不同水分条件下粗砂土剖面中目标物的GPR图像特征及其解译-土壤.PDF

土 壤 (Soils), 2009, 41 (1): 1 12~ 117 不同水分条件下粗砂土剖面中目标物的 ① GPR 图像特征及其解译 刘恒柏1, ，2 1 1 * 1 1, ，2 ， 朱安宁 ， 张佳宝 ， 刘建立 ， 信秀丽 （1 封丘农田生态系统国家试验站，土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院 南京土壤研究所），南京 210008 ；2 中国科学院研究生院，北京 100049） 摘 要： 通过粗砂土人工土槽试验，研究了不同水分处理下土壤剖面中目标物探地雷达波形态特征的变化及其解译。结 果表明，采用 500 MHz 中心频率天线采集 GPR 数据，可以获取不同水分条件下粗砂土 1 m 土体内介电性质异常的目标物较 高分辨率的形态特征和位置信息数据；土壤含水量的增加会导致土壤中目标物界面反射信号强度减弱、双程走时增加以及目标 物 GPR 图像形态特征的变化；在土壤性质、水分条件较均一的情况下，利用 GPR 数据通过时间－深度转换可以准确地确定 目标物的埋藏深度。 关键词： 探地雷达；粗砂土；土壤水分；解译 中图分类号： S152 土壤剖面特征信息的认知是农学、土壤学等相关 同水分条件下粗砂土剖面中目标物的 GPR 图像特征 科学研究以及农田科学管理的重要基础，特别是农田 及其解译展开研究，为实现农田土壤剖面特征信息的 水分、污染物等溶质迁移精确模拟所必需的基础数 GPR 探测提供理论和技术支撑。 据。机械开挖和钻孔取样是最直接和最原始的认知土 1 材料和方法 壤剖面信息的方法，但是耗时费力，且明显存在空间 尺度上的局限性。；20 世纪人类在视觉以外的空间上 1.1 试验设计 的延伸主要得益于电磁波应用技术的发展[1] ，探地雷 1.1.1 试验设置 试验在中国科学院封丘农业生 达（ground penetrating radar, GPR ）技术就是一种利 态试验站内进行。供试土壤为黄河沉积物粗砂土，其 用电磁波原理解决各种地下目标探测问题的空间成 粗砂、砂粒、粉粒、黏粒分布分别为 34.23%、58.35%、 像技术。 3.44%、1.90% （参照国际分类制）。土壤风干后按1.3 近 20 年来，随着数字信号处理技术和电子器件水 mg/cm3 填入一人工水泥槽（长×宽×深：2 m × 1 m × 平的提高，探地雷达在地质调查、冰河学领域、工程 0.98 m ）。在槽北端土壤剖面0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 m - 和建筑学领域、考古学领域等已得到广泛应用[2 4] 。20 深度分别埋设美国 SEC 公司 6005CL2 型埋入式 TDR 世纪 90 年代中期以来，外国学者利用 GPR 对土壤层