Методы повышения информативности при интерпретации георадарных данных

В последнее время метод георадиолокации широко используется при решении широкого спектра задач: при обследовании инженерных сооружении, в археологии, при поиске и картировании скрытых подземных коммуникаций, как наиболее мобильный, относительно малозатратный, неразрушающий метод исследований.

В статье предлагается несколько методик площадных наблюдений, применяемых при обследовании существующих инженерных сооружений с помощью георадара с целью повышения информативности при интерпретации георадарных данных, а также наглядного представления полученных результатов съемки.

Для успешного проведения геофизических исследований необходимо составить план участка работ и осуществить его точную привязку к уже имеющемуся плану на местности.

Для определения наличия, планового положения и глубины залегания скрытых фундаментов утраченных строений, представляющих историческую ценность, и подземных коммуникаций существует несколько способов выполнения площадной съемки методом георадиолокации.

Ранее георадарная съемка выполнялась по сети параллельных профилей, расположенных с шагом от 0,3 м до 1 м. Каждый профиль выполнялся прямолинейно вдоль натянутого шнура либо по заранее выполненной разметке цветными мелками, баллончиком с краской, либо по характерным элементам поверхности участка. Для дополнительной привязки георадарных профилей на местности обычно использовали специальную разметочную ленту, либо размеченную веревку. При этом в процессе выполнения георадарного сканирования устанавливались специальные метки на радарограмме каждый раз при пересечении разметочной ленты. Подобный способ в дальнейшем позволял использовать данные метки при уточнении местоположения каждого параллельного профиля и достоверного построения 3D модели (рис. 1).

Рис.1. Корректировка параллельных георадарных профилей относительно разметочной ленты (веревки)

Применение подобной методики площадной системы наблюдений при обследовании на территории Воскресенского Ново-Иерусалимского монастыря позволило успешно решить задачу по выделению планового положения и глубины залегания фундаментов представляющих историческую ценность утраченных строений, поиску захоронений и подземных коммуникаций. Георадиолокационные работы проводились с использованием антенного блока с центральной частотой 400 МГц. Реализованная система наблюдений позволила в дальнейшем использовать для анализа 3D представление данных. При этом анализ отдельных радарограмм не позволил выделить искомые объекты, а также в общем представить расположение и протяженность всех строений в плане (рис. 2).

Рис. 2. Один из продольных георадарных профилей, выполненных при обследовании территории Воскресенского Ново-Иерусалимского монастыря

В данном случае наиболее информативными оказались результаты, представленные в виде горизонтальных амплитудных срезов по каждому участку (рис. 3). Аномалии, имеющие четкую геометрическую форму и соответствующие, по нашему мнению, контурам древних фундаментов, наилучшим образом проявляются на глубине от 0,7 до 1,2 м. По результатам геофизических работ был составлен план расположения объектов, что позволило оптимизировать работу археологов. Все геофизические построения совпали с полученными впоследствии данными археологических раскопок (рис. 4).

Рис.3. Срез выполнен на глубине около 60 см от поверхности. Контурами выделены фундаменты следующих строений: 1. Здание, примыкающее к музею. 2. Предположительно, Белокаменная келья. 3, 4. Постройки XVII в. «Старый дворец» и Каменные палаты 5. Постройки середины XVIII в. «Новый государев дворец»

Рис.4. Результат археологических раскопок «Старого дворца»

Таким образом, применяя при георадарном обследовании методику площадной съемки по отдельным параллельным профилям, возможно получить положительный результат, но данная методика съемки является достаточно трудозатратной, требует большого числа людей для выполнения каждого профиля. При обработке отснятого материала и построении 3D модели необходимо дополнительно выполнять точную привязку и уточнять местоположение каждого профиля, выполнять обработку каждого отдельного профиля, что значительно увеличивает сроки получения окончательного результата геофизических работ.

В последнее время для площадных георадиолокационных работ широко используется специализированный георадарный комплекс на базе двухчастотного антенного блока АБ-250/700МЕ. Применение данного антенного блока позволяет вести одновременно сканирование на частотах 700 МГц и 250 МГц, что обеспечивает возможность детального обследования верхней части разреза (канал 700 МГц) с одновременным обнаружением локальных объектов и определением геологического строения обследуемого участка на глубину до 8 метров (канал 250 МГц). Применение такого комплекса значительно облегчает работу оператора во время выполнения полевых работ. Для работы с комплексом в полевых условиях достаточно одного человека. Обработка отснятых георадарных данных и получение результатов георадарной съемки в виде горизонтальных срезов, выполненных на необходимой глубине, также не представляет затруднений для специалиста-геофизика и не требует значительных временных затрат.

Выполняя георадарное обследование значительных по площади объектов с помощью специализированного комплекса, возможно сканирование как без изменения направления движения антенного блока (галсами), так и с изменением направления движения антенного блока («змейкой») (рис. 5). При этом расстояние между каждым параллельным участком профиля составляет также 0,3 – 1 м.

Рис.5. Способы выполнения георадарного сканирования: слева – галсами, справа – «змейкой»

Также возможны другие способы площадного георадарного сканирования, например, сканирование по спирали (рис.6).

Рис.6. Вариант выполнения георадарного сканирования движением по спирали

Все указанные способы выполнения площадной системы наблюдений позволяют в дальнейшем использовать полученные данные для анализа и представления в виде 3D моделей с выполненными горизонтальными срезами на необходимой глубине с целью наглядного выделения аномалий от локальных объектов, либо участков с нарушенной однородностью.

Применение площадной георадарной съемки железобетонного моста с использованием специализированного комплекса с антенным блоком с центральной частотой 1700 МГц позволяет наглядно представить его строение, выделить основные конструктивные элементы на горизонтальных срезах, области нарушения, дефекты в твердом бетонном покрытии, распространенные в плане.

Так, например, при анализе отдельной радарограммы возможно выделение основных конструктивных элементов моста (рис. 7), определение толщины верхнего слоя асфальтобетона, выделение изменения положения уровня армирования с глубиной. При представлении отснятого материала в виде 3D с выполненными на необходимой глубине горизонтальными срезами (рис. 8) возможно выделение в плане участков нарушения слоя гидроизоляции, расположенного между верхним асфальтобетонным покрытием и плитами железобетона.

Рис. 7. Фрагмент радарограммы при обследовании железобетонного моста с АБ-1700

Рис.8. Объемная модель. Срез выполнен на глубине около 25 см от поверхности

Для обследования локальных участков бетонных конструкций, отдельных фрагментов плит на предмет выделения зон повышенной влажности, областей трещиноватости, разуплотнения в толще искусственных инженерных сооружений возможно выполнять георадарную съемку по системе ортогональных профилей с помощью высокочастотных антенных блоков с использованием разметочного коврика (рис. 9).

Рис.9. Георадарное сканирование бетонной плиты

Такое обследование позволяет выполнять детальную систему наблюдений с шагом между параллельными профилями 5 – 10 см, при этом все профили имеют точную привязку. Применяемое программное обеспечение для обработки отснятого материала по такой системе профилей позволяет построить наглядную трехмерную модель отснятого фрагмента бетонной плиты и выделить все конструктивные элементы, трещины, дефекты, аномальные зоны как внутри бетонной конструкции, так и на контакте бетонной плиты с грунтовым основанием.

Таким образом, применение ортогональной сети наблюдений с использованием специализированного комплекса с двухчастотным антенным блоком при выполнении площадного георадарного обследования на местности, либо с использованием высокочастотного антенного блока при обследовании локальных участков бетонных конструкций, не только помогает значительно облегчить привязку обследованного участка и сократить время выполнения полевых и камеральных работ (в отличие от выполнения георадарного сканирования по отдельным параллельным профилям), но и существенно повышает информативность при интерпретации георадарных данных.

Выполненные горизонтальные срезы на необходимой глубине позволяют наилучшим образом представить результаты геофизической съемки: выделить распространение в плане существующих инженерных сооружений и коммуникаций, помогают выделить и закартировать расположение скрытых фундаментов, захоронений, дефектов в бетонных конструкциях, областей повышенной влажности и зоны разуплотнения на контакте железобетонных плит с насыпными грунтами.