Hidrológiai Közlöny, 2013 (93. évfolyam)
2013 / 4. szám - Katona Orsolya - Sipos György - Fiala Károly - Rakonczai János - Mezősi Gábor: A georadar működése és felhasználási területei
57 KATON^^^^ntsai^^georad^nüködés^^ Az elektromágneses hullám két, egymásra merőleges síkban polarizált, egymással megegyező fázisú elektromos és mágneses hullámból áll. (Budó, 1991). A hullám terjedését a közeg mágneses, illetve elektromos tulajdonságai befolyásolják. Egy azonos fizikai tulajdonságokkal rendelkező, azaz izotróp térben (üledék, talaj, kőzet, jég stb.) a közeg elektromos, mágneses, illetve vezetési tulajdonságait az elektromos permittivitás (s), a mágneses permeabilitás (p) és az elektromos vezetőképesség (a) írja le (Daniels, 2004; Conyers, 2004; Jól, 2009). 1. Az elektromos permittivitás (e) az elektromos tér adott pontjában uralkodó elektromos eltolás (D) és elektromos térerősség (E) közötti összefüggést leíró arányossági tényező (1. egyenlet). Megmutatja, hogy a közegre milyen mértékben hat az elektromos tér, illetve a közeg mennyire képes polarizálódni az elektromos mezőben. D = s-E (1) 2. Az elektromos permittivitás a tér valamely pontjában a vákuum permittivitásának (s0) és az elektromos teret az a- dott pontban kitöltő anyag relatív permittivitásának (er) a szorzata (2. egyenlet): ^ = ^0 F_ m (2) 3. A mágneses penneabilitás (p) a fentiekhez hasonlóan a mágneses indukció (B) és a mágneses térerősség (H) között létesít kapcsolatot. Kifejezi, hogy adott mágneses térerősség mellett a vizsgált közegben milyen mértékű indukció tapasztalható (3. egyenlet): B = /u-H (3) 4. A mágneses permeabilitás az elektromos permittivitás- hoz hasonlóan két tényezőből tevődik össze; az abszolút (go) és a közegre jellemző relatív permeabilitásból (pd (4. egyenlet): P = Po 'Pr m (4) 5. Az elektromos vezetőképesség (a) az anyag fajlagos ellenállásának (p) reciprok értéke, mely az anyag szerkezetétől függő állandó (5. egyenlet). cr = — »[S] (5) P Lássuk, mi történhet a közegben a fenti fizikai paraméterek által vezérelt elektromágneses hullámokkal, és ez miként alkalmazható a felszín alatti tér térképezésre. Amikor az EM hullám két eltérő elektromágneses tulajdonsággal rendelkező közeg határára ér, akkor egy része visszaverődik, másik része a közegek határán megtörik, és belép az új közegbe. A visszaverődés, azaz reflexió sík felület esetén i- rányitott, egyenlőtlen felületen pedig szórt. Reflexió esetében a beesési és visszaverődési szöge egyenlő (4. ábra). A reflexió mértéke függ a két közeg elektromos permittivitá- sától és mágneses permeabilitásától. A refrakció, vagyis a törés (4. ábra) hátterében az áll, hogy az EM hullámok terjedési sebessége különböző közegek esetén eltérő (Jól, 2009). A terjedési sebessége (v) szintén a közeg elektromos permittivitásától és mágneses permeabilitásától függ, ahogy azt a 6. egyenlet is mutatja, ahol v az adott közegre jellemző terjedési sebesség, míg c az EM hullám terjedési sebessége vákuumban (Antal, 1980; Jarov- szky és Detlaf, 1974). Diffrakció esetén az EM hullám terjedése eltér az egyenes vonalú terjedéstől akadály vagy nyílás esetében (4. ábra). Ez teszi lehetővé, hogy a hullámok behatolnak az akadály által leárnyékolt térbe is. A diffrakció frekvenciafüggő, növekvő frekvenciánál csökken a mértéke (Antal, 1980; Budó, 1991). 4. ábra. A reflexió, refrakció, valamint a diffrakció példája sematikusan a Maros medrében készült georadar szelvényen Az EM hullámok melyek a vizsgált közegbe jutnak annak elektromágneses tulajdonságainak megfelelően, visszaverődnek, megtörnek, részben elnyelődnek, szóródnak. A felszínre visszaérkező jel a reflektor helyzetét adja meg, míg a megtört jel további reflektoroktól verődik vissza, míg a jelet nem nyeli el teljesen a közeg. A diffrakció adja meg azon lehetőséget az adatok kiértékelésében, hogy az EM hullám számára áthatolhatatlan objektum alatti részről is ily módon kapjunk információkat. A felszínen, a vevőantenna által állandóan regisztrált jel alapján a georadar idő/mélység szelvényt alkot, melyen a fenti fizikai tulajdonságoknak köszönhetően meghatározható a földtani szerkezetek, a rétegződések, vagy akármilyen objektum jelenléte. A georadar fontosabb alkalmazási területi A georadar technika robbanásszerű fejlődése az 1970-as évektől kezdve igen széleskörű és sokszínű felhasználást tesz lehetővé, melyről az 1. táblázat és a 1. ábra nyújt koránt sem teljes körű, de a leglényegesebb alkalmazásokat tartalmazó, áttekintést. Természetesen talán a legváltozatosabb felhasználás a földtudományok esetében figyelhető meg (1. táblázat). Az alkalmazások többsége eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkező rétegek, illetve az ezeket metsző vető felszínek lehatárolását célozza meg. Ebből kifolyólag a vizsgálatok az elektromágneses jel terjedése szempontjából kedvező anyagi összetételű üledékek (homok) és kőzetek (mészkő, vulkáni kőzetek) esetében a leggyakoribbak, de ehhez a körhöz sorolhatók a már klasszikusnak számító jégvastagság mérések is. A rétegtani elemzéseken túl jól használható a technika üregek azonosítására is, ilyen tekintetben a karsztos fel-
