超接收器–革新低频数据
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超接收器–革新低频数据

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在发布几个月后,pulseEKKO®Ultra Receiver已经改变了低频GPR数据的收集和解释方式。 它具有比以前快1000倍的数据收集能力,可以将GPR信号堆积成千上万次,而不会降低数据采集速度。 这项技术可以使您看到比以往任何时候都更微妙和更深入的GPR功能。

“堆叠”是当在一个位置多次收集GPR迹线并取其平均值时使用的术语。 多次堆叠GPR迹线可以将随机本底噪声降低到1 /√堆叠(表1); 例如,Ultra Receiver上可用堆栈数量最多的65,536个堆栈,与0.5个堆栈相比将本底噪声降低到小于1%。 这意味着,现在可以在GPR数据中检测到微弱的GPR信号,其大小最多可以减小200倍左右。

GPR频率叠加噪声
表1
随机背景噪音水平与烟囱数量之间的关系

以下重点介绍了使用pulseEKKO®Ultra Receiver收集的一些数据示例,以展示其功能,包括如何通过堆叠数万次来增加穿透深度。

数据示例1 –加拿大安大略省Petawawa

第一个数据示例是使用SmartCart配置中的一对100 MHzPulseEKKO®天线收集的。 该地区含沙量高,可以通过12个烟囱将良好的GPR穿透到64+米以下(图1,左)。 从10或11米深处可见随机噪声。 在14米深处,噪声占据了GPR线的主导地位,因此很难看到真实,相干的GPR反射器。

然后使用Ultra Receiver收集了8,192个堆栈的同一行(右图1)。 重要的是要注意,使用Ultra Receiver收集该行的速度与在标准pulseEKKO接收器上收集64个堆栈的时间相同。 这条线看起来更清晰,没有随机噪声,低至22米以上的相干GPR反射。 

图1 gpr堆叠
图1
用64个堆栈(左)收集的数据受14米以下深度的随机噪声控制,而用8192个堆栈(右)收集的同一行显示相干反射器的深度超过22米。

根据表1,该理论认为将堆栈数从64增加到8,192应该通过以下方式降低本底噪声:

(1 /√64)/(1 /√8192)= 0.125 / 0.011 = 11.3倍

虽然使用较高数量的堆栈收集的GPR线看起来更好,但是让我们定量分析这些线以查看如何通过堆栈来改善GPR信号。
观察信号改善的最佳方法是使用平均迹线幅度或ATA图,这是在 2018年XNUMX月时事通讯.

简而言之,从所有GPR信号衰减回到本底噪声之后,ATA曲线显示了从GPR发射器发射之前到时间窗口结束之间整个GPR线的平均信号电平。
在发射器发射之前,本底噪声是作为背景信号电平可见的(图2中的垂直红色和绿色线)。

ATA图提供了有关随机本底噪声和GPR穿透深度的信息。

图2显示64个堆栈的本底噪声(垂直红线)约为0.04毫伏,而8,192个堆栈的本底噪声(垂直绿线)为0.004 mV。 它小10倍-非常接近上述11.3计算的理论值。

图2中的ATA曲线还显示了GPR信号衰减到本底噪声的点-该交点是GPR线的GPR信号穿透的平均时间(因此是深度)。 在这种情况下,64个堆栈的数据可提供约280 ns的穿透力(基于14 m / ns的材料速度,深度约为0.10米),而8,192个堆栈的数据则具有低至420 ns的GPR信号(约21米的深度) )。
因此,通过将堆叠数量增加到50,渗透率增加了大约8,192%。

图2 gpr堆叠
图2
将堆栈数从64增加到8,192将减少随机噪声底限,从红线到绿线。 较低的本底噪声可以检测到较弱的GPR反射。 在此示例中,穿透深度已从280 ns增加到420 ns,大约14到21米,增加了50%。

数据示例2 –美国佛罗里达州坦帕湾

如图100所示,使用3 MHzpulseEKKO®天线,在SmartCart配置中收集了一条GPR线。首先将数据堆叠64次(图4,左);然后,将数据堆叠一遍。 从5米深处可见随机噪声。 在7米深处,噪声占据了GPR线的主导地位,因此很难看到真实,相干的GPR反射器-这是该GPR线的平均穿透深度。

Pulseekko Pro智能购物车图3
图3
在坦帕湾测量线的起点处设置pulseEKKO®PRO 100 SmartCart™。

右图8,192显示了使用Ultra Receiver用4个堆栈收集的同一行。 高度堆叠的线在9.5米的深度处显示了一个双曲线的相干反射器。

图4 gpr堆叠
图4
使用64个堆栈(左)收集的数据主要受7米深度以下的噪声的影响,而使用8,192个堆栈(右)收集的同一条线揭示了9.5米深度处的弱反射器。

堆叠增加导致的穿透力增加,揭示出更深的反射器,而该区域以前从未见过。 佛罗里达那部分的地质是众所周知的,研究人员正在解释说,Ultra Receiver能够对高度溶解的石灰岩基岩和粉质粘土砂岩中的顶峰进行成像(图5)。

图5 gpr粘土或沙子
图5
根据该地区的地质知识解释图4所示的GPR线。 以前从未在该地点使用GPR拍摄过石灰岩基岩。

同样,使用Ultra接收器(8,192层)相对于64层的pulseEKKO®标准接收器,数据收集速度没有显着降低。 以前,高堆叠会影响生产率。 现在,借助Ultra Receiver,可以实现两全其美。

数据示例3 –印度尼西亚爪哇省万隆

最后一个数据示例是在Tangkuban Perahu的侧翼收集的,Tangkuban Perahu是一座活动火山,带有50 MHzpulseEKKO®天线。

图6 gpr堆叠
图6
Tangkuban Perahu,印度尼西亚火山的火山口。 GPR数据在侧面约2 km处收集。

一条130米长的线被收集了32,768叠,并显示了三个截然不同的大直径物体,如图7中的蓝点所示。

地球物理调查数据图7
图7
GPR线收集了32,768个堆栈,清晰地显示了3个大特征 (蓝点),被解释为熔岩管或大型埋在地下的火山炸弹; 火山喷发时从火山喷出的岩石。

大大降低了随机噪声,使GPR反射图像更清晰; 这意味着很少花费时间将GPR数据处理为可解释的部分。 在此示例中,数据是如此清晰,火山学家开始在野外进行数据解释,争论成像对象的性质,无论它们是熔岩管(图8a)还是埋入的火山炸弹(图8b)的结果。

图3 gpr堆叠
图3 gpr堆叠
图8
GPR数据显示,大型地下特征被解释为熔岩管(左)或大型埋藏的火山炸弹(从火山喷出的大石头,右)。

我们看到了低频GPR数据收集中Ultra Receiver革命的开始。 超接收器是一项进步,从根本上改变了地球科学家可以使用探地雷达实现的目标。 要了解如何将Ultra Receiver整合到GPR项目中, 立即联系.

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