探地雷達(dá)與工程地質(zhì)勘探

黃奕芳

（廣州地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，廣東廣州 510075）

探地雷達(dá)與工程地質(zhì)勘探

黃奕芳

（廣州地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，廣東廣州 510075）

探地雷達(dá)是通過發(fā)射電磁波信號來識別目標(biāo)體，在通過收集、分析和處理傳輸信號來完成多種工作任務(wù)，在現(xiàn)代社會技術(shù)中得到普遍的廣泛應(yīng)用，并且在地質(zhì)探測方面，是進(jìn)行工程地質(zhì)勘察的重要工具。隨著這些年來雷達(dá)技術(shù)的高速發(fā)展，探地雷達(dá)的硬件與信息處理技術(shù)的進(jìn)步，探地雷達(dá)在工程地質(zhì)勘查中發(fā)揮著不可替代的作用。在本文中，通過對探地雷達(dá)和工程地質(zhì)勘察的相關(guān)敘述，說明探測雷達(dá)與工程地質(zhì)勘查的密切關(guān)系，并解釋探地雷達(dá)在工程地質(zhì)勘查中發(fā)揮的作用。

探地雷達(dá) 工程地質(zhì)勘探應(yīng)用

一、探地雷達(dá)

1、探地雷達(dá)

探地雷達(dá)是一沖發(fā)射電磁波的電子儀器，通過傳送和吸收電磁波進(jìn)行工作。它利用反射回來的電波收集、分析和處理信號。探地雷達(dá)可以對地表表層以下看不見的部分或者是固體等堅硬的目標(biāo)體進(jìn)行電子定位與搜索。利用電磁波發(fā)射微波信息，通過地下目標(biāo)體電磁波的波長與反射弧的區(qū)別來完成任務(wù)。探地雷達(dá)通過發(fā)射電磁波并接收電波信號來記錄信息，電磁波波形的反射峰平常都是用黑白兩種相對應(yīng)的顏色來區(qū)分表示。這樣同樣軸可以生動的表示地下反射面。在波形記錄圖上記錄波形，構(gòu)成了雷達(dá)的一個剖面。

2、探地雷達(dá)的特點

分辨率極高：在傳輸電磁波信號的過程中，探地雷達(dá)的發(fā)射頻率極高。

損傷性極低：探地雷達(dá)依靠電磁波發(fā)送信息，信號探測不具備破環(huán)性，對探測的目標(biāo)體不具備任何損傷，可以無損傷的進(jìn)行相關(guān)探測。

效率高：探地雷達(dá)容易攜帶，并且數(shù)據(jù)的收集迅速，效率極高。

應(yīng)用場合廣：探地雷達(dá)應(yīng)用廣泛，在各種地質(zhì)形態(tài)下都運用，并且可以在多種惡劣的環(huán)境中完成信息采集的任務(wù)。

二、設(shè)備儀器

在當(dāng)今市場上，目前有很多種探地雷達(dá)，用于商業(yè)用途的探地雷達(dá)更是多種多樣，種類繁多，比如說加拿大探頭與軟件公司生產(chǎn)的探地雷達(dá)、日本應(yīng)用地質(zhì)株式會社的探地雷達(dá)等等，這些探地雷達(dá)都是世界先進(jìn)水準(zhǔn)，在全球應(yīng)用廣泛。

下圖是加拿大PulseEKKO探地雷達(dá)的組成圖。

計算機(jī)的功能：計算機(jī)在探地雷達(dá)為工程地質(zhì)探測的過程中發(fā)揮出不可替代的作用，不論是信息的采集與分析處理，還是通過計算機(jī)操控控制面板，對其發(fā)出指令，都需要用到計算機(jī)，計算機(jī)具有龐大的信息處理系統(tǒng)，只有運用計算機(jī)，才能快速的對探地雷達(dá)探測到的電磁波信號進(jìn)行快速處理，分析電磁波的各個信號。

控制面板的功能：能夠接受計算機(jī)的指令，輔助對探地雷達(dá)發(fā)出的信號采集。分析和處理，可以把探地雷達(dá)獲取的信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?yīng)的代碼模型傳送給計算機(jī)。

發(fā)射電路：是探地雷達(dá)不可缺少的一部分，它是一個極為復(fù)雜的信號發(fā)生器，對目標(biāo)體發(fā)射大量的信號，反射信號經(jīng)過相應(yīng)的途徑被控制面板吸收。

三、工程地質(zhì)勘查的實例

近些年來，我們頻繁使用日本應(yīng)用地質(zhì)株式會社的探地雷達(dá)進(jìn)行工程地質(zhì)勘查作業(yè)，通過以下的實例，重點說明探地雷達(dá)在工程地質(zhì)勘察中的重要作用。

1、暗浜

暗浜是一種比較特殊的地質(zhì)現(xiàn)象。暗浜的地質(zhì)土分很長的雜亂，建筑的施工廢棄物、巨大的石塊和金屬塊等混合夾雜在一起，導(dǎo)致了暗浜內(nèi)部具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，就因為這樣的關(guān)系，暗浜相對于周圍的地質(zhì)具有不同特點，探地雷達(dá)發(fā)射的電磁波也具有明顯區(qū)別：它的電磁波波動大、波形復(fù)雜混亂。在暗浜與附近地質(zhì)的邊緣，波形的形狀發(fā)生較為明顯的改變，所以可以容易的用探地雷達(dá)來進(jìn)行探測。

比如說在二十世紀(jì)處，上海外環(huán)的康梧路一個路段施工后，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)暗浜，對當(dāng)時的施工提出了很大的考驗，不過當(dāng)時通過探地雷達(dá)進(jìn)行分析，及時發(fā)現(xiàn)情況，了解是出現(xiàn)了暗浜，避免了施工中出現(xiàn)的安全危險，消除安全隱患。

2、防空洞

防空洞是為戰(zhàn)時做準(zhǔn)備的一個巨大場所，作為地下的一種沒設(shè)體，防空洞都會用非常結(jié)實凝固的混泥土作為材料結(jié)構(gòu)，這就造成了防空洞表層與洞頂?shù)膶?dǎo)電性差別，使得電磁波在兩者分界處的反射波的波長波形等出現(xiàn)差異性變化。防空洞這類形體的構(gòu)造特點為：電磁波具有較強(qiáng)的反射的震動幅度，從而使反射波會不能有效探測到，導(dǎo)致反射波出現(xiàn)大面積的空白區(qū)。

也是在二十世紀(jì)初，上海的一所中學(xué)校址建立在地鐵線上，因此需要遷走，施工過程中發(fā)現(xiàn)了籃球場下舍友防空洞，洞口被學(xué)校拆遷時施工的大片垃圾堵住，這時就是通過探地雷達(dá)進(jìn)行分析，找到了防空洞的洞口，因此將施工完成的便捷有效。

3、電纜

1999年10 月，地質(zhì)局在探測朔黃鐵路工程的電纜，由于電纜兩處有水泥等固體防護(hù)層，它的導(dǎo)電性與周圍的相關(guān)體之間存在明顯差異，因而表現(xiàn)出反射波異常表現(xiàn)，通過探地雷達(dá)可以輕而易舉的發(fā)現(xiàn)問題所在，規(guī)避因相關(guān)問題出現(xiàn)的危險。

4、地下管道

地下管道的種類多種多樣，它們的波長特征相應(yīng)的都很明顯，較其它目標(biāo)體有很大差異，但是地下管道都會有一些共同的特征來識別，比如說如果用探地雷達(dá)發(fā)送電磁波來偵查，會發(fā)現(xiàn)探地雷達(dá)的反射波的反射弧表現(xiàn)為同向且都是向上凸起，電磁波的震動在最上層的振幅最為明顯，電磁波反射弧的兩邊振幅相對偏弱，甚至于是最弱。

原因在于：（1）金屬管的相對導(dǎo)電性大，電磁波的傳送更為快速，所以表現(xiàn)為電波衰減極為明顯，在金屬管的最上層電磁波的反射弧會出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，沒有反射到最底部。（2）而非金屬管就沒有這個明顯的特點，相對于非金屬管而言，它的內(nèi)層介質(zhì)很復(fù)雜，不同于金屬管很純凈，因此在非金屬的管道內(nèi)的波形和波長都不相同。當(dāng)管道里面注入大量的水時，用探地雷達(dá)探測會發(fā)現(xiàn)電波在水里發(fā)生了電磁波反射弧的翻轉(zhuǎn)，而由于非金屬管道介質(zhì)的原因，電磁波反射弧會在管道內(nèi)部反復(fù)的發(fā)生反射，需要消耗大量的時間。

四、結(jié)論

近些年來，探地雷達(dá)取得了令人預(yù)想不到的進(jìn)步，當(dāng)然，探地雷達(dá)在各個領(lǐng)域都有著令人非常滿意的成果。在工程地質(zhì)探測方面，探地雷達(dá)與其配合的更是相當(dāng)方便。探地雷達(dá)能夠準(zhǔn)確、迅速的完成工程地質(zhì)探測對目標(biāo)體的勘查要求，不論是在地表還是在地下，都能夠運用探地雷達(dá)進(jìn)行探測。

隨著探地雷達(dá)的不斷強(qiáng)化，它的硬件設(shè)施不停的進(jìn)步完善，數(shù)據(jù)的收集、分析和處理也在快速發(fā)展，可以將其運用在工程地質(zhì)的各個方面，這為工程地質(zhì)探測提供了客觀的優(yōu)秀條件。在經(jīng)過大量的地質(zhì)方面的實踐應(yīng)用后，不停的總結(jié)經(jīng)驗，反思成果，積累了大量的理論和實踐成果，并將其來改善探地雷達(dá)，這點也非常重要。同樣，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理也是探地雷達(dá)發(fā)揮最用的重要手段。

通過探地雷達(dá)與工程地質(zhì)探測的巧妙結(jié)合，使得在地質(zhì)領(lǐng)域的拓展也在快速的前進(jìn)，這為地質(zhì)學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。

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1007-6344（2015）11-0049-01