渗漏出或抛洒出的石油,在自身重力及毛细力联合作用之下,沿着固体骨架颗粒间的空隙进入包气带,使非饱和层首先遭受污染,过量石油继续下渗至地下水面以上形成自由流体,并随地下水流动进行扩散,形成更大的污染区。本文针对地下油类污染区时空演变不同阶段表现的介电特性和探地雷达异常特征开展实验和正演模拟研究,分析不同阶段污染介质遵循的介电模型,探地雷达探测剖面异常特征和描述评定方法,以图确定不同阶段的差异性,提高探地雷达资料处理的针对性和解译准确度。研究表明：(1)和清洁非饱和砂土相比,污染非饱和砂土介电常数增大,初始含水量越大,增大幅度越大。污染非饱和砂土介电常数主要受含水量控制,虽然随含油量增大介电常数相应增大,但增幅小于1。混合介电常数和各组分介电常数关系可用CRIM型公式表达。在探地雷达剖面上非饱和污染砂土表现为高幅低频异常特征,异常幅度和砂土初始含水量相关。实验显示当初始体积含水量低于10%时,异常难以识别。初始含水量越大,越易于识别异常特征。污染区走时异常并不明显。(2)呈自由流体分布的石油污染区同样表现为高幅低频异常特征,和潜水面形成的反射轴相交。随着污染区扩展,异常范围相应增大,具有良好的对应关系。由于污染区介电常数显著变小,造成对应位置含水层底部反射轴上翘现象,成为识别污染的典型标志。(3)污染物降解过程,污染区呈明显的孤立高幅低频异常特征。随着时间增长,石油污染物持续降解,污染区异常特征减弱。利用振幅能量切片法可实现污染区的三维空间描述。对比不同阶段研究结果,可以确定利用探地雷达技术对非饱和带内污染区描述较为困难,但可实现对自由流体扩散和降解阶段石油污染区时空演变过程的有效描述。虽然利用反射波走时法可建立污染介质介电模型,但实际应用中利用该方法确定混合介质介电常数、分析污染物含量并不可行。探讨新型、有效的混合介电常数求取方法是实现基于GPR资料进行污染物含量分析的关键,也是论文下一步研究的方向。