地質(zhì)雷達(dá)原理

1、地質(zhì)雷達(dá)就是目前分辨率最高得工程地球物理方法，在工程質(zhì)量檢測、場 地勘察中被廣泛采用，近年來也被用于隧道超前地質(zhì)預(yù)報工作。地質(zhì)雷達(dá) 能發(fā)現(xiàn)掌子面前方地層得變化,對于斷裂帶特別就是含水帶、破碎帶有較 高得識別能力。在深埋隧道與富水地層以及溶洞發(fā)育地區(qū)，地質(zhì)雷達(dá)就是 個很好得預(yù)報手段。1.基本原理探地雷達(dá)就是一種用于確定地下介質(zhì)分布情況得高頻電磁技術(shù), 基于地下介質(zhì)得電性差異，探地雷達(dá)通過一個天線發(fā)射高頻電磁波，另_ 個天線接收地下介質(zhì)反射得電磁波，并對接收到得信號進行處理、分析、 解譯。其詳細(xì)工作過程就是:由置于地面得天線向地下發(fā)射一高頻電磁脈 沖，當(dāng)其在地下傳播過程中遇到不同電性（主要就是相對

2、介電常數(shù)）界面 時,電磁波一部分發(fā)生折射透過界面繼續(xù)傳播，另一部分發(fā)生反射折向地 面，被接收天線接收,并由主機記錄，在更深處得界面，電磁波同樣發(fā)生反 射與折射，直到能量被完全吸收為止。反射波從被發(fā)射天線發(fā)射到被接收 天線接收得時間稱為雙程走時t,當(dāng)求得地下介質(zhì)得波速時，可根據(jù)測到 得精確t值折半乘以波速求得目標(biāo)體得位置或埋深，同時結(jié)合各反射波 組得波幅與頻率特征可以得到探地雷達(dá)得波形圖像，從而了解場地內(nèi)目 標(biāo)體得分布情況。圖1探地雷這電磁波傳播示意圖亠般,巖體、混凝土等得物質(zhì)得相對介電常數(shù)為48,空氣相對 介電常數(shù)為1,而水體得相對介電常數(shù)高達(dá)81,差異較大，如在探測范圍內(nèi) 存在水體、溶洞、斷

3、層破碎帶,則會在雷達(dá)波形圖中形成強烈得反射波信 號，再經(jīng)后期處理,能夠得到較為清晰得波形異常圖。在眾多地質(zhì)超前預(yù)報手段中，使用探地雷達(dá)預(yù)報屬于短期預(yù)報手 段,預(yù)報距離與圍巖電性參數(shù)、測試環(huán)境干擾強弱有關(guān)。一般，探地雷達(dá) 預(yù)報距離在1535米。數(shù)電磁脈沖波旅行時圖1探地雷這電磁波傳播示意圖d式中:z-勘查目標(biāo)體得埋深;x-發(fā)射、接收天線得距離（式中因 zx,故X可忽略）;v-電磁波在介質(zhì)中得傳播速度。電磁波在介質(zhì)中得傳播速度圖1探地雷這電磁波傳播示意圖2式中:c電磁波在真空中得傳播速度（0、29979m/ns）;介質(zhì)得相對介電常數(shù)，f 質(zhì)得相對磁導(dǎo)率（一般）電磁波得反射系數(shù)電磁波在介質(zhì)傳播過程中

4、，當(dāng)遇到相對介電常數(shù)明顯變化得地質(zhì)現(xiàn)象時，電磁波將產(chǎn)生反射及透射現(xiàn)象，其反射與透射能量得分配主要與異常變化界面得電磁波反射系數(shù)有關(guān)：圖1探地雷這電磁波傳播示意圖d式中:r 界面電磁波電場反射系數(shù)；一第一層介質(zhì)得相對介 電常數(shù)；第二層介質(zhì)得相對介電常數(shù)。3. 數(shù)據(jù)處理雷達(dá)資料中水平波特別發(fā)育，它產(chǎn)生于雷達(dá)儀器本身。即使將天 線對空,也會記錄到回波，這回波不就是來自天空，而就是來自于控制器、 數(shù)據(jù)線、天線得相互作用，就是難以避免得。水平波具有時間相等得特點, 水平濾波就就是利用這一特性。濾波過程中，可將相鄰得一定數(shù)量得掃描 線求平均，再與個別掃描線相上匕較，就可消除水平波。水平濾波中選取得 掃描線

5、數(shù)越大，濾波效果越小。相反選取得掃描線數(shù)越小,濾除水平波得 效果越明顯。但如果水平濾波掃描線取得太少，可能會濾掉一些緩變界面 信號。因而在進行水平濾波時，要根據(jù)對象進行試驗、調(diào)整，以求最佳效 果。垂直濾波中較為常用得方法有帶通濾波,高通濾波/氐通濾波，小 波變換等。垂直濾波得目得就是為了消除雜散波干擾，這些雜散波就是來 自于外源，不就是天線自身發(fā)出得,頻率不在雷達(dá)天線頻帶內(nèi)。有時為了 區(qū)分不同得地質(zhì)體，選取不同得頻帶,都要用到垂直濾波。垂直濾波就是 種數(shù)學(xué)變換，有時會帶來較大得失真，濾波得頻帶越窄，失真越大，應(yīng)用 中要認(rèn)真選取方法與參數(shù)。因為雷達(dá)天線得發(fā)射與接收都設(shè)定了帶寬， 也就就是說雷達(dá)信號本身已經(jīng)過濾波，所以一般資料處理中得濾波處理 改善并不明顯。4. 預(yù)報特點（1）有效探測距離一般為1030m,適宜于短距離預(yù)報；（2）適用于探測界面兩側(cè)介電常數(shù)差異較大得地質(zhì)界面；（3）對規(guī)模大、延伸長得地質(zhì)體探測效果較好，對規(guī)模較小得地 質(zhì)體探測效杲較差。（4）對張性結(jié)構(gòu)面探測效果較好，對閉合結(jié)構(gòu)面探測效果較差；（5）對充水、充泥或空腔得地質(zhì)體探測效果較好。（6）適宜于探測與測線平行或以小角度相交得結(jié)構(gòu)面，與測線以 大角度相交得結(jié)構(gòu)面探測效果較差，或甚至無法探測。