■韓偉良

（中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518029）

地質(zhì)雷達在沿海填石層探測中的應(yīng)用

■韓偉良

（中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518029）

伴隨著中國地質(zhì)勘探行業(yè)的迅速發(fā)展與經(jīng)濟全球化趨勢的進一步拓展，地質(zhì)雷達在沿海填石層探測中的應(yīng)用也顯得日益重要。本文嘗試通過對地質(zhì)雷達進行研究，力圖形成對于該領(lǐng)域的簡介。

地質(zhì)雷達巖石探測

地質(zhì)勘探行業(yè)逐步發(fā)展成為中國國民經(jīng)濟中的關(guān)鍵部分，地質(zhì)雷達在沿海填石層探測中的應(yīng)用也日趨重要，地質(zhì)雷達的合理選擇與使用決定著石層探測的精度以及整個行業(yè)生產(chǎn)效率的提高。

1 地質(zhì)雷達的原理概述

地質(zhì)雷達是指以電磁波的形式，按照寬頻帶短脈沖借助天線經(jīng)由地質(zhì)表面與地下的回波反射來實現(xiàn)對于沿海填石層探測的目的[1]。在實際應(yīng)用過程中，基于沿海填石層各種組成成分的差異性，其中所蘊含的電磁波也不盡相同，因此，地質(zhì)雷達借助對于電磁波的收集與反饋，通過收集與對比波長與頻率之間的區(qū)別來進行地質(zhì)勘探。當(dāng)沿海填石層由巖石、土地等共同構(gòu)成時，地質(zhì)雷達能夠巧妙的區(qū)分各個材料之間的物理區(qū)別，進而分辨出是否存在勘探的危險。地質(zhì)雷達是研究高頻電磁波在地下介質(zhì)中的傳播、反射和繞射等波動現(xiàn)象和規(guī)律的地球物理探測方法，它能提供有關(guān)近地表介質(zhì)特性和結(jié)構(gòu)的高分辨率信息。實際操作過程中，勘探者可以在控制雷達天線的同時，穩(wěn)定好機器設(shè)備，采用等間距探測法對事先標(biāo)明好的地質(zhì)勘探環(huán)境進行考量。為了更好的進行對于地質(zhì)雷達的定位和勘測，可以運用導(dǎo)航系統(tǒng)來進行測控，以此來幫助雷達進行準(zhǔn)確定位。

2 地質(zhì)雷達的應(yīng)用解析

由于我國地質(zhì)勘探需求日益攀升，地質(zhì)雷達在沿海填石層探測中具有無可替代的作用，因而廣泛探討地質(zhì)雷達的實際應(yīng)用具有很強的必要性與現(xiàn)實意義。選取珠海市高欄港經(jīng)濟區(qū)為案例，因為這里的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，以人工填土與沉積層為主，因此土壤多為淤泥質(zhì)黏土層，其中還蘊含著巖石層，這對于實行地質(zhì)勘探無疑造成了困擾。受到社會經(jīng)濟發(fā)展的影響，該區(qū)域的施工便道存在著填石侵入淤泥的現(xiàn)象，這嚴(yán)重制約了道路設(shè)計的發(fā)展，因此借助地質(zhì)雷達對該區(qū)域進行勘測，據(jù)此明確地質(zhì)構(gòu)造，采取適宜的建設(shè)方案勢在必行。

2.1 數(shù)據(jù)采集

就數(shù)據(jù)的采集方式而言，在用地質(zhì)雷達進行探測時，通常發(fā)射天線和接收天線之間的間距固定，兩個天線沿測線同時移動，采集到的是共(單)偏移距數(shù)據(jù)。雖然這種數(shù)據(jù)采集方式能快速地獲取雷達資料，但在較多的雷達探測中卻無能為力[2]。多次覆蓋技術(shù)能壓制隨機噪音萬倍(N為覆蓋次數(shù))，對規(guī)則干擾也有顯著的壓制作用。多偏移距資料還能為疊后偏移和進一步的分析解釋提供十分重要的二維速度結(jié)構(gòu)。此外，多次覆蓋技術(shù)還有一個重要的優(yōu)點，它能探測復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造(當(dāng)然，解決地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜程度與采用的數(shù)據(jù)處理的方法如疊前或疊后偏移有關(guān))。鑒于多次覆蓋技術(shù)的諸多優(yōu)點，多次覆蓋觀測方式被用來采集地質(zhì)雷達資料，獲得多偏移距數(shù)據(jù)。

因為在地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)中存在著各種噪音，既有外界隨機噪音，又有地面和地上物體反射引起的規(guī)則干擾，還有儀器本身噪音。儀器噪音在單偏移距剖面上表現(xiàn)為與空氣中直達波同相軸平行的周期性出現(xiàn)的同相軸，掩蓋了有效信號，給資料處理和解釋帶來極大困難。由于地質(zhì)雷達目標(biāo)體介質(zhì)相當(dāng)于一個復(fù)雜濾波器，介質(zhì)對波不同程度的吸收以及介質(zhì)的不均勻性，使得脈沖到達接收天線時，波的振幅被減少，波形或掃描形式變得與原始發(fā)射波形有較大的差別。另外，不同程度的各種隨機噪聲和干擾波，也歪曲了實測數(shù)據(jù)。

因此，地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)是壓制隨機的和不規(guī)則的干擾，以最大可能的分辨率在地質(zhì)雷達圖像剖面上顯示反射波，提取反射波的各種有用的參數(shù)(包括電磁波速度、振幅和波形等)來幫助解釋。目前，常規(guī)的數(shù)據(jù)處理過程為:取時間方向上多次重復(fù)測量的平均值，以抑制隨機噪聲；取鄰近不同位置的多次測量平均值，以壓制非目的體雜亂回波，改善背景；做自動時變增益或控制增益以補償介質(zhì)吸收，增強深部目標(biāo)體的雷達圖像；進行數(shù)字濾波來壓制干擾波，以突出有效波；進行偏移繞射處理以反映目標(biāo)介質(zhì)的真實位置與大小。圖像解釋首先是識別目標(biāo)體的地質(zhì)雷達圖像特征，然后進行檢測資料的解釋。識別目標(biāo)體的地質(zhì)雷達圖像特征的過程是一個經(jīng)驗積累的過程，一方面基于地質(zhì)雷達圖像的正演成果，另一方面由工程實踐工作的積累。

圖1 地質(zhì)雷達工作原理示意圖

2.2 資料處理

地質(zhì)雷達探測的工作原理，簡單地說是通過特定儀器向地下發(fā)送脈沖形式的高頻、甚高頻電磁波。電磁波在介質(zhì)中傳播，遇到存在電性差異的地下目標(biāo)體，如空洞、分界面等時，電磁波發(fā)生反射，返回到地面時由接收天線接收。在對接收天線接收到的雷達波進行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)接收到的雷達波形、強度、雙程時間等參數(shù)便可推斷地下目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性及幾何形態(tài)，從而達到對地下隱蔽目標(biāo)物的探測這是一種非破壞性的探測技術(shù)，可以安全地用于城市建設(shè)中的工程場地，并具有較高的探測精度和分辨率。

在勘測領(lǐng)域，地質(zhì)雷達能夠解決覆蓋層厚度、松軟層厚度及分布、基巖風(fēng)化層界面及分布、地下排污巷道及地下管線等，在回填等松軟層上，探查深度可達20米以上，在致密或基巖上探查深度可達30米以上。從雷達屏蔽天線來，發(fā)射與接收天線間的間距很少，基本上可以視為發(fā)射點與接收點為同一個位置，也就是物探中所說的900入射，因而在資料處理當(dāng)中，不需要進行側(cè)向走時的修正，而對于現(xiàn)場采集到的壞道或是由于探測輪側(cè)向偏移的情況，可以通過現(xiàn)場技術(shù)人員的記錄日志進行修正，同時，在探測過程中如果出現(xiàn)地面干擾的情況（如天線上下臺階，地面管線）等都應(yīng)有相應(yīng)的記錄，在資料處理當(dāng)中，這些干擾都一一地加以剔除，從整個資料處理的流程來看，資料處理遵循。

最后，要實現(xiàn)地質(zhì)雷達的良好使用，就要更新對其的認知水平，結(jié)合當(dāng)前地質(zhì)行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀來采取科學(xué)化的使用手段。重視對于技術(shù)操作人員素質(zhì)的提升、地質(zhì)雷達的綜合使用以及安全管理的落實，在適應(yīng)我國地質(zhì)勘探水平不斷提高的同時，合理規(guī)劃雷達的選擇與使用，促進其對推動我國社會發(fā)展、豐富人民物質(zhì)生活的無可替代的作用。

圖2 地質(zhì)雷達檢測資料處理流程圖

[1]李大心.童仕唐.探地雷達方法與應(yīng)用 [J].應(yīng)用地理，2001.30(6)：14-16.

[2]王惠濂，童芳華.探地雷達專輯 [J].地球科學(xué)，2005，(2)：9-11.

P624[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-131-1