地质雷达在岩土层勘察探测中的应用

　　建筑工程或大型基建项目岩土层勘察是基础保证，钻探和微测井地等方法都只能得到部分点的岩土层信息;地质雷达探测是利用不同界面的电性差异,反映整个空间岩土性质变化的特征。针对某勘察任务的需要，从地质雷达参数设计、资料处理和岩土层信息解释说明了在岩土层勘察应用，显示地质雷达探测能提供整个工程区域岩土勘察信息，为工程设计、施工提供可靠保障。

　　《陕西地质》是向国内外公开发行的地学类综合性学术刊物，主要发表在陕学者对地质科学的研究成果，特别是对陕西境域地质情况的新认识，新见解。该刊不仅把陕西学者的地学观点向国内外推荐介绍，同时通过这块学术园地，培养年轻学者专家，促进陕西地学界的大发展。

　　所谓地质雷达，亦称为探地雷达，一般是将1Mz~1GHz的高频电磁波通过发射天线进行定向发送，当介质存在着电性差异时，会反射一部分电磁波并由地面接受天线所接收，雷达主机会对所收到的反射信号(波形、强度、电性和几何形态)数据进行相应的处理和解释，从而达到对岩土层信息和目标体的探测。该技术属于无损检测，具有的高效、连续、无损、高精度等特点，因而得到了广泛的应用。

　　大型基建工程岩土层信息在空间变化较大的区域，对其详细全面的勘察非常重要，由于受成本和工地条件的限制，通常采用布置部分钻探和微测井。而钻探和微测井地等方法都只能得到一个点的岩土层信息，利用间隔较大的多点测量对岩土层界面进行划分,不能准确确定表层的岩土层界面和结构,对岩土层信息的分析存在多解性。地质雷达探测是利用不同界面的电性差异,反映岩土性质变化的特征。

　　某客车公司厂房大型基建基础施工需要勘察浅地表岩土层特性，需对该厂区浅层地质情况进行勘探，为了了解该厂区的地质层位的详细分布和空间变化，设计了1500米长地质雷达测线。使用RIS探地雷达40MHz半屏蔽天线对该测线进行了连续剖面测量，为设计和施工提供指导。

　　1 探测原理

　　探地雷达的主要组成部分包括一体化主机，发射和接收天线以及相应的配套软件等。其基本工作原理是：电磁波在传播过程中，不同的有耗介质中所具有的传播特性存在一定的差异。利用宽频带短脉冲，探地雷达所发射的高频电磁波(如40Mhz)在经过不同介质界面时会发生相应的反射，一般而言，介质的相对介电常数就决定了该反射系数的大小。这样，雷达主机会对反射回来的电磁波信号进行数据处理并解译相应的图像，从而有效的对反射层或不易发现的目标物进行有效识别。另外，雷达波的反射信号强度与电性差异是正比例关系，通常是不同介质的电性差异越大，雷达电磁波反射信号越强。而雷达电磁波的穿透深度与介质电性和中心频率成反比例关系，即导电率和中心频率越高，电磁波的穿透深度越小，反之亦然。如图1所示。

　　图1 原始雷达剖面(上)处理后剖面(下)

　　上图是经过上述处理步骤得到的地质雷达剖面对比，通过剖面上绕射波的时距曲线拟合，并结合钻孔分层资料，得到电磁波传播速度大约为0.16m/ns，并对反射波偏移处理，得到反射信号归位后的雷达剖面。

　　4 数据解释与结论

　　根据反射波组的波形与强度特征，通过同相轴的对比追踪，并结合钻孔资料确定反射波组的地质分层含义，构筑地质地球物理解释剖面。并依据剖面的解释，获得各条测线的表层结构地质断面分层解释最终成果图。

　　该工程区的几个钻孔资料显示浅层分别为填土、粉质粘土和细砂及砂层。把测线经过的钻孔和剖面对比，可以看到钻孔分层和反射波在深度上基本吻合。从整个区域五条剖面上可见有几组贯穿剖面的反射同相轴，在全区基本相似。但反射剖面上的各界面反射波形在空间分别上也有一些差异。

　　(1)因采用的40MHZ雷达天线，频率较低，受直达波影响，来自浅层2m以内填土和粘土界面上的反射不能分辨。

　　(2)粘土和细沙电性差异较大，地层界面上就存在明显的反射波特征，该3米左右界面上的反射波同相轴平直而稳定。

　　(3) 大约在7米附近有一个很强的反射同相轴，在未偏移的剖面上存在绕射波，说明该界面起伏，且横向变化较大。推断可能为砂层上下潜水面的影响。

　　(4)在深度17米和22米附件有一个较弱的反射波同相轴，而且在横向上连续性较差，可能是砂岩层内沉积物差异而导致电性变化。

　　5 结语

　　地质雷达是一种非破坏性的原位探测技术,现场直接提供实时剖面记录,图像清晰直观,工作效率高,重复性好。地质雷达技术可以区分浅层不同介质的界面,指出其精确深度和介质性质,探测结果反映的是连续的地下剖面的图像。同时能够呈现介质的横向变化特征，为基建工程勘察设计和施工提供详细的岩土层空间变化信息。

　　参考文献

　　[1] 李大兴. 探地雷达方法原理与应用[M] . 北京:地质出版社,1994. 12～25.

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