地質雷達在巖土層勘察探測中的應用

　　建筑工程或大型基建項目巖土層勘察是基礎保證，鉆探和微測井地等方法都只能得到部分點的巖土層信息;地質雷達探測是利用不同界面的電性差異,反映整個空間巖土性質變化的特征。針對某勘察任務的需要，從地質雷達參數設計、資料處理和巖土層信息解釋說明了在巖土層勘察應用，顯示地質雷達探測能提供整個工程區域巖土勘察信息，為工程設計、施工提供可靠保障。

　　《陜西地質》是向國內外公開發行的地學類綜合性學術刊物，主要發表在陜學者對地質科學的研究成果，特別是對陜西境域地質情況的新認識，新見解。該刊不僅把陜西學者的地學觀點向國內外推薦介紹，同時通過這塊學術園地，培養年輕學者專家，促進陜西地學界的大發展。

　　所謂地質雷達，亦稱為探地雷達，一般是將1Mz~1GHz的高頻電磁波通過發射天線進行定向發送，當介質存在著電性差異時，會反射一部分電磁波并由地面接受天線所接收，雷達主機會對所收到的反射信號(波形、強度、電性和幾何形態)數據進行相應的處理和解釋，從而達到對巖土層信息和目標體的探測。該技術屬于無損檢測，具有的高效、連續、無損、高精度等特點，因而得到了廣泛的應用。

　　大型基建工程巖土層信息在空間變化較大的區域，對其詳細全面的勘察非常重要，由于受成本和工地條件的限制，通常采用布置部分鉆探和微測井。而鉆探和微測井地等方法都只能得到一個點的巖土層信息，利用間隔較大的多點測量對巖土層界面進行劃分,不能準確確定表層的巖土層界面和結構,對巖土層信息的分析存在多解性。地質雷達探測是利用不同界面的電性差異,反映巖土性質變化的特征。

　　某客車公司廠房大型基建基礎施工需要勘察淺地表巖土層特性，需對該廠區淺層地質情況進行勘探，為了了解該廠區的地質層位的詳細分布和空間變化，設計了1500米長地質雷達測線。使用RIS探地雷達40MHz半屏蔽天線對該測線進行了連續剖面測量，為設計和施工提供指導。

　　1 探測原理

　　探地雷達的主要組成部分包括一體化主機，發射和接收天線以及相應的配套軟件等。其基本工作原理是：電磁波在傳播過程中，不同的有耗介質中所具有的傳播特性存在一定的差異。利用寬頻帶短脈沖，探地雷達所發射的高頻電磁波(如40Mhz)在經過不同介質界面時會發生相應的反射，一般而言，介質的相對介電常數就決定了該反射系數的大小。這樣，雷達主機會對反射回來的電磁波信號進行數據處理并解譯相應的圖像，從而有效的對反射層或不易發現的目標物進行有效識別。另外，雷達波的反射信號強度與電性差異是正比例關系，通常是不同介質的電性差異越大，雷達電磁波反射信號越強。而雷達電磁波的穿透深度與介質電性和中心頻率成反比例關系，即導電率和中心頻率越高，電磁波的穿透深度越小，反之亦然。如圖1所示。

　　圖1 原始雷達剖面(上)處理后剖面(下)

　　上圖是經過上述處理步驟得到的地質雷達剖面對比，通過剖面上繞射波的時距曲線擬合，并結合鉆孔分層資料，得到電磁波傳播速度大約為0.16m/ns，并對反射波偏移處理，得到反射信號歸位后的雷達剖面。

　　4 數據解釋與結論

　　根據反射波組的波形與強度特征，通過同相軸的對比追蹤，并結合鉆孔資料確定反射波組的地質分層含義，構筑地質地球物理解釋剖面。并依據剖面的解釋，獲得各條測線的表層結構地質斷面分層解釋最終成果圖。

　　該工程區的幾個鉆孔資料顯示淺層分別為填土、粉質粘土和細砂及砂層。把測線經過的鉆孔和剖面對比，可以看到鉆孔分層和反射波在深度上基本吻合。從整個區域五條剖面上可見有幾組貫穿剖面的反射同相軸，在全區基本相似。但反射剖面上的各界面反射波形在空間分別上也有一些差異。

　　(1)因采用的40MHZ雷達天線，頻率較低，受直達波影響，來自淺層2m以內填土和粘土界面上的反射不能分辨。

　　(2)粘土和細沙電性差異較大，地層界面上就存在明顯的反射波特征，該3米左右界面上的反射波同相軸平直而穩定。

　　(3) 大約在7米附近有一個很強的反射同相軸，在未偏移的剖面上存在繞射波，說明該界面起伏，且橫向變化較大。推斷可能為砂層上下潛水面的影響。

　　(4)在深度17米和22米附件有一個較弱的反射波同相軸，而且在橫向上連續性較差，可能是砂巖層內沉積物差異而導致電性變化。

　　5 結語

　　地質雷達是一種非破壞性的原位探測技術,現場直接提供實時剖面記錄,圖像清晰直觀,工作效率高,重復性好。地質雷達技術可以區分淺層不同介質的界面,指出其精確深度和介質性質,探測結果反映的是連續的地下剖面的圖像。同時能夠呈現介質的橫向變化特征，為基建工程勘察設計和施工提供詳細的巖土層空間變化信息。

　　參考文獻

　　[1] 李大興. 探地雷達方法原理與應用[M] . 北京:地質出版社,1994. 12～25.

　　[2] 吳志剛. 探地雷達在城市建設工程質量檢測中的應用[J] . 巖土工程師,2000 ,12 (2) :53 - 55.

　　[3] 徐占鋒. 地質雷達技術及其在工程勘探中的應用[J] . 物探裝備,1999 ,9 (4) :38 - 41.