[发明专利]一种从钻孔对地下特征进行成像的装置和方法

说明书

探地雷达天线一般用于与地面接触；然而，与地面间隔的天线(例如，在地面以上的空中)也得到了发展。本发明允许从钻孔对地下特征进行成像，以便可以评估地下资源和地质结构(例如，确定其完整性)，并且可以监测补救工程。例如，可以检查结构加固(例如，向地质中注入化学物质以保持稳定性)，以发现哪里发生了问题，哪里可能还没有达到。

本发明一般涉及从钻孔对地下特征进行成像的装置和方法，并在补救工作中发现了特殊的(尽管不是唯一的)实用性。

探地雷达(GPR)是一种地球物理方法，它使用雷达脉冲对地质特征进行成像。探地雷达天线通常用于与地面接触；然而，也开发了与地面间隔开的天线(例如在地面上方的空中)。

根据本发明的第一方面，提供了一种从钻孔对地下特征进行成像的装置，该装置包括：至少一个滑块，其配置为沿钻孔纵向行进；第一探地雷达天线，位于滑块上；发射器，配置为控制第一天线辐射的发射；第二探地雷达天线，位于至少一个滑块上；接收器，配置为接受来自第二天线的信号，信号指示在第二天线处接收的辐射。

通过这种方式，可以评估地下资源和地质结构(例如，确定其完整性)，并可以监测补救工作。例如，可以检查结构加固(例如，将化学品泵入地质以保持稳定性)以查看其发生的位置以及可能尚未到达的位置。这样可以避免大量的浪费，否则多余的物资将用于尝试和确保正确的结构性能。相反，注射要实时针对每个位置量身定制。在注入化学品之前对地质进行评估还可以实现与现有地质配合工作的更有效的结构设计。

在最简单的情况下，这可能仅提供沿钻孔地质结构的一维评估。

第一天线和第二天线可以是单个收发器天线。该收发器天线可以配置为可以发射最大打开角为180度的辐射束。该辐射束可以与纵向形成直角，至少一个滑块可以配置为以纵向旋转收发天线。

通过这种方式，可以三维地绘示地下资源和地质结构，即，二维通过旋转和打开角，一维通过沿钻孔的纵向运动。特别是第二天线可以接收第一天线反射的信号。

至少一个滑块可以包括第一滑块和第二滑块。第一天线可以置于第一滑块上，第二天线可以置于第二滑块上，使得第一和第二天线彼此间隔开。

通过这种方式，可以二维地绘示地下资产和地质结构。例如如果第一和第二滑块位于不同的钻孔中，则可以绘制连接钻孔的二维图。特别是第二天线可以接收来自第一天线的传输信号。

第一和第二滑块相对彼此可以移动，使得第一和第二天线之间的间距可以改变。

通过这种方式，可以二维地绘示地下资源和地质结构。例如，当第一和第二滑块在相同的钻孔中，且两者的位置可以改变，公共中点法(CMP)可用于确定沿钻孔的距离以及任何要素与钻孔的距离。

第一和第二滑块中的每一个可以放置在各自的孔中，也可以放置在相同的孔中。

第一和第二天线可以是全向的，即配置为可以发射全方位相等的辐射束，或至少在平面内的所有方向上相等(例如与纵向成直角的平面)。该辐射束的开口角可以被认为各自为4πsr(四个pi球面度)，或360度。

然而，在替代实施例中，第一和第二天线可各自被配置成发射最大打开角为180度的辐射束，该辐射束与纵向成直角。

通过这种方式，可以三维地绘示地下资源和地质结构，即，二维通过旋转和打开角，一维通过沿钻孔的纵向运动。

成像可能仅涉及获取一个或多个雷达图。然而，在某些情况下，成像可能包括重建钻孔附近地下特征的三维模型。

钻孔可以是任何垂直、水平和/或任何斜度的钻孔。钻孔可以通过常规方法形成，例如水平定向钻孔(HDD)。该钻孔的直径可以在1到10cm之间，特别是在20到60cm之间，更特别是在25到40cm之间。即使大多数钻孔的横截面预计是圆形的，但要考虑其他几何形状，“直径”一词应据此解释，例如横截面的横向范围、平均横向范围等。