王瑞福，朱崇書

(克東縣宏圖市政工程有限責(zé)任公司，黑龍江克東164800)

地質(zhì)雷達(dá)是利用超高頻(106～109Hz)脈沖電磁波探測(cè)地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法。實(shí)踐表明，它可以分辨地下10－1m尺度的介質(zhì)分布，因此地質(zhì)雷達(dá)方法以其特有的高分辨率在淺層與超淺層地質(zhì)調(diào)查中有其極其廣闊的應(yīng)用前景。

1 探測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理見圖1，它把高頻電磁波以脈沖形式通過發(fā)射天線被定向地送入地下。雷達(dá)波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，當(dāng)遇到存在電性差異的地下介質(zhì)或目標(biāo)體時(shí)，電磁波便發(fā)生反射，返回地面后由接收天線所接收。在對(duì)接收天線所接收到的雷達(dá)波進(jìn)行分析和處理的基礎(chǔ)上，根據(jù)所接收到的雷達(dá)波波形、強(qiáng)度、電性及幾何形態(tài)，從而達(dá)到對(duì)地下地層目標(biāo)體的探測(cè)。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)反射原理圖

2 工作方式

目前常用的地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量方式主要有兩種:剖面法和寬角法。剖面法測(cè)量時(shí)，發(fā)射天線(T)和接收天線(R)以固定間隔距離沿測(cè)線同步移動(dòng)，記錄點(diǎn)位于TR的中點(diǎn)，而剖面法又細(xì)分為點(diǎn)測(cè)和連測(cè)兩種方式。寬角法測(cè)量時(shí)，一個(gè)天線固定在地面某一點(diǎn)上不動(dòng)，而另一個(gè)天線沿測(cè)線移動(dòng)，來記錄地下各個(gè)不同層面反射波的雙程走時(shí)。

地質(zhì)雷達(dá)的野外工作，必須根據(jù)所要研究的地質(zhì)、巖土工程等的問題和任務(wù)，選配相應(yīng)頻率的天線，采用合適的觀測(cè)方式、正確選擇測(cè)量參數(shù)以保證記錄質(zhì)量。

3 資料解釋

地質(zhì)雷達(dá)資料的解釋主要依據(jù)剖面的反射信號(hào)特征，特別是反射信號(hào)的同相軸變化以及信號(hào)的強(qiáng)弱(幅度)，一般主要表現(xiàn)為層狀(線性同相軸)、管線狀(雙曲線同相軸)、洞穴狀(雙曲線同相軸)異常特征。

4 應(yīng)用領(lǐng)域

地質(zhì)雷達(dá)具有分辨率高、定位準(zhǔn)確、快速經(jīng)濟(jì)、靈活方便、剖面直觀、實(shí)時(shí)圖像顯示等優(yōu)點(diǎn)，目前已成功地應(yīng)用于巖土工程勘察、工程質(zhì)量無損檢測(cè)、水文地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源研究、生態(tài)環(huán)境檢測(cè)、城市地下管網(wǎng)普查、文物及考古探測(cè)等眾多領(lǐng)域，并開發(fā)了用于地面、鉆孔與航空衛(wèi)星上的地質(zhì)雷達(dá)，取得了顯著的探測(cè)效果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

5 應(yīng)用實(shí)例分析

五大連池風(fēng)景區(qū)地下冰河位于五大連池市東北部約20 km。地下冰河是火山巖溶與地下永久凍土形成的天然洞穴，洞底冰層終年不化，洞頂巖溶犬牙交錯(cuò)，是五大連池風(fēng)景區(qū)較著名的景觀。地下冰河洞體由于常年受地表雨水侵蝕、風(fēng)化，洞頂部節(jié)理、裂隙發(fā)育，容易發(fā)生局部坍塌。

受甲方委托，我單位本次采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)地下冰河洞頂裂隙進(jìn)行調(diào)查，以便確定洞頂主要裂隙的位置與產(chǎn)狀，為洞體防護(hù)提供準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。

本次工作采用點(diǎn)測(cè)方式，測(cè)點(diǎn)距10 cm，選用中心頻率40 MHz的天線。綜合各方面情況本次在工作區(qū)共布置A、B、 C、D四條測(cè)線，具體工作布置見圖2。

通過對(duì)地質(zhì)雷達(dá)資料的處理和分析，最終我們可以得到相應(yīng)測(cè)線的雷達(dá)色譜圖。圖3為其中A線的地質(zhì)雷達(dá)色譜圖。從圖中我們可看出，測(cè)線A－A’(洞軸線)洞頂裂隙較發(fā)育，較小的裂隙及節(jié)理很多，并且較小的裂隙及節(jié)理傾角、走向非常不規(guī)則，難以詳細(xì)一一進(jìn)行描述。存在明顯并且規(guī)模較大的裂隙7條，傾向西南，傾角約16°～21°。在26.2～54.2 m裂隙發(fā)育，確定此段洞體為險(xiǎn)工段。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)平面成果圖

圖3 A線地質(zhì)雷達(dá)色譜圖

通過對(duì)4條地質(zhì)雷達(dá)色譜圖的綜合分析我們可以總結(jié)如下:本測(cè)區(qū)裂隙較發(fā)育，較小的裂隙及節(jié)理很多，推測(cè)存在明顯并且規(guī)模較大的裂隙4條，傾向西南，傾角約10°～21°。洞體在26.2～54.2 m裂隙發(fā)育，確定此段洞體為險(xiǎn)工段。其他部位的較小裂隙及節(jié)理，根據(jù)洞頂實(shí)際情況進(jìn)行洞頂局部防護(hù)處理。本次探測(cè)的最終平面成果見2。

6 結(jié)束語(yǔ)

地質(zhì)雷達(dá)作為20世紀(jì)科技的結(jié)晶，以其精度高、影像直觀、費(fèi)用低、非破壞性等優(yōu)點(diǎn)，在淺層、超淺層探測(cè)工程中，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。我們有理由相信，隨著人們認(rèn)知能力的提高和地質(zhì)雷達(dá)產(chǎn)品的更新，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)效果將會(huì)有更高的飛躍。

［1］李大新.探地雷達(dá)方法與應(yīng)用［M］.北京:地質(zhì)出版社，1994:1，27－35.

［2］王惠濂.探地雷達(dá)概論—及專輯序與跋［J］.地球科學(xué)—中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，18(3):249－255.

［3］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.五大連池風(fēng)景區(qū)地下冰河裂隙調(diào)查地質(zhì)雷達(dá)工作報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2005:1－7.