地质雷达在地下水检测中应用

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1、地质雷达在地下水检测中应用　　【摘要】地质雷达是一种新的地球物理技术，以其高效快速、分辨率高、定位准确、高精度等优点在工程探测中能够发挥重要作用，取得了良好的应用效果，深受广大工程技术人员的青睐。【关键词】地质雷达；探测技术；管道异常中图分类号：TN95文献标识码：A文章编号：引言7地质雷达探测技术是近年来快速发展的高精度无损检测技术，具有检测快速，数据收集能力，定位准确，操作灵活，可实现连续X射线扫描和二维彩色图像实时显示独特的优势，目前我国矿产，水利，电力，煤炭，铁路，交通，建设，核工业，航空航天和其他部门进行试验和研究工作中的应用技术，如地质勘探，城市地下

2、管线工程施工的隧道工程，公路工程质量检测，桥梁施工，地面和地下空洞和裂缝调查，检测管道，埋地物体检测，障碍地下勘探，建筑物无损检测保护，地质灾害调查。地质雷达在脉冲频率的宽带电磁波的形式传输的地下，在地下介质中电磁波传播过程中，当不同的导电体的地下目标，如空洞，接口，电磁波的反射，返回到地面的接收天线；电磁波接收器，信号处理和分析，根据对信号的波形，强度，时间参数来推断地下物体的空间位置，结构和几何形态，从而达到地下目标探测。地质雷达探测作为一种新兴的地球物理方法，与其他地球物理方法(如浅层地震勘探、电阻率法、激发极化法)相比，具有以下特点:①分辨率高；地质雷达

3、中心频率10～1500MHz，其分辨率可达厘米级。②无损性；地质雷达为无损探测技术。③效率高；地质雷达仪器轻便，可连续测量，从数据采集到处理成像一体化，操作简单，采样迅速，所需人员少。④结果直观；地质雷达采用图像实时显示，可在野外定性解释。⑤地下传播规律复杂；由于地下介质比空气具有较强的电磁波衰减特性，加之地下介质的多样性和非均匀性，电磁波在地下的传播比空气中复杂得多，因而，地质雷达系统涉及的理论面广，技术难度大。1国内外研究现状近年来地下水电磁法勘探从模型到技术，再到反演，均呈现明显的“联合”、“移植”和“借鉴”的趋势。地下水研究的电磁模型所存在的问题可以概括

4、为:定性化多定量化少、一维近似多高维模型少、传统手段沿用多现代技术应用少、单一方法研究多综合影响考虑少。1．1地质雷达工作原理与特点7地质雷达（GPR）通过分析和研究电磁波在地下介质中的传播规律与波场特点来探查明地下介质的构造。地质雷达的工作方式是通过发射天线T发射主频为106～109Hz的高频电磁波，使用接收天线R接收从地下反射回来的高频电磁波。地质雷达具备以下优点：①它是一种无损原位探测技术，可以在各种工程现场安全使用；②具有良好的抗干扰能力；③能够提供现场实时的直观成像剖面，并且能够获得令人满意的探测深度和分辨率；④数据采集方便快捷，作业效率高。2工程案例

5、某小区地下有一废弃污水管在桩基础施工中被管桩击穿，地面出现塌陷、塌陷最深处近2m，塌坑被填埋后地面仍有下沉。本次探测目的是为了摸清被管桩打穿的大口径排水管道漏水情况及基础是否存在被冲刷的空洞。2．1探测技术介电常数差是雷达工作的基础，常见介质电性参数见表1。表1常见介质电性参数水的电导率远高于灰岩、砂岩等岩石，因而探地雷达对水特别敏感。经过相关理论推导可得到以下地质雷达探水原则:①雷达波对水或含水率高的介质的反射强烈，反射波强度大。②雷达波从其它介质到含水层界面的反射波相位与入射波相反。③雷达波通过含水体后，高频成分被吸收，反射波的优势频率降低。 7本次探测工作

6、在垂直塌坑走向布置12条长剖面，采用32MHz低频组合天线进行探测，遇放样点打标，标记间距1m。以地面可见塌坑中心线为轴线布置，线间距2～3m，测线长度10m左右，测线累计长度120m，探测测点间距20cm，累计测点数700个。2．2探测资料解释与分析为了较好显示混凝土管道的异常，采取了多种处理技术，主要有调零、归一、滤波、增益、相关、频谱分析等，频谱分析较好显示了管道和地下水异。2．2．1富含水异常电磁波由混凝土管道进入水中，从高速介质进入低速介质，在相位上显示为负相位起跳。电磁波在混凝土管道结构中传播，由于水存在于松散介质中，而形成连续负波。从测线9可以看出

7、能量图与频谱图的明显差异。能量图中偏下位置有一长轴为上下方向的椭圆形低能量区，说明该区域含水量较高(见图1)。图1测线9所在富含水区域雷达伪彩图2．2．2管道异常测线1为平整场地，以测线1为例，进一步分析频谱图地下管道的异常特征。7由图2可以看出，频谱图在该区域显示为低频低能量，而在该区域右侧有一高能量高频率弧形异常，弧形隐隐约约构成圆形，圆内能量相对较高。推断频谱图中的圆形异常为管道异常。异常区内存在明显的圆形封闭异常，如果排除浅层异常多次反射的因素，圆形异常区的上半部频率低到近乎为直达波、下半部则显示为高能量高频率，推断管道下半部仍存有污水。图2测线1雷达频

8、谱图和异常大样图2．2．