根据顶板离层的结构特点构建了三层介质模型,通过模拟观察电磁波的传播衰减特征与覆岩介质介电常数的关系,研究相对介电常数的差异对地质雷达探测效果的影响。基于时域有限差分法,运用GPRmax软件对二维电磁波在不同介质的自由空间中的传播进行正演模拟。对4种不同性质的覆岩进行离层探测,得出当顶板离层与围岩的相对介电常数差异越大时其探测的效果更佳。使用Seeker SPR 500EX地质雷达系统进行物理模拟实验,运用Reflex W2D数据分析软件对实验结果进行分析,得到良好的探测结果。

时域有限差分法(FDTD)是一种数值模拟方法,已经被广泛应用到各种电磁问题的分析之中。介绍了有限差分法的基本原理,包括Maxwell方程和Yee氏网格、二维场中的FDTD、数值稳定条件、边界条件等;采用FDTD对二维电磁波在空间的传播进行数值模拟。从模拟结果可以看出,FDTD能够很直观地模拟电磁波在二维空间中的传播规律。