Целью георадарного исследования, результаты которого представлены в данной публикации, является уточнение геологического разреза на участке автомагистрали в районе пересчения одной из малых московских рек. В районе георадарного исследования река протекает под землёй, заключённая в железобетонный коллектор – см. фото ниже.

Профилирование производилось георадаром с антенной 25 МГц. Выбор низкочастотной антенны обусловлен требованием технического задания обеспечить глубину георадарного исследования до двух десятков метров. Подобные низкочастотные антенны имеют достаточно крупные габариты и по этой причине экранировка от помех таких антенн конструктивно не предусмотрена. На рисунке ниже представлен спутниковый снимок участка работ, на котором красной линией показано положение георадарного профиля.

На рисунке ниже показан необработанный результат георадарного профилирования.

В подобных случаях повысить информативность результатов георадарного исследования позволяет переход от представления данных о подповерхностной среде в виде совокупности амплитуд отражённых сигналов в форме радарограммы к совокупности характеристик среды или волнового поля, отражённого этой средой, которая представлена в виде разреза атрибута. Для этой цели в программном комплексе ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ реализован автоматизированный анализ поля обратного рассеяния BSEF (Back-Scattering Electromagnetic Field). 

Выбор атрибута разреза обуславливается грунтовыми условиями и задачей георадарного исследования. Наиболее часто используемый атрибут – это действительная часть комплексной относительной диэлектрической проницаемости (далее – диэлектрической проницаемости, или ДП). Значение ДП показывает, во сколько раз скорость распространения электромагнитной волны в среде меньше, чем в вакууме. На основе значений ДП можно рассчитать влажность грунта, например, используя формулу Топпа [Topp, G.C., Davis, J.L., and Annan, A.P., 1980, Electromagnetic determination of soil water content: measurements in coaxial transmission lines: Water Resour. Res., v. 16, p. 574–582.] Но иногда бывает так, что разрез диэлектрической проницаемости не может в полной мере предоставить информацию о строении исследуемой среды. В качестве примера такого случая на рисунке ниже представлен разрез диэлектрической проницаемости по рассматриваемому георадарному профилю.

Причинами малой информативности разреза диэлектрической проницаемости могут являться высокое затухание сигнала георадара в среде, рассогласование антенны со средой, в условиях которого мощность излучаемого импульса заметно снижается, а также взаимопроникновение материалов контактирующих слоев. В случае взаимопроникновения, граница между соседними слоями размыта, на такой границе отсутствует резкое изменение диэлектрической проницаемости, которое необходимо для формирования отражённой волны. 

В подобных условиях, для изучения строения подповерхностной среды эффективно использовать частотные атрибуты - например, центральную частоту спектра отражённого сигнала. Различные по составу и степени влажности слои обладают различным воздействием на амплитудно-частотную характеристику проходящего через эти слои зондирующего импульса георадара – т.е. каждый слой подповерхностой среды можно рассматривать как частотный фильтр со своей полосой пропускания. Частотные атрибуты достаточно чувствительны к изменению электрофизических характеристик подповерхностных слоёв. Область разреза частотного атрибута, обладающая близкими значениями атрибута, можно интерпретировать как один слой. 

На рисунке ниже показан разрез центральной частоты спектра отражённых сигналов, созданный по результатам автоматизированного анализа BSEF программным комплексом ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ и интерпретация этого разреза.

В отличие от разреза диэлектрической проницаемости, на разрезе центральной частоты уверенно прослеживается палеорельеф, значительная часть которого представляет собой погребённое палеорусло подземной речки. Дно палеорусла на разрезе выделено пунктирной линией. Прямоугольником голубого цвета на разрезе показано примерное положение подземного речного коллектора. Информация о местонахождении коллектора было взято из архивных источников. Более точно определить положение центральной оси коллектора можно по графику средних значений частоты по рассматриваемому разрезу, созданному в модуле статистического анализа программного комплекса ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ. 

Модуль статистического анализа предназначен для обобщения результатов георадарного профилирования и наглядного представления изменчивости георадиолокационной информации. При помощи результатов статистического анализа, представленных в виде таблиц и графиков, можно устанавливать взаимосвязь между физико-механическими характеристиками исследуемой среды (например, грунтов или строительных конструкций) и различными статистическими показателями, формируя, таким образом, совокупность признаков, которую можно применять в дальнейшем для оценки состояния аналогичных объектов. 

Кроме того, графики статистических атрибутов могут быть использованы для уточнения положения подповерхностных объектов на георадарном профиле по положению локальных экстремумов. На рисунке ниже показан график средних значений частоты по рассматриваемому разрезу.

Локальный экстремум графика, соответствующий положению центральной оси коллектора, находится на расстоянии 24,2 м от начала профиля. Положение экстремума показано пунктирной линией. На рисунке ниже показан результат наложения разреза центральной частоты на спутниковый снимок участка исследования.

Использование программного комплекса ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ позволило решить поставленную задачу и, несмотря на низкий диэлектрический контраст разреза, получить информацию о строении исследуемого участка. Без применения метода автоматизированного анализа поля обратного рассеяния BSEF, данное георадарное исследование пришлось бы признать неудачным и прибегнуть к более затратным методам геофизических исследований, к тому же обладающим более низкой, по сравнению с методом георадиолокации, разрешающей способностью.