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研究生:黃泰民
論文名稱:利用錯位格點有限差分法模擬定雷達野外資料
指導教授:陳浩維陳浩維引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:地震研究所
學門:自然科學學門
學類:地球科學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1995
畢業學年度:83
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:地雷達二維理論
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本研究目的乃針對透地雷達(G.P.R.)資料從事二維理論與數值模擬的探討。透地雷達是利用雷達波(電磁波)應用在淺層探勘的儀器,它所使用的頻率高達109 Hz。由於一般地表物質的過渡頻率(Transition frequency,fι)約為0.01至71 MHz,透地雷達一般所使用的頻率約25至1000 MHz,因此以位移電流為主要物理現象,故本研究以模擬電磁波的波傳遞為首要目標,其中又以橫向電波(Transverse electric wave,簡稱TE 波)為主。由於受到不同淺層地質環境影響,雷達波衰減效應極為明顯,因此在模擬時應當把衰減現象考慮進去。
本研究的數值方法係利用錯位格點有限差分法(Staggered-grid finite difference method),在空間差分上採用四階微分,在時間差分上則以顯性二階微分為主。邊界的處理,本研究則採用吸收及衰減機制混合處理方式,換言之,在計算區域外,多加人工區域,此區域採複合式吸收邊界,包括單向波傳吸收邊界、阻尼吸收邊界及利用本身的衰減機制消除不必要的能量。單向式吸收邊界由固定式及活動式吸收邊界所組成,兩者間的間隔吸收的效果,要配合使用主要的頻寬而機動性的調整兩者間的間隔,以達到最佳吸收效果。阻尼吸收邊界及利用本身的衰減機制是輔助單向式吸收邊界的不足,以達到完全消除由邊界反射出來的波場。自由邊界條件則採以自由邊界上電場均為零。
本研究依據電性速度、相對介電係數、耗損正切及衰減係數定義電性數值模型,並進行波傳和雷達合成時間剖面模擬。我們的研究顯示,由於土壤及岩性種類的不同會造成電磁波的反射、折射及散射現象。振幅的變化則受到電性速度及耗損正切的影響,特別是含水岩層、金屬導體,都有較佳的反射訊號。由模擬出來的雷達合成剖面可看出,除了地層電性速度不同時,有反射訊號外,耗損正切對比極大時,也有反射訊號。我們試圖以各種不同的地質環境模擬雷達波的電場反應,並針對管線、地下水層、考古及地質調查為例,模擬共炸點(Common-shot)、等支距(Constant-offset)及零支距(Zero-offset)的雷達合成時間剖面。最後,透過實際野外資料的模擬,證實了本法的實用性與可行性。經由數值計算所得到的合成雷達時間剖面與資料的比對結果,我們可得到淺地層結構的電性速度分布與耗損正切的變化。由於雷達波需穿透地表下之礫石層(約0.5米厚)及含不同成份的黏土層,衰減的現象極為明顯。

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