地质雷达课件(内部参考).pdf

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1、第一讲地质雷达的应用领域探地雷达(GroundPenetratingRadar，简称GPR)，又称地质雷达，是近些年发展起来的高效的浅层地球物理探测新技术，它利用主频为数十兆赫至千兆赫兹波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，为雷达天线接受器所接受，通过对所接受的雷达信号进行处理和图像解译，达到探测前方目的体的目的。与传统的地球物理方法相比，探地雷达最大的优点就是具有快速便捷、探测精度高以及对原物体无破坏作用。因此，探地雷达在道路建设和公路质量检测领域已逐渐被

2、认识到并广泛应用起来。地质雷达自上世纪80年代中期开始应用至今将近20年了，其应用领域逐渐扩大，在考古、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空各领域都有重要的应用，解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、超前预报、地质构造等问题。1.1工程场地勘察地质雷达最早用于工程场地勘查，解决松散层厚度分布，基岩风化层分布，以及节理带断裂带等问题。有时也用于研究地下水分布，普查地下溶洞、人工洞室等。在粘土补发育的地区，探查深度可达20m以上，效果很好。1.2埋设物与考古探察考古是地质雷达应较早的领域，在欧洲有成功的实例，如意大利

3、罗马遗址考古、中国长江三峡库区考古等项目都应用了雷达技术。利用雷达探测古建筑基础、地下洞室、金属物品等。在现今城市改造中，有时也需要了解地下管网，如电力管线、热力管线、上下水管线、输气管线、通信电缆等，这对于地质雷实是很容易的。目前地质雷达为地下管线探测发展了高分辨3D探测系统及软件，如PATHFINDER雷达、RIS-2K/S等雷达都可以胜任这类工作，不但可探测到水平位置分布，还可以确定其深度，得到三维分布图。雷达考古雷达探测管道1.3工程质量检测工程检测近年应用领域急速扩大，特别是在中国的重要工程项目中，质量检测广泛采用雷

4、达技术。铁路公路隧道衬砌、高速公路路面、机场跑道等工程结构普遍采用地质雷达检测。用于检测衬砌厚度、脱空和空洞、渗漏带、回填欠实、围岩扰动等问题。检测厚度精度可达厘米级。衬砌厚度检测衬砌脱空区检测1.4金属矿化带勘查对于浅表的金属矿化带、断层蚀变带以及掌子面附近的金属矿化带，可以用地质雷达探测。矿化带金属及氧化物、硫化物富集，电磁性质差异明显，电磁波反射清晰，可为找矿体供参考。以下是山东界诃金矿寻找断裂蚀变带金矿的例子。地质雷达探测金属矿化带1.5隧道超前预报随着西部大开发进程的加快，西部的公路、铁路、水电等建设项目增多，大部分

5、建设在高山峡谷地区，隧道工程数量巨大。为保证隧道施工中的人员、设备安全，保证工期和质量，节约经济投资，需要进行隧道地质超前预报。目前的超前预报是采用地震、雷达探测与地质研究相结合的办法。地震预报掌子面前100m左右，地质雷达预报20-30m范围内。目前阶段预报的准确率不等，很大程度上依赖于经验。下边是公路隧道掌子面上地质雷达的探测预报纪录。隧道超前预报探到的富水区1.6电磁波CT地质雷达通常是工作反射方式下，如果选用发射与接收分离的天线，就可以工作在透射方式下，进行电磁波CT成像。跨孔天线、100MHz加强形天线、低频杆式天线

6、都可以这样使用。用雷达记录电磁波的时程，包含了电磁波的走时和振幅值，可以同时进行电磁波速与衰减成像。这种方法对于探查断裂带、密集节理带、含水带、金属含矿带、溶洞空洞都非常有效。下边是在金川龙首矿的一个电磁波探测实例。电磁波衰减CT成像电磁波速度CT成像第二讲国内外地质雷达技术发展状况（历史与现状）探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初，1904年，德国人Hulsmeyer首次将电磁波信号应用与地下金属体的探测。1910年Leimback和Lowy以专利形式在1910年的专利，他们用埋设在一组钻孔里的偶极子天线探测地下相对高的导电

7、性质的区域，并正式提出了探地雷达的概念。1926年Hulsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，指出只要介电常数发生变化就会在交界面会产生电磁波反射，而且该方法易于实现，优于地震方法[1,2]。但由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，使得探地雷达技术和应用受到了很多的限制，初期的探测仅限于对波吸收很弱的冰层厚度（1951，B.O.Steenson，1963，S.Evans）和岩石和煤矿的调查（J.C.Cook）等。随着电子技术的发展，直到70探

8、地雷达技术才重新得到人们的重视，同时美国阿波罗月球表面探测实验的需要，更加速了对探地雷达技术的发展，其发展过程大体可分为三个阶段：第一阶段，称为试验阶段，从20世纪70年代初期到70年代中期，在此期间美国，日本、加拿大等国都在大力研究，英国、德国也相继发表了论文和研究报告，首