钻孔雷达探测中盲目标的致盲机理及探测方法研究

As a detection method with large depth and high resolution, borehole radar has great potential application in many aspects, such as engineering and environment, nuclear waste storage, mineral vein tracing and dangerous geological body detection and prediction. However, due to the limitation of the small observation space and rigid observation parameters in single-hole detection, there are many blind targets around boreholes, which affect the detection ability of borehole radar. The project intends to investigate the blind target mechanism and the detection method in the borehole radar detection. By using the methods of theoretical analysis, numerical simulation and physical experiment, we analyze the radar signal response characteristics of various faults, fractures, caves (karst), lithologic interface in three-dimensional space, and discover the mechanism leading to blind targets, determining the connotation and types of blind targets. Aiming at all kinds of specific geological targets, we adjust and optimize various observation parameters, study the detection theory based on the scattering center, and establish the detection method for blind targets. By using the synthetic and experimental data to further test the proposed new method and theory, the correctness and reliability of the proposed method and theory are finally proved. The development of the research will further improve the theory of borehole radar detection, and improve the borehole radar detection technology to a new level.

作为一种大深度高分辨率的探测方法，钻孔雷达在工程环境、核废料存储、采矿过程中矿脉追踪及危险地质体探测预报等诸多领域存在巨大潜在应用价值。然而，由于单孔探测中狭小的观测空间以及僵化的观测参数等因素的限制，在钻孔周围存在许多无法探测到的盲目标，影响了钻孔雷达的探测能力。项目拟开展钻孔雷达探测中盲目标的致盲机理及探测方法的研究。利用理论分析、数值模拟和物理实验的方法，分析三维空间中各种断层、裂缝、孔（溶）洞、岩性界面等地质目标所对应的雷达信号响应特征，探索发现盲目标的存在规律，厘定盲目标的内涵和类型，阐明盲目标的致盲机理。针对各种特定地质目标，调整优化各种观测参数，研究基于“散射中心”的探测理论，确立针对盲目标的探测方法。利用模拟和实验数据进一步检验提出的新方法理论，不断调整并最终证明方法理论的正确性和可靠性。研究的开展将进一步完善丰富钻孔雷达探测的理论，将钻孔雷达探测技术提高到一个新的水平。

钻孔雷达工作在钻孔环境中，在实现大深度、高精度探测的同时，也受其特有的观测系统影响。某些地质目标因为观测条件而探测不到，或者只能探测到整体目标的一部分称为“盲目标”。目前，钻孔雷达特有的观测系统及其与地质目标之间的关系对目标体的可探测性的影响还不是很清楚，盲目标的致盲机理也不清楚，盲目标的内涵和类型也没有厘定清楚，这些问题的存在影响了该项技术的发挥。因此有必要从理论上研究盲目标的致盲机理以及如何使这些盲目标变得可探测，从而提高钻孔雷达的探测能力，消除探测中的不确定性，使钻孔雷达成为真正的物探利器。..本项目利用理论分析、数值模拟及物理实验结合的方法系统研究钻孔雷达探测中盲目标的致盲机理。首先，根据钻孔雷达探测的典型地质体特征，提出了基于随机粗糙表面的地质体建模方法。其次，实现了多种网格剖分技术的时域有限差分方法，进而提出了基于多重网格的时域有限差分方法。然后，根据钻孔雷达探测特点，实现了常规钻孔雷达、定向钻孔雷达在内的多种数值模拟和数据处理流程，并进行了大量的数值模拟实验。最后，利用数值模拟结果，结合理论分析以及物理实验，整理并提出了盲目标的致盲机理理论。利用致盲机理理论，我们提出了利用基于散射中心理论以及改变仪器的观测条件的盲目标的探测方法，使井旁一定范围内的盲目标变得可探测。该研究完善并提高钻孔雷达探测的理论水平，推动钻孔雷达技术的进步。