超前地质预报之地质雷达1

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1、超前地质预报之地质雷达探测一、定义及应用范围地质雷达探测是电磁波反射法超前地质预报的常用方法，是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及反射，根据传播速度和反射脉冲波走时进行超前地质预报的一种物探方法，主要用于岩溶探测，亦可用于断层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体的探测。二、工作原理通过发射装置向待测区域打出电磁波，用检测设备检测反射回来的电磁波的波形，利用电磁波在不同介质中的传播状态差异，可以分析并判断出被测区域的地质结构。三、实施要求1、探测目的体与周边介质之间应存在明显的介电常数差异，电磁波反射信号明显；2、

2、探测目的体具有足以被探测的规模；3、不能探测极高电导屏蔽层下的目的体。4、探测仪器技术指标：a、系统增益不应低于150dB；b、信噪比应大于60dB；c、采样间隔不应大于0.5ns、模数转换器不应低于16位；d、具有可选的信号叠加、实时滤波、点测与连续测量、手动与自动位置标记等功能。四、操作过程1、检查待测区域前方地面是否平整、堆渣是否稳定，掌子面是否清理干净、确保无碎石塌落；2、打开电脑，并运行检测程序；3、连接天线，通过试验选择雷达天线的工作频率、确定介电常数。应当注意：a、探测情况复杂时应选两个及以上不同频率天

3、线，b、隧址区内不应有较强的电磁波干扰，若有则在记录中标示出来，c、支撑天线的器材应选用绝缘材料，天线操作人员应与工作天线保持相对固定的位置，d、工作天线的平面与探测面基本平行，距离相对一致；4、让天线以一定速度（能反映出探测对象异常）从掌子面底部一侧开始移动，每次移动10cm左右，待数据读取完毕向下一位置移动，移动的轨迹（即测线）以十字或网格形式布设为宜；5、待探测完毕后，将数据通过软件分析并得出波形图；6、读出图中信息，完成超前地质预报书面报告的撰写。五、部分地质特征说明图这里的分析和阐述是根据地质雷达图像的波形

4、特征和频率、振幅、相位以及电磁波能量吸收情况等细节特征的变化规律来建立与各种典型地质现象的对应关系。在工程勘察中，常见的不良地质现象有：断层破碎带、裂隙带、富水带、岩溶洞穴、岩性变化带等。以下分别采用了来自不同工区的地质雷达波形图对以上几种典型地质现象与地质雷达特征图像的对应关系进行分析。5.1完整岩体完整岩体一般介质相对均匀，电性差异很小，没有明显的反射界面，雷达图像和波形特征通常表现为：能量团分布均匀或仅在局部存在强反射细亮条纹；电磁波能量衰减缓慢，探测距离远且规律性较强；一般形成低幅反射波组，波形均匀，无杂乱反

5、射，自动增益梯度相对较小。该类岩体的探测和解释精度通常比较高，其典型图像见图1。图1中最上面的几条水平强反射波同相轴为直达波和地表层受爆破松弛影响所致。图1完整岩体的地质雷达特征图像5.2断层破碎带和裂隙带断层是一种破坏性地质构造，其内通常发育有破碎岩体、泥或地下水等，介质极不均匀，电性差异大，且断层两侧的岩体常有节理和褶皱发育，介质均一性差。而裂隙带通常存在于断层影响带、岩脉以及软弱夹层内，裂隙内也有各种不同的非均匀充填物，介电差异大。他们一般都有明显的反射界面，这就为地质雷达创造了良好的应用条件。在断层或裂隙带，

6、其地质雷达图像和波形特征较为相似，通常表现为断层和裂隙界面反射强烈，反射面附近振幅显著增强且变化大；能量团分布不均匀，破碎带和裂隙带内常产生绕射、散射，波形杂乱，同相轴错断，在深部甚至模糊不清；电磁波能量衰减快且规律性差，特别是高频部分衰减较快，自动增益梯度较大；一般反射波同相轴的连线为破碎带或裂隙带的位置。其典型地质雷达特征图像如图2和图3所示。图2断层破碎带地质雷达特征图像图3裂隙带的地质雷达特征图像虽然两者的雷达特征图像相似，但通过对比分析可大致把它们分辨开来：a.断层破碎带的影响范围通常比裂隙带宽，在地质雷达

7、图像上有较宽的异常反应。相反的，裂隙带异常在雷达图像上一般表现为相对较窄的条带。b.断层破碎带的波幅变化范围通常比裂隙带大，而裂隙带的振幅一般为高幅。c.在相对干燥情况下，断层破碎带在地质雷达图像上同相轴的连续性不如裂隙带，它的同相轴错断更明显，其波形更加杂乱，而裂隙带在地质雷达图像上同相轴的连续性反映了裂隙面是否平直、连续。d.探测时可参考当地的区域地质背景资料和钻孔资料，对可能遇到的地质现象做出大致的判断，为图像解释时对这两种地质现象的分辨识别提供依据。5.3富水带地下水经常存在于断层带、裂隙密集带以及岩溶发育带

8、中，含水程度和储水条件主要受构造控制。在常见物质中，水的相对介电常数最大为80，与基岩介质相比存在明显的电性差异。富水带地质雷达图像和波形特征一般表现为：地质雷达波在含水层表面发生强振幅反射；电磁波穿透含水层时将产生一定规律的多次强反射，在富水带内产生绕射、散射现象，并掩盖对富水带内及更深范围岩体的探测；电磁波频率由高频向低频剧烈变化，脉冲周期