地質(zhì)雷達(dá)在巖土層勘察探測(cè)中的應(yīng)用

　　建筑工程或大型基建項(xiàng)目巖土層勘察是基礎(chǔ)保證，鉆探和微測(cè)井地等方法都只能得到部分點(diǎn)的巖土層信息;地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)是利用不同界面的電性差異,反映整個(gè)空間巖土性質(zhì)變化的特征。針對(duì)某勘察任務(wù)的需要，從地質(zhì)雷達(dá)參數(shù)設(shè)計(jì)、資料處理和巖土層信息解釋說(shuō)明了在巖土層勘察應(yīng)用，顯示地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)能提供整個(gè)工程區(qū)域巖土勘察信息，為工程設(shè)計(jì)、施工提供可靠保障。

　　《陜西地質(zhì)》是向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的地學(xué)類綜合性學(xué)術(shù)刊物，主要發(fā)表在陜學(xué)者對(duì)地質(zhì)科學(xué)的研究成果，特別是對(duì)陜西境域地質(zhì)情況的新認(rèn)識(shí)，新見(jiàn)解。該刊不僅把陜西學(xué)者的地學(xué)觀點(diǎn)向國(guó)內(nèi)外推薦介紹，同時(shí)通過(guò)這塊學(xué)術(shù)園地，培養(yǎng)年輕學(xué)者專家，促進(jìn)陜西地學(xué)界的大發(fā)展。

　　所謂地質(zhì)雷達(dá)，亦稱為探地雷達(dá)，一般是將1Mz~1GHz的高頻電磁波通過(guò)發(fā)射天線進(jìn)行定向發(fā)送，當(dāng)介質(zhì)存在著電性差異時(shí)，會(huì)反射一部分電磁波并由地面接受天線所接收，雷達(dá)主機(jī)會(huì)對(duì)所收到的反射信號(hào)(波形、強(qiáng)度、電性和幾何形態(tài))數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理和解釋，從而達(dá)到對(duì)巖土層信息和目標(biāo)體的探測(cè)。該技術(shù)屬于無(wú)損檢測(cè)，具有的高效、連續(xù)、無(wú)損、高精度等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

　　大型基建工程巖土層信息在空間變化較大的區(qū)域，對(duì)其詳細(xì)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(cè)井。而鉆探和微測(cè)井地等方法都只能得到一個(gè)點(diǎn)的巖土層信息，利用間隔較大的多點(diǎn)測(cè)量對(duì)巖土層界面進(jìn)行劃分,不能準(zhǔn)確確定表層的巖土層界面和結(jié)構(gòu),對(duì)巖土層信息的分析存在多解性。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)是利用不同界面的電性差異,反映巖土性質(zhì)變化的特征。

　　某客車(chē)公司廠房大型基建基礎(chǔ)施工需要勘察淺地表巖土層特性，需對(duì)該廠區(qū)淺層地質(zhì)情況進(jìn)行勘探，為了了解該廠區(qū)的地質(zhì)層位的詳細(xì)分布和空間變化，設(shè)計(jì)了1500米長(zhǎng)地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線。使用RIS探地雷達(dá)40MHz半屏蔽天線對(duì)該測(cè)線進(jìn)行了連續(xù)剖面測(cè)量，為設(shè)計(jì)和施工提供指導(dǎo)。

　　1 探測(cè)原理

　　探地雷達(dá)的主要組成部分包括一體化主機(jī)，發(fā)射和接收天線以及相應(yīng)的配套軟件等。其基本工作原理是：電磁波在傳播過(guò)程中，不同的有耗介質(zhì)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(dá)所發(fā)射的高頻電磁波(如40Mhz)在經(jīng)過(guò)不同介質(zhì)界面時(shí)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的反射，一般而言，介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)就決定了該反射系數(shù)的大小。這樣，雷達(dá)主機(jī)會(huì)對(duì)反射回來(lái)的電磁波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并解譯相應(yīng)的圖像，從而有效的對(duì)反射層或不易發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)物進(jìn)行有效識(shí)別。另外，雷達(dá)波的反射信號(hào)強(qiáng)度與電性差異是正比例關(guān)系，通常是不同介質(zhì)的電性差異越大，雷達(dá)電磁波反射信號(hào)越強(qiáng)。而雷達(dá)電磁波的穿透深度與介質(zhì)電性和中心頻率成反比例關(guān)系，即導(dǎo)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(dá)剖面(上)處理后剖面(下)

　　上圖是經(jīng)過(guò)上述處理步驟得到的地質(zhì)雷達(dá)剖面對(duì)比，通過(guò)剖面上繞射波的時(shí)距曲線擬合，并結(jié)合鉆孔分層資料，得到電磁波傳播速度大約為0.16m/ns，并對(duì)反射波偏移處理，得到反射信號(hào)歸位后的雷達(dá)剖面。

　　4 數(shù)據(jù)解釋與結(jié)論

　　根據(jù)反射波組的波形與強(qiáng)度特征，通過(guò)同相軸的對(duì)比追蹤，并結(jié)合鉆孔資料確定反射波組的地質(zhì)分層含義，構(gòu)筑地質(zhì)地球物理解釋剖面。并依據(jù)剖面的解釋，獲得各條測(cè)線的表層結(jié)構(gòu)地質(zhì)斷面分層解釋最終成果圖。

　　該工程區(qū)的幾個(gè)鉆孔資料顯示淺層分別為填土、粉質(zhì)粘土和細(xì)砂及砂層。把測(cè)線經(jīng)過(guò)的鉆孔和剖面對(duì)比，可以看到鉆孔分層和反射波在深度上基本吻合。從整個(gè)區(qū)域五條剖面上可見(jiàn)有幾組貫穿剖面的反射同相軸，在全區(qū)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(dá)天線，頻率較低，受直達(dá)波影響，來(lái)自淺層2m以內(nèi)填土和粘土界面上的反射不能分辨。

　　(2)粘土和細(xì)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(wěn)定。

　　(3) 大約在7米附近有一個(gè)很強(qiáng)的反射同相軸，在未偏移的剖面上存在繞射波，說(shuō)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(gè)較弱的反射波同相軸，而且在橫向上連續(xù)性較差，可能是砂巖層內(nèi)沉積物差異而導(dǎo)致電性變化。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　地質(zhì)雷達(dá)是一種非破壞性的原位探測(cè)技術(shù),現(xiàn)場(chǎng)直接提供實(shí)時(shí)剖面記錄,圖像清晰直觀,工作效率高,重復(fù)性好。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)可以區(qū)分淺層不同介質(zhì)的界面,指出其精確深度和介質(zhì)性質(zhì),探測(cè)結(jié)果反映的是連續(xù)的地下剖面的圖像。同時(shí)能夠呈現(xiàn)介質(zhì)的橫向變化特征，為基建工程勘察設(shè)計(jì)和施工提供詳細(xì)的巖土層空間變化信息。

　　參考文獻(xiàn)

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