Z uwagi na zakresy częstotliwościowe anten i tłumienie fali elektromagnetycznej w ośrodku geologicznym georadar jest szczególnie predysponowany do badania wierzchniej warstwy skorupy ziemskiej. Przy niskoczęstotliwościowych antenach i korzystnych warunkach geologicznych można zarejestrować refleksy użyteczne z głębokości około 60m (jedynie w lodzie można zarejestrować sygnał użyteczny z imponujacych głębokości kilkuset metrów). Oczywiście cały czas należy pamiętać o kompromisie pomiędzy rozdzielczością pomiaru i zasięgiem głębokościowym georadaru. Tak więc, szczególnie dobrze georadar może służyć do:

• badań płytko zalegających warstw geologicznych,
• badań geotechniczno-inżynierskich,
• badań z dziedziny ekologii,
• innych badań (np. w archeologii, geofizyce wiertniczej, w kryminalistyce).

Do rozpoznania budowy geologicznej warstw przypowierzchniowych z reguły używa się anten niskoczęstotliwościowych (do ok. 100MHz). W szczególności, georadar pozwala na określenie profilu litologicznego utworów przypowierzchniowych, umożliwia wyznaczenie granicy skały macierzystej i nadkładu. Szczególnie dobre rezultaty metoda georadarowa daje w utworach piaszczystych, żwirach. Domieszki materiałów ilastych, gliniastych, zmineralizowanej wody powodują wzrost tłumienia fali elektromagnetycznej, a co za tym idzie maleje zasięg głębokościowy metody. Za pomocą metody georadarowej można zlokalizować szczeliny, pęknięcia, uskoki. Oczywiście szczeliny i pęknięcia, z uwagi na niewielkie rozmiary, lokalizujemy za pomocą anten wysokoczęstotliwościowych. Bardzo często robi się pomiary georadarowe w kamieniołomach, przesuwając anteny wprost po ścianach odkrywki. Wyniki tych pomiarów mają duże znaczenie dla zaplanowania kierunków dalszej eksploatacji. W korzystnych warunkach geologicznych za pomocą georadaru można wyznaczyć zwierciadło wód gruntowych. Bardzo dobre wyniki otrzymuje się badając warstwowanie utworów osadowych. Badania georadarowe prowadzi się również na torfowiskach, próbując wyznaczyć ich zasięg i głębokość. Próbuje się także badać osady denne płytkich zbiorników wodnych.

Można powiedzieć, że georadar najlepiej nadaje się do rozwiązywania problemów inżynierskich. W szczególności mogą to być następujące zagadnienia:

• lokalizacja rur i kabli,
• poszukiwanie pustek,
• badanie pasów startowych lotnisk, dróg, autostrad, nasypów kolejowych,
• poszukiwanie prętów zbrojeniowych w ścianach, stropach,
• lokalizacja wycieków różnych substancji z rurociągów.

Szczególnie dokładnie georadar lokalizuje wszelkiego rodzaju rury (gazowe, wodociągowe, odprowadzające ścieki), kable (telefoniczne, zasilające, i in.) i tym podobne obiekty o liniowym, wydłużonym kształcie. Metoda georadarowa, jako jedna z niewielu metod geofizycznych, pozwala na lokalizację rur plastikowych (zrobionych z PCV). We wszystkich tych przypadkach efekt od rury tworzy na echogramie charakterystyczną hiperbolę. W wierzchołku tej hiperboli leży poszukiwana rura. Do lokalizacji rur, kabli, itp. najlepiej nadają się anteny średnio i wysokoczęstotliwościowe. Za pomocą metody georadarowej można bardzo dobrze wykrywać wszelkiego rodzaju pustki (zarówno pochodzenia antropogenicznego), jak i naturalnego (np. krasowego). Równie dobrze za pomocą georadaru można wykrywać wszelkiego rodzaju tunele i kanały. Georadarem można też na przykład lokalizować pozostałości starych szybów górniczych zasypane kilkumetrową warstwą ziemi.

fot.: RoadScanners

Road Doctor Survey Van - RDSV

fot.: RoadScanners

RDSV - wyniki

W ostatnich latach, dzięki rozwojowi technologicznemu aparatury radarowej, otwarła się przed metodą georadarową jeszcze jedna możliwość wykorzystania: szybkie i wydajne badanie pasów startowych lotnisk, autostrad, dróg, nasypów kolejowych, chodników, itp. Celem badań georadarowych na drogach jest poszukiwanie spękań, wymyć, szczelin, pustek w podłożu. Pęknięcia i szczeliny w podbudowie mogą powodować osiadanie drogi i pękanie nawierzchni. Lotniska, autostrady, nasypy kolejowe, chodniki są zbudowane podobnie i mogą na nich występować te same problemy. Badania georadarowe wykonuje się także na mostach i wiaduktach, zaporach betonowych, badając stan techniczny nawierzchni.

fot.: Sensors & Software

Badanie rurociągu georadarem SPIDAR

Ponadto szczelinami może migrować woda, która w zimie zamarza i powoduje powstanie kolejnych szczelin. Bada się georadarem betonowe obwałowania zbiorników wodnych. Tam, gdzie mamy do czynienia ze zbrojonym betonem, na wskutek korozji prętów zbrojeniowych może nastąpić rozwarstwienie betonu. Taką laminację betonu również możemy wykryć za pomocą metody georadarowej. Anteny o jeszcze większej rozdzielczości (od 1GHz w górę) mogą być przeznaczone do badania parocentymetrowej warstwy asfaltu, betonu, badania stanu zbrojenia, lokalizowania prętów zbrojeniowych w ścianach, stropach, lokalizacji różnych przewodów, rur, itp. Georadar może też posłużyć do lokalizowania pęknięć w ścianach, wyznaczenia stref zmienionych (np. zawilgoconych, zagrzybionych).

Podejmowane są również próby zastosowania georadaru do wykrywania wycieków z nieszczelnych instalacji, rurociągów wodnych, itp. W takich przypadkach profil wykonuje się wzdłuż rurociągu, w niewielkiej odległości od niego. W strefach wycieku znacznie wzrasta wilgotność gleby (rośnie tłumienie fali e.m.). Georadarem można nawet badać rurociąg z jego wnętrza. Na zdjęciu konstrukcja zaprojektowana przez firmę Sensors & Software. W tym przypadku istotny jest dokładny kontakt anteny z powierzchnią rurociągu, a także prowadzenie anteny w tym samym położeniu.

W ostatnich latach bardzo popularne stało się zastosowanie metody georadarowej do rozwiązywania problemów ekologicznych. Problemy te można podzielić na kilka grup: zlokalizowanie różnych obiektów pochodzenia antropogenicznego zakopanych w ziemi (beczki, zbiorniki, itp.), określenie granic stref zanieczyszczonych wyciekami substancji organicznych i nieorganicznych, i inne. Pierwszy z tych problemów jest dość łatwy do rozwiązania. Za pomocą metody georadarowej z dużą precyzją można lokalizować pojedyncze obiekty zakopane w ziemi. W tym wypadku jedynym problemem jest wykonanie odpowiednio gęstej sieci pomiarowej. Natomiast lokalizacja stref skażonych dopiero w ostatnich latach doczekała się pierwszych prób rozwiązania. Wyznaczono kilka kryteriów, jakim podlega fala elektromagnetyczna w ośrodku zanieczyszczonym. Otrzymane rezultaty nie są jednak zbyt pewne.

Oprócz wymienionych powyżej zastosowań, metodę georadarową można stosować jeszcze w wielu różnorodnych dziedzinach (archeologii, górnictwie, geofizyce wiertniczej i innych). Na świecie, w badaniach archeologicznych powszechnie używane są dwie metody geofizyczne: metoda georadarowa i metoda elektrooporowa. Przy użyciu georadaru można wykryć stare fosy, obwałowania, cmentarzyska, pozostałości grodzisk, murów, kopce pogrzebowe i inne. Bardzo często wyjątkowo wyraźnie widoczne są na echogramach granice pomiędzy warstwami kulturowymi. Z reguły obiekty archeologiczne znajdują się na głębokości do około 15m, tak więc stosując niskoczęstotliwościowe anteny możemy z powodzeniem próbować je lokalizować. Zaletą stosowania metody georadarowej w archeologii jest po pierwsze jej szybkość, po drugie precyzja pomiarów, po trzecie zaś możliwość wstępnego rozpoznania położenia obiektów wkopanych w ziemię bez konieczności prowadzenia kosztownych, wykopaliskowych poszukiwań na stanowisku tzw. metodą próbkowania (pokrycie powierzchni stanowiska dużą liczbą niewielkich wykopów sondażowych).

fot.: 3D-Radar

Miny przeciwczołgowe
na przekroju czasowym

Pojazd do wykrywania min - Husky

Na obszarach konfliktów zbrojnych georadary od lat używane są do lokalizacji min (obecnie wykonywanych głównie z materiałów niemetalicznych). Georadary (często z innymi detektorami) instaluje się na pojazdach samojezdnych, bądź też na pojazdach opancerzonych.

Pomiar w otworze wiertniczym

W geofizyce górniczej georadar może być szczególnie przydatny do określenia budowy złoża, a więc wyznaczenia granic złoża i skały płonej, wyznaczenia stref uskokowych, zlokalizowania spękań, pustek i innych. Szczególnie dobre rezultaty metoda georadarowa daje w kopalniach soli z uwagi na doskonałą propagację fali e.m. w takich utworach. Można również georadarem śledzić rozwój szczelin w stropie wyrobiska. Na świecie bardzo często w kopalniach wykonuje się prześwietlania georadarowe. Prześwietla się np. filary oporowe w celu określenia ich struktury, zwięzłości, ponadto można wykonywać prześwietlania międzychodnikowe niskoczęstotliwościowymi antenami. Z dużym powodzeniem metodę georadarową stosuje się również w kopalniach odkrywkowych: siarki węgla brunatnego (określanie grubości pokładów, granic litologicznych) i innych.

W geofizyce wiertniczej metoda georadarowa dopiero rozpoczyna swoją karierę. Metodę georadarową w geofizyce otworowej można stosować w różnych wariantach. W jednym z tych wariantów antena nadawcza spoczywa na powierzchni gruntu, a antena odbiorcza znajduje się w otworze wiertniczym. W innym wariancie, najbardziej popularnym, obie anteny znajdują się w jednym otworze wiertniczym. Wreszcie, wykonuje się są także prześwietlania międzyotworowe (obie anteny poruszają się równocześnie lub jedna z nich spoczywa w jednym punkcie, a druga się porusza). Większość anten stosowanych w geofizyce otworowej ma charakterystykę dookólną, określenie azymutu powierzchni odbijającej jest więc niemożliwe. Możliwe jest jedynie określenie odległości do reflektora. Niektóre firmy konstruują bardzo kosztowne anteny kierunkowe.

fot.: Weilin Li, Jian Wen

Badanie spróchniałych pni drzew

fot.: Sensors & Software

Ekstremalnie duży zasięg na lodowcu
pulseEKKO, anteny 25MHz

W połowie lat siedemdziesiątych, na początku okresu dynamicznego rozwoju metod georadarowych, szczególnie chętnie stosowano georadar do badania struktury śniegu i lodu, do badania lodowców. Na echogramie pokazano echogram zarejestrowany współcześnie na lodowcu Touchdown na Antarktydzie przy użyciu anten 25MHz (kanadyjski georadar pulseEKKO). Wynik charakteryzuje sie ekstremalnie dużym zasięgiem głębokościowym, przekraczającym 850m.

W ostatnich latach policja w wielu krajach używa georadarów do poszukiwania zakopanych zwłok, ofiar masowych mordów z okresu II Wojny Światowej. Najbardziej chyba niezwykłym zastosowaniem metody georadarowej jest badanie drzew i drewnianych słupów (np. telefonicznych) w celu zlokalizowania stref spróchniałych i zniszczonych przez korniki.

Georadar RIMFAX na Marsie

Bardzo nietypowym miejscem, w którym wykonywano pomiary georadarowe byl Mars. 18 lutego 2021 na Marsie wylądował lądownik z łazikiem Perseverance (pol. "Wytrwałość"). Zainstalowano na nim georadar RIMFAX (Radar Imager for Mars Subsurface Experiment). Jest to radar FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) wyposażony w antenę 150-1200MHz. Zasięg głębokosciowy: około 10m. Radar wykonał wiele serii pomiarów Czerwonej Planety.