地质雷达在岩溶勘察中的应用

[摘要]通过在贵州某岩溶地区实测的岩溶雷达剖面，介绍了地质雷达在岩溶勘察中的应用效果。

[关键词]地质雷达；岩溶勘察；

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1 引岩

在水利水电工程建设中，岩溶地质灾害对工程影响较大，快速而准确地查明岩溶性质及空间发育形态成了水电勘察的必要环节。岩溶地质问题对施工威胁最大的为半充填或全充填溶洞，其充填物为砂质黏土、水或空气，与围岩的地球物理性质差异较大，具备了良好的地球物理前提条件。

地质雷达是利用物性差异来解决地质问题的一种勘察方法。近年来其应用范围越来越广，技术越来越成熟。该方法具有快速、无损、简便、经济的特点，具有很高的分辨率，探测成果可靠，能够为水电设计施工提供科学依据。

2 数据采集和处理

现场采用美国劳雷公司生产的地质雷达，选用中心频率100MHZ屏蔽天线进行采集，首先在硬件上压制部分干扰信号，改善采集质量。屏蔽类型的天线意味着能量只沿一个方向发射，除了从接受天线的底部方向接受信号外，对其他各个方向的辐射都不敏感。

在正式开始雷达探测前，选择地下已知体做发射实验剖面，以便选取最佳采集参数。

采样频率由尼奎斯特采样定律控制，工作中一般选取天线中心频率的6～10倍，是影响垂直分辨率的主要参数，可由采样间隔时间来调试。

时间窗口的设定跟目标层深度有关。

地质雷达技术在岩溶勘察中的成

果应用除了高质量的原始采集数据外，还有一项必不可少的环节―数据处理。在现场数据采集的过程中，或多或少会受到环境干扰，资料解释工作带来麻烦。为了实现压制干扰，资料解释工作带来麻烦。为了实现压制干扰、突出异常的最终目的，除了前面提到的选用屏蔽天线进行硬件压制外，还要经过一系列处理。

在整个处理过程中，为了地质异常体准确定性，需要灵活应用分析处理技术，如速度拾取，提取瞬时振幅、相位、频率、频谱分析等。

对异常形态准确定量的关键是正确的时―深转换，即准确的电磁波速度。速度的求取方法如下：1.利用地层参数计算；2.由已知深度的目标标定；3.有双曲线拟合；4.用宽角法确定；5.利用反射系数确定。在工程实践中，主要用第2、3种相结合的方法综合判定速度。其中双曲线拟合能较好的计算出异常体覆盖层的速度，在暂时无法准确获取已知目标时，常采样双曲线拟合的方法初步判定介质速度。

3 成果解释

工区地表为灰岩，介质均匀，电导性差，应用地质雷达具有良好的地球物理前提条件。在完整灰岩中，电磁波的传播呈弱反射、弱衰减、反射同向轴一致性好的特征，其频谱特征表现为振幅能量主要集中在一个频率上且其值较固定。在岩溶区域，电磁波的传播在雷达剖面上呈现强反射，强衰减，多次震荡，反射同向轴发生绕射、错断等复杂特征，振幅能量集中在2个或多个频率上，且由于岩溶性质的不一样其频率会发生变化。从这些复杂的雷达屏剖面中提取岩溶地质，就需要根据雷达信号的振幅、频率、相位、速度等参数分析，并结合现场揭露的地质情况进行解释。下面分述几种不同岩溶类型的情况。

3.1 空溶洞

空洞内一般存在空气或在洞壁上附有少量泥水混合物，相对介电常数为1，而完整灰岩的相对介电常数为7～16，两者之间存在着较明显的物性差异，电磁波遇到这两种介质的界面会产生反射。球状异常的反射信号在雷达图像上能产生双曲线绕射特征，频谱特征反映能量主要几种在几个频率上。

3.2 含泥夹层

泥质物的相对介电常数为9～23，而完整灰岩的相对介电常数为7～16，两者之间存在着一定的物性差异，当这种差异较明显时，电磁波遇到这两种介质的界面会产生反射，异常在雷达剖面图像上呈现反射同向轴连续、主频下降的特征，在部分空隙处还发生绕射，但比球状异常幅度要小的多；频谱特征反映能量主要几种在几个频率上。

3.3 溶蚀破碎带

溶蚀破碎带一般伴随着空气、泥水混合物，与完整灰岩存在明显的相对介电常数差异。溶蚀破碎带在雷达剖面上表现为多层反射同向轴，受带状界面影响，同向轴起伏较大，强振幅，反射同向轴局部错动，并在部分溶蚀处发生多次绕射，但比球状异常幅度要小的多，频谱特征反映能量主要几种在几个频率上，频率较高。

4 结论

结合工程实例可以看出，地质雷达在岩溶勘察中能较好地完成任务，但由于噪音及电磁干扰等因素，从而造成雷达应用未达到预期效果。在工区的金属物、输电线等对雷达信号均有强弱不等的干扰，因此在现场应尽量避开。