透地雷達(Guound Penetrating Radar)

透地雷達(Guound Penetrating Radar)
新北市立石碇高級中學地球科學科黎逸偉老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Ground-penetrating_radar

透地雷達（Guound Penetrating Radar，簡稱GPR）是一種以高頻電磁波為波源之地球物理探勘方法，可以有效的提供高解析度地下構造之形貌，為近代極為重要的地球物理探勘工具，可廣泛應用在淺層地質調查、考古調查、冰層探勘、工程調查等方面。

從1980年代開始，學者利用透地雷達的技術來探測地下構造，其儀器設備之改良與施測方法及資料處理技術，也漸趨精密成熟。1990年以後，透地雷達的研究更加蓬勃發展，許多公司都推出商業化產品，使透地雷達探勘不僅應用在學術研究上，也逐漸為工程界、考古界所使用。如偵測岩體中裂縫之回波、地下管線與水槽的辨析、油污農藥等稠密非水相液體污染之追蹤定位、考古調查等，都展現了透地雷達未來發展的各種可能性。

透地雷達探測方法原理與震測中之反射震測（Reflection seismicmethod）原理十分相似，均是透過波動的反射訊號，來推論地下構造，其差別只在於反射震測使用的是地震波，而透地雷達用的是電磁波。其原理為電磁波射入地下或建築結構體內，遇到介電常數的不連續面，有部分的能量會反射回來，分析反射波到達的時間，即可重構出地下構造，如圖一。

圖一、透地雷達測勘原理。ε1：上地層的相對介電常數，ε2：下地層的相對介電常數。

一般透地雷達測勘可分為固定發射天線（Tx）與接收天線 （Rx）的等支距（monostatic）測勘，以及不固定發射天線與接收天線的分離支距（bistatic）測勘兩種方式。等支距的全罩式天線可以隔離 來自天線上方的雜訊，同時具有施測方便快速、信號解讀容易的優點。而分離支距測勘則可以用來分析地層速度模型，以幫助我們計算反射信號的深度。

透地雷達在施測上具有非破壞性的優點，雷達天線不需插入地下，在堅硬的地表也能使用，再加上儀器本身輕巧，易攜帶，只要1?2人即可操作，相較於震波測勘，具有低成本、高解析度的優點，故在極淺層地球物理探勘領域中成為一股新興的勢力，已逐漸成為主流的測勘方法之一。

參考文獻：
Jeng, et al., 2011. Application of sub-image multiresolution analysis of ground-penetrating radar data in a study of shallow structures. J. Applied Geophysics, V. 73, p. 251-260.