeki,
jeziora, ekologia…. do 40
100 geologiczne, geotechniczne, rzeki,
jeziora, ekologia, gleby... do 30
100-250 geologia inżynierska,rury,able, do 10
archeologia, rzeki, jeziora, gleby,
ekologia…
350-500 geologia inżynierska,rury, kable, pustki do 7,5
inspekcja rurociągów, grubość śniegu
i lodu
800 beton, pustki, drogi, mosty, rury, do 2,5
kable, niewypały( UXO),inspekcja rurociągów,
grubość śniegu i lodu
1000 beton, UXO, grubość lodudo 1.5
Elektryczne własności gruntu

15. Metodyka pomiarów georadarowych
•profilowanie (również wielokanałowe)
•profilowanie prędkości (WARR, CMP)
•prześwietlanie

16. Time[ns]
Depth[m]
?
Length [m]
•materiał: MalaGeoscience
GPR metodyka refleksyjna - ok. 95 % badań

17. Profilowanie prędkości (CMP)
• Profilowania prędkości są jednym ze
sposobów określenia prędkości
propagacji impulsu e.m. w gruncie
• Wide Angle Reflection Refraction
(WARR) i Common Mid-Point (CMP)
są dwoma najczęstszymi metodykami
profilowań prędkości. Niezbędne są
anteny w oddzielnych obudowach.
• WARR wymaga płaskiego horyzontu
odbijającego - jest łatwiejszy i szybszy
w wykonaniu.
• CMP - jest bardziej skomplikowane ale
wymaga tylko punktowego reflektora.
•materiał: MalaGeoscience

18. Profilowanie prędkości (WARR)
• Profilowania prędkości są jednym
ze sposobów określenia prędkości
propagacji impulsu e.m. w gruncie
• Wide Angle Reflection Refraction
(WARR) i Common Mid-Point (CMP)
są dwoma najczęstszymi metodykami
profilowań prędkości. Niezbędne są
anteny w oddzielnych obudowach.
• WARR wymaga płaskiego horyzontu
odbijającego - jest łatwiejszy i szybszy
w wykonaniu
• CMP - jest bardziej skomplikowane ale
wymaga tylko punktowego reflektora.
•materiał: MalaGeoscience

19. Profilowanie prędkości
• Interpretacja profilowań WARR i CMP
•materiał: MalaGeoscience

20. WARR - Krzywa

21. Metody uzyskania informacji
o prędkości fali e.m. do konwersji skali czasowej na
głębokościową
• Użycie danych tabelarycznych,
• Badanie parametryczne = lokalizacja obiektu o znanej głębokości,
• Profilowanie WARR lub CMP,
• Oszacowanie w oparciu o doświadczenie pomiarowe.

22. GPR - Tomografia
• Najczęściej wykonywana pomiędzy
otworami
• Analizowany jest jedynie czas przejścia
i amplituda sygnału georadarowego
• Rezultatem jest tomogram prędkości lub
oporności falowej
INVERSION IN PROGRESS
DONE
•materiał: MalaGeoscience

23. APARATURA
GEORADAROWA

24. Różne firmy produkujące sprzęt
georadarowy
Mala GeoScience - RAMAC
Sensors & Software - EKKO
GSSI - SIR
IDS
Inne firmy

25. Shielded
antennas
Unshielded
antennas
Borehole
antennas
250 MHz
500 MHz
800 MHz
1 200, 1 600, 2300 MHz
25 MHz
50 MHz
1 00 MHz
200 MHz
1 00 MHz
250 MHz
1 00 MHz
+ winches and cables
down to 2500 m.
RAMAC/GPR
CU II with
Multichannel
Module MC4
RAMAC X3M X3M Corder
RTA Rough Terrain Antenna

26. GPR schemat budowy
Jednostka
centralna
Laptop
Anteny
Wyzwalacz
odległościowy

27. RAMAC/GPR - anteny ekranowane
100, 250, 500, 800 MHz
Wymienna elektronika TX/Rx
Autonomiczna antena1000 MHz

28. RAMAC/GPR - anteny nieekranowane
25, 50, 100 and 200 MHz zestaw anten
nieekranowanych.

29. CART = Computer-Assisted Radar
Tomography
transmitters
receivers
widok z góry
equivalent 1 6 channel array
(bi-static fixed offset)
9-Tx & 8-Rx
2 meter
CART-zestaw anten 200 MHz
•Szerokość pasma 50 to 400 MHz
•Długość fali w glebie dla 200 MHz wynosi
ok. 40 cm
•Rozdzielczość wynosi 5 - 8cm.

30. Easy Locator
z MALÅ
… GPR
przeznaczony do
szybkiej lokalizacji
inrastruktury
podziemnej

31. …najniższy koszt
& najprostszy w
użyciu georadar
(inne firmy
produkują
podobne
urządzenia)

32. RAMAC/GPR - anteny otworowe
100 MHZ & 250 MHz
metodyka refleksyjna lub tomografia
kable lub wyciąg +1000m

33. GSSI - georadary z serii
SIR

34. PulseEKKO100 Equipment

35. Włoska firma INGEGNERIA DEI SISTEMI
georadar RIS-2K

36. Rosyjska firma ZAO Timer
- georadar GROT-10

37. P
Litewska firma Radar System Inc.
- georadar Z12c

38. Programy do przetwarzania
i wizualizacji danych georadarowych
•Programy firm produkujących sprzęt georadarowy (Gpr,
Ground Vision, Easy3d, EKKO, Radan, Prism, itp.),
•Programy firm niezależnych (Reflex, Gradix, itp.),
•Programy, które można dostosować do przetwarzania
danych georadarowych (Matlab, system Seismic Unix),
•Programy własne użytkowników.

39. Mala GeoScience - program Ground Vision

40. Reflex-Win - przykład przetwarzania

41. Program własny - GPRInterpret

42. Przykłady rejestracji GPR
Badania geologiczne

43. Gdańsk lokalizacja granic gruntów torfowych
orientacyjny przebieg profili z oznaczeniem kierunku
http://www.zumi.pl, http://www.wrotapomorza.pl/pl/mapy/inter_mapy_woj/ortofotomapy

44. Linie pionowe białe wyznaczają granice pomiędzy poszczególnymi profilami
Połączone profile od P2 do P5 o łącznej dł. 1030m.

45. Olsztyn k. Częstochowy krawędź zrębu wapieni pod pokrywą
czwartorzędową
anteny nieekranowane 200MHz

46. Piekary koło Liszek - wapienie rafowe
anteny nieekranowane 200MHz

47. Skałki Twardowskiego
anteny 50 MHz

48. Skałki Twardowskiego - fragment stropu jaskini
Twardowskiego
anteny nieekranowane 200 MHZ

49. Jaskinia Odstrzelona
Sitkówka-Nowiny
anteny ekranowane 250 MHz

50. Jaskinia Odstrzelona
Sitkówka-Nowiny
anteny ekranowane 250 MHz

51. Wigry torfy
anteny nieekranowane 200MHz

52. Granica zasięgu torfów - Pychowice
anteny nieekranowane 200 MHz

53. Torfowisko koło Szklarskiej Poręby - widoczny
spąg torfów
anteny nieekranowane 200MHz

54. Torfowisko w Ustce
anteny nieekranowane 200MHz

55. Torfowsko Suche Bagno
Wigierski Park Narodowy

56. Torfowsko Suche Bagno
Wigierski Park Narodowy

57. Planowana obwodnica Olkusza

58. Planowana obwodnica Olkusza

59. Planowana obwodnica Olkusza

60. Planowana obwodnica Olkusza

61. Planowana obwodnica Olkusza

62. Planowana obwodnica Olkusza

63. Wały Soły w Bieruniu - niejednorodności
podłoża wału
anteny nieekranowane 200MHz

64. Osady denne (kreda jeziorna) - Wigry
anteny nieekranowane 200MHz

65. Jezioro Wigry

66. Lokalna płycizna Wisły poniżej zapory we
Włocławku
antena ekranowana 100 MHz

67. Profilowanie dna jeziora
materiał MalaGeoscience

68. Badania geotechniczno
inżynierskie

69. Osuwisko Świnna Poręba

70. Osuwisko Świnna Poręba

72. Autostrada A1 - przekrój przez koryto drogi -
antena 1GHz

73. Kopalnia „Orzeł Biały”
pozostałości instalacji szybu drzewnego

74. Więzienie w Białymstoku

75. Kopalnia „Pomorzany” w Olkuszu –
stare wyrobiska
anteny nieekranowane 50MHz

76. Tunel w wapieniach na terenie byłego obozu
Płaszów
anteny nieekranowane 200MHz

77. Osuwisko w Przybysławicach
antena ekranowana 250MHz

78. Centrum Handlowe „Zakopianka”- rury
kanalizacyjne pod zbrojoną płytą betonową
antena ekranowana 800MHz

79. Zapadnięta dolna płyta misy wypadowej zapory
we Włocławku
antena ekranowana 100 MHZ

80. Wyraźna niejednorodność pod misą górnego
zbiornika elektrowni Żarnowiec
antena ekranowana 1GHz

81. Zamek Ryn. Profilowanie w piwnicach.
antena ekranowana 500 MHz

82. Lechów - droga w rejonie Kielc

83. Lechów - droga w rejonie Kielc

84. Lokalizacja prętów zbrojeniowych
antena 800MHz
•materiał: MalaGeoscience

85. Lokalizacja infrastruktury podziemnej
anteny ekranowane 500 MHz
materiał MalaGeoscience

86. Lokalizacja rur pod ulicą w Londynie
materiał MalaGeoscience