肖國(guó)慶，陳 永

(克東縣宏圖市政工程有限責(zé)任公司，黑龍江 克東164800)

1 工作方法與技術(shù)

與探空或通訊雷達(dá)技術(shù)相類似，地質(zhì)雷達(dá)也是利用高頻電磁脈沖波的反射探測(cè)目的體及地質(zhì)現(xiàn)象的，只是它是從地面向地下發(fā)射電磁波來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)的，故亦稱之為地質(zhì)雷達(dá)。

地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)發(fā)射天線以脈沖形式把高頻電磁波(1MHz—1GHz) 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)。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理見(jiàn)圖1。

圖1 探地雷達(dá)探測(cè)反射原理圖

在介質(zhì)的交界部位，由于介電常數(shù)的變化，電磁波便發(fā)生類似光學(xué)的反射和折射，反射的強(qiáng)弱與介電常數(shù)直接有關(guān)。雷達(dá)波從發(fā)射天線發(fā)射到被接收，其行程時(shí)間:

式中: Z 為反射界面深度; X 為發(fā)射天線到接收天線間的距離; V 為電磁波在介質(zhì)中傳播的波速; c 為光速( c =0.3 m/ns) ; εr 為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù))

當(dāng)波速V 已知時(shí)，通過(guò)對(duì)雷達(dá)剖面上反射信號(hào)行程時(shí)間的讀取來(lái)計(jì)算界面深度Z 值。

本測(cè)區(qū)常見(jiàn)巖土介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)與地層電磁波傳播速度( 地質(zhì)雷達(dá)勘探系統(tǒng)) 具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)表1。

表1 本測(cè)區(qū)常見(jiàn)巖土介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)與地層電磁波波速

地質(zhì)雷達(dá)的野外工作，目前常用的測(cè)量方式有剖面法和寬角法兩種，還有某些特殊情況下使用的環(huán)形剖面法和多天線雷達(dá)系統(tǒng)所采用的多天線測(cè)量方式。

剖面法，即發(fā)射天線( T) 和接收天線( R) 以固定間距沿測(cè)線同步移動(dòng)的一種測(cè)量方式。本次探測(cè)工作所采用的測(cè)量方式即為剖面法。

2 資料解釋

地質(zhì)雷達(dá)勘探解釋方法采用SIR3.1 解釋軟件。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。

3 工程概況

松花江干流依蘭航電樞紐工程位于黑龍江省松花江干流的中游，處在依蘭縣城附近的牡丹江與松花江匯合口上游約1 km處，是一座以航運(yùn)、發(fā)電和交通為主，兼顧防洪、灌溉、漁業(yè)和旅游等綜合利用的大型水利樞紐工程。

松花江干流依蘭航電樞紐工程主要包括船閘、泄洪閘、河床式水電站、土壩、壩上公路( 橋) 及水庫(kù)區(qū)防護(hù)工程等。工程等別為一等，主要建筑物為1 級(jí)，次要建筑物為3 級(jí)，臨時(shí)建筑物為3 級(jí)。樞紐壩址以上控制流域面積45.4 ×104km2，水庫(kù)正常蓄水位100.00 m，相應(yīng)庫(kù)容7.13 ×108m3。船閘按2000t 級(jí)考慮，初步推薦裝機(jī)容量176 MW，多年平均發(fā)電量51737 ×104kW·h。工程區(qū)交通較為方便。

4 工作情況

本次勘察工作上、下壩址共布置4 條物探測(cè)線，由于工作江段江寬水深，無(wú)法開(kāi)展常規(guī)的淺層折射波法地震勘探，故對(duì)部分測(cè)線的水下部分采用地質(zhì)雷達(dá)勘探，來(lái)解決探測(cè)其覆蓋層厚度、基巖埋深、風(fēng)化帶厚度等問(wèn)題，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

本次工作儀器使用SIR—10B 型地質(zhì)雷達(dá)勘探系統(tǒng)，選用35 MHz低頻天線。

5 成果分析

圖2 為上壩址船閘線水中B 2 ～B 4 段的地質(zhì)雷達(dá)色譜圖，由此圖我們可對(duì)該段做如下分析:

第一層:電磁波波速Ve1 =6.8 ×10－2m/ns ～6.9 ×10－2m/ns，厚度1 m ～2.6 m，解釋巖性為級(jí)配良好細(xì)礫( 飽水) 。

第二層:電磁波波速Ve2 =1.1 ×10－1m/ns ～1.5 ×10－1m/ns，厚度4.4 m ～7.5 m，解釋巖性為弱風(fēng)化花崗巖。

第三層:解釋巖性為微風(fēng)化～新鮮花崗巖。

圖3 為下壩址壩軸線水中C 3－ C 4 段的地質(zhì)雷達(dá)色譜圖，由此圖我們可對(duì)該段做如下分析:

第一層:電磁波波速Ve1 =6.8 ×10－2m/ns ～6.9 ×10－2m/ns，厚度3.0 m ～4.7 m，解釋巖性為級(jí)配良好細(xì)礫。

第二層:電磁波波速Ve2 =1.2 ×10－1m/ns ～1.3 ×10－1m/ns，厚度6.7 m ～9.2 m，解釋巖性為炭質(zhì)頁(yè)巖和中砂巖互層。

第三層:解釋巖性為炭質(zhì)頁(yè)巖和中砂巖互層。

圖2 上壩址船閘線水中B 2－ B 4 段探地雷達(dá)色譜圖

圖3 下壩址壩軸線水中C 3－ C 4 段地質(zhì)雷達(dá)色譜圖

從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，雷達(dá)色譜圖直觀地顯示了所在測(cè)線的水下層位狀況，效果還是很理想的

6 結(jié)束語(yǔ)

在一般的工程勘察中，陸地上的勘探由于沒(méi)有接地性的限制可以施展的方法很多，水上勘探則由于其局限性可供開(kāi)展的方法很有限，而地質(zhì)雷達(dá)作為一種新興的高科技手段，是完全能夠勝任這方面工作的，各種實(shí)踐也證明，其應(yīng)用效果是很不錯(cuò)的，地質(zhì)雷達(dá)，作為物探領(lǐng)域的后起之秀，必將在今后工程勘察的廣闊天地里發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

［1］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 松花江干流依蘭航電樞紐工程工程物探報(bào)告［R］. 哈爾濱: 黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2005:1－12.

［2］鄧一謙，雷宛. 工程與環(huán)境物探［M］. 成都:成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院，2003:276.