低频探地雷达探测冻土带天然气水合物的正演模拟与可行性分析

"低频探地雷达探测冻土带天然气水合物正演模拟研究_白大为.pdf" 本文深入探讨了使用低频探地雷达（Ground-Penetrating Radar，GPR）在青藏高原冻土带环境中探测天然气水合物的可能性与关键参数。作者通过理论计算和正演模拟，分析了探地雷达在冻土带环境下探测的深度、分辨率以及反射特征，旨在为实际勘探提供指导。 首先，基于雷达测距方程，研究揭示了探地雷达最大探测深度与发射频率、地下介质电阻率和介电常数之间的关系。发射频率较低时，雷达波能够穿透更深的地层，而冻土带的高电阻率和特定介电常数则影响着雷达波的传播和反射。通过计算，他们得出结论：当中心频率小于等于15 MHz，系统增益大于165 dB时，低频探地雷达在电阻率较高的冻土区域能有效探测到天然气水合物储层。 其次，针对分辨率问题，文章进行了详细的分析。通过低频探地雷达的分辨率计算和仿真模拟，研究发现，在200米的大尺度范围内，雷达系统可以达到探测深度1%的广义分辨率。这表明在满足特定条件的情况下，低频探地雷达具备在大区域内精确识别地层结构的能力。 再者，作者借鉴木里地区已知的天然气水合物情况，构建了冻土和天然气水合物的地质模型。利用时间域有限差分（Finite-Difference Time-Domain，FDTD）方法进行二维正演模拟。结果显示，探地雷达信号在冻土带底部、天然气水合物顶部和底部都有显著的强振幅和频率突变特征，这些特征有助于识别天然气水合物的存在。 该研究认为低频探地雷达直接探测冻土带天然气水合物是可行的技术手段。这种方法不仅可以提供探测深度和分辨率的理论依据，还通过正演模拟验证了其在实际应用中的有效性。这为未来冻土带天然气水合物的勘探提供了新的技术途径，对于理解冻土带的地质结构和资源评估具有重要意义。