地质雷达在公路建设岩溶勘探中的应用探讨

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第１７期　２　０　０　８年６月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ　ｎ『ＲＥ　Ｖ。１．３４　Ｎｏ．１７　Ｊｕｎ．２００８　・１７・　文章编号：１００９—６８２５（２００８）１７—００１７．０２　地质雷达在公路建设岩溶勘探中的应用探讨　刘　东　摘要：探讨了地质雷达的工作原理及其工作方法，总结了岩溶地质雷达图像的特征，并对岩溶地质雷达在勘探工程中　的应用进行了研究，指出了地质雷达的优点及适用范围，以期对公路建设具有指导作用。　关键词：地质雷达，公路，安全性，工作原理，地质勘查　中图分类号：Ｕ４１２．２４　岩溶又称喀斯特（ｋａｒｓｔ），在我国广泛分布，约占我国国土面　文献标识码：Ａ　在常见的地质情况下，使用天线距较小时反射系数　（功率　广＝＝　积的１／３，其中裸露岩溶区面积１．３×１０　ｋｍｚ，主要集中在广西、　反射系数　：２２，要求　＞０．０１）满足下式：　贵州、云南、重庆、湖南等省市，就贵州省而言，岩溶区面积就占其　总面积的７４％。随着西部大开发的进行，在岩溶地区修筑的高等　级公路越来越多，不可避免的会遇到溶洞群、塌陷区、地下水害等　警厂＝Ｉ　Ｅｍ　　ｆ４）　Ｅ　其中，　为目标体反射系数；ｅ　为围岩相对介电常数；ｅ　为　岩溶病害，这些病害易使路基、桥基、隧道发生变形，甚至破坏，从　目标体相对介电常数。　而降低公路及结构物的安全性和可靠性。如何发现岩溶、评价岩　由于水的介电常数为８１，一般不含水的岩石颗粒介电常数为　溶以及如何处置岩溶成为公路建设中必须面对的问题。地质雷　３～５。因此，地质雷达反映地下介质的介电性差异与其含水性有　达探测技术以快速、高空间分辨率、对目标的三维电磁特性敏感　很大关系。　等特点广泛应用于各领域，其中包括考古、矿产资源勘探、灾害地　电性差异越大，界面反射系数越大，探测效果越好；反之，探　质勘查、岩土工程调查、工程质量检测、工程建筑物结构调查等。　测效果不好。同时，要求这种电性差异要有一个突变的而非渐变　因此，地质雷达方法可用于查明公路基础岩溶的深度和空间分　界面，否则也不会出现清晰的反射波，难以获得比较好的探测效果。　布，是一种有效的方法。文中对此进行探讨，力求对公路建设有　指导作用。　１．３地质雷达的分辨率　１）垂直分辨率。指地质雷达剖面中能够区分一个以上反射　界面的能力。考虑到干扰噪声等因素，一般把式（５）作为垂直分　辨率的下限。　ｂ＝　／４　（５）　１地质雷达原理　１、１　岩溶区地下介质的介电性质　地质雷达探测地下目标就是测量地下电磁参数。　地下介质的电磁参数用ｅ，　，　表示，ｅ为介电常数，ｅ：ｅｒ￡０，　其中，　为雷达子波的波长。　２）水平分辨率。指对两个同等深度的地下目标的分辨程度，　ｅｓｎｄ带加以说明。第一Ｆｒｅｓｎｄ带的直径可按下式计算：　电常数，在地下介质中变化范围为１～８１；　为电导率；　一般为　通常可用Ｆｒｅ０为真空中的介电常数，其值是８．８５４×１０　Ｆ／ｍ，ｅ　为相对介　真空磁导率　０，其值为４７ｒ×１０一　Ｈ／ｍ，由Ｍａｘｗｅｌｌ方程，对频率　为ＣＯ的平面波，影响电磁波在地下传播的参数为衰减常数ａ与相　移常数口。　一＝　俪　（６）　其中，Ｈ为异常体埋藏的深度。当异常体水平尺寸为Ｆｒｅｓｎｅｌ　带直径的１／４时，能接收到清晰反射波，地质雷达的水平分辨率　√　｝　～　］’　（１）　小于１／４的Ｆｒｅｓｎｅｌ带直径。　１．４地质雷达工作方法　地质雷达工作原理如图１所示。工作方法有反射法和透射　法（雷达ｏｒ）两种，目前反射法用得较多。反射法的工作方式如　图２所示，其中，Ｏｌ，Ｏ２，…为测点；１，２，…为发射机与接收机位　置，测量时按顺序逐点测量。０１，０２为测点间距，１，２之间的距　对电导率较小的地下介质，可近似得：　≈　＝　，　（２）　离为天线间距，测点间距和天线间距大小是根据工作目的和地质　情况来选择的。　一卢≈叫　其中，Ｃ为光速。　＝叫√　・√　＝　｝　般来说，精度要求越高，测点间距选得越小。一般情况下，　地质雷达的探测深度从几米到３０　ｍ～５０　ｍ，测点问距宜为０．２　ｍ～　电磁波在地下的传播速度为：　１　ｍ。天线问距的大小是根据探测目标远近来选择的，一般随着　Ｖ－詈＝　ｉｆ：ｒ　（３）　２岩溶的地质雷达图像特征　一探测目标体埋深而加大。　由地下介质的电磁波传播速度可以估计出地下目标的深度，　由衰减指数可以预测地质雷达的探测深度。　般岩溶区介质的电性特征都有明显差异，致使雷达波的振　幅、频率、反射极性等动力学特征也发生变化。其雷达波场特征　如下：　１．２地质雷达反射系数　收稿日期：２００８－０２—２９　作者简介：刘东（１９６７一），男，硕士，高级工程师，湖南化工地质工程勘察院，湖南长沙４１０００４　维普资讯 http://www.cqvip.com