地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)第一頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

地質(zhì)雷達(dá)自上世紀(jì)70年代開(kāi)始應(yīng)用至今將近30年了，其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，在考古、建筑、鐵路、公路、水利、電力、采礦、航空各領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，解決場(chǎng)地勘查、線路選擇、工程質(zhì)量檢測(cè)、病害診斷、超前預(yù)報(bào)、地質(zhì)構(gòu)造研究等問(wèn)題。在工程地球物理領(lǐng)域有多種探測(cè)方法，包括反射地震、地震CT、高密度電法、地震面波和地質(zhì)雷達(dá)等，其中地質(zhì)雷達(dá)的分辨率最高，而且圖象直觀，使用方便，所以很受工程界信賴和歡迎。地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域第二頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日工程場(chǎng)地勘察地質(zhì)雷達(dá)最早用于工程場(chǎng)地的勘查，包括重要工程場(chǎng)地、鐵路與公路路基，用以解決松散層分層和厚度分布，基巖風(fēng)化層分布，以及節(jié)理帶斷裂帶等問(wèn)題。有時(shí)也用于研究地下水水位分布，普查地下溶洞、人工洞室等。在粘土不發(fā)育的地區(qū)，使用中低頻大功率天線，探查深度可達(dá)20m-30m以上。在地震地質(zhì)研究中，地質(zhì)雷達(dá)也用于研究隱伏活斷層分布，效果很好。

地質(zhì)雷達(dá)最早用于工程場(chǎng)地的勘查，包括重要工程場(chǎng)地、鐵路與公路路基，用以解決松散層分層和厚度分布，基巖風(fēng)化層分布，以及節(jié)理帶斷裂帶等問(wèn)題。有時(shí)也用于研究地下水水位分布，普查地下溶洞、人工洞室等。在粘土不發(fā)育的地區(qū)，使用中低頻大功率天線，探查深度可達(dá)20m-30m以上。在地震地質(zhì)研究中，地質(zhì)雷達(dá)也用于研究隱伏活斷層分布，效果很好。

工程場(chǎng)地勘察第三頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)龅乜辈斓谒捻?yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)龅乜辈靾D像第五頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日松散層下隱伏灰?guī)r頂面第六頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日巖溶陷落洞第七頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

考古考古是地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)較早的領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)外有很多成功的實(shí)例，如意大利羅馬遺址考古、中國(guó)長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)考古等項(xiàng)目都應(yīng)用了雷達(dá)技術(shù)。利用雷達(dá)探測(cè)古建筑基礎(chǔ)、地下洞室、金屬物品等。

考古探察

第八頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日古渠道與遺址第九頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

在現(xiàn)今城市改造中，有時(shí)也需要了解地下管網(wǎng)，如電力管線、熱力管線、上下水管線、輸氣管線、通信電纜等，這對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)是很容易的。目前地質(zhì)雷達(dá)為地下管線探測(cè)發(fā)展了高分辨3D探測(cè)系統(tǒng)及軟件，如PATHFINDER雷達(dá)、RIS-2K/S等雷達(dá)都可以勝任這類(lèi)工作，不但可探測(cè)到水平位置分布，還可以確定其深度，得到三維分布圖。

地下管網(wǎng)探測(cè)第十頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日地下管網(wǎng)探測(cè)第十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

工程檢測(cè)近年應(yīng)用來(lái)領(lǐng)域急速擴(kuò)大，特別是在中國(guó)的重要工程項(xiàng)目中，質(zhì)量檢測(cè)廣泛采用雷達(dá)技術(shù)。鐵路公路隧道襯砌、高速公路路面、機(jī)場(chǎng)跑道等工程結(jié)構(gòu)普遍采用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)。用于檢測(cè)襯砌厚度、脫空和空洞、滲漏帶、回填欠實(shí)、圍巖擾動(dòng)等問(wèn)題。檢測(cè)厚度精度可達(dá)厘米級(jí)。工程質(zhì)量檢測(cè)第十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日工程質(zhì)量檢測(cè)第十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日混凝土與圍巖界線空隙空洞4090140cm混凝土襯砌砌砂巖夾泥巖隧道襯砌檢測(cè)第十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

對(duì)于淺表的金屬礦化帶、斷層蝕變帶以及掌子面附近的金屬礦化帶，可以用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)。礦化帶金屬及氧化物、硫化物富集，電磁性質(zhì)差異明顯，電磁波反射清晰，可為找礦體供參考。以下是山東界訶金礦尋找斷裂蝕變帶金礦的例子。金屬礦化帶勘查第十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日尋找金屬礦化帶第十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

隨著西部大開(kāi)發(fā)進(jìn)程的加快，西部的公路、鐵路、水電等建設(shè)項(xiàng)目增多，大部分建設(shè)在高山峽谷地區(qū)，隧道工程數(shù)量巨大。為保證隧道施工中的人員、設(shè)備安全，保證工期和質(zhì)量，節(jié)約經(jīng)濟(jì)投資，需要進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。目前的超前預(yù)報(bào)是采用地震、雷達(dá)探測(cè)與地質(zhì)研究相結(jié)合的辦法。地震預(yù)報(bào)掌子面前100m左右，地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)20-30m范圍內(nèi)。目前階段預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率不等，很大程度上依賴于經(jīng)驗(yàn)。下邊是公路隧道掌子面上地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)預(yù)報(bào)紀(jì)錄。隧道超前預(yù)報(bào)

第十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日隧道超前預(yù)報(bào)第十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

地質(zhì)雷達(dá)通常是工作反射方式下，如果選用發(fā)射與接收分離型的天線，就可以工作在透射方式下，進(jìn)行電磁波CT成像。跨孔天線、100MHz加強(qiáng)形天線、低頻桿式天線都可以這樣使用。用雷達(dá)記錄電磁波的時(shí)程，包含了電磁波的走時(shí)和振幅值，可以同時(shí)進(jìn)行電磁波速與衰減成像。這種方法對(duì)于探查斷裂帶、密集節(jié)理帶、含水帶、金屬含礦帶、溶洞空洞都非常有效。下邊是在金川龍首礦的一個(gè)電磁波探測(cè)實(shí)例。

電磁波透射CT第十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日電磁波透射CT圖像第二十頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

美國(guó)有一個(gè)將地質(zhì)雷達(dá)用于水資源調(diào)查的例子。用雷達(dá)調(diào)查河水的深度和流速，評(píng)估水資源。他的觀測(cè)設(shè)計(jì)得很巧妙。探測(cè)不用船，而是將雷達(dá)天線用鋼索吊在河面上，橫跨河流斷面移動(dòng)，測(cè)量河床界面反射，確定河流斷面水深度分布。同時(shí)，使用10GHZ頻率天線測(cè)量河面水流速度，計(jì)算河水流量。用雷達(dá)測(cè)水深容易理解，用雷達(dá)測(cè)流速有些鮮為人知。雷達(dá)測(cè)速與流速計(jì)的測(cè)量結(jié)果非常一致。該例說(shuō)明只要靈活運(yùn)用，地質(zhì)雷達(dá)的用途是無(wú)窮的。地表水資源調(diào)查

第二十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日河床深度調(diào)查第二十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日河床斷面第二十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日微波測(cè)量河水表面流速第二十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日河水流速分布第二十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

地質(zhì)雷達(dá)用于金屬礦含量檢測(cè)也是一個(gè)奇想。將高頻天線吊在傳送帶上方，傳送帶上物件、樣品、礦石從天線下邊通過(guò)，反射強(qiáng)度的高低與金屬含量有關(guān)。

地質(zhì)雷達(dá)用于礦石調(diào)查第二十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日金屬礦化度分布第二十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在歐美地區(qū)很受重視，每年都召開(kāi)國(guó)際討論會(huì)，2002年第9屆地質(zhì)雷達(dá)國(guó)際討論會(huì)于4月29日到5月2日在美國(guó)加利福尼亞州的SantaBarbara召開(kāi)。由美國(guó)的GSSI公司、瑞典的MALA公司、加拿大的Sensors&Softward公司以及Electrical&ComputerEngineering公司共同資助，由SantaBarbara大學(xué)承辦。2003年第10屆地質(zhì)雷達(dá)國(guó)際討論在挪威召開(kāi)。下列三張照片是第9屆地質(zhì)雷達(dá)國(guó)際討論會(huì)片段，討論會(huì)期間幾家公司展示了他們新近研發(fā)的雷達(dá)設(shè)備。

國(guó)內(nèi)外地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

第二十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日美國(guó)有三個(gè)地質(zhì)雷達(dá)廠家，GSSI是規(guī)模較大的一家，此外有PLUSRODAR和PENETRADAR。GSSI公司及其產(chǎn)品GSSI公司成立于1970年，1990年加入OYO集團(tuán)，推出SIR-10型雷達(dá)，銷(xiāo)售了150套，1994年推出SIR-2型雷達(dá)，4個(gè)月內(nèi)銷(xiāo)售25套。上世紀(jì)末本世紀(jì)初推出了SIR2000,最近又推出SIR3000。

美國(guó)的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)發(fā)展近況第二十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日美國(guó)PLUSRODAR公司的PLUSRODARⅤ型路用雷達(dá)，采用空氣耦合雙及型天線，有250MHz，500MHz、1GHz、2GHz多種型號(hào)。同時(shí)可安裝4個(gè)不同頻率的天線，測(cè)量速度可達(dá)110km/h。WESTERNUNION

美國(guó)西部聯(lián)盟路面雷達(dá)公司第三十頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日美國(guó)PENETRADAR公司創(chuàng)建于1974年，一直從事高精度路面雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，該公司的IRIS/IRIS-L型路面雷達(dá)已作為美國(guó)路橋檢測(cè)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在中國(guó)有十幾家用戶。美國(guó)PENETRADAR公司

第三十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日路面檢測(cè)雷達(dá)第三十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日英國(guó)ERA公司SPRSCAN雷達(dá)英國(guó)有兩家雷達(dá)生產(chǎn)商，分別是ERA公司和SEARCHWELL公司。目前對(duì)于他們產(chǎn)品的詳情了解較少。

意大利IDS公司RIS-2K/MF雷達(dá)意大利意銳（IDS）公司生產(chǎn)的RIS-2K/MF雷達(dá)（北京博態(tài)克公司代理），多通道雷達(dá)。IDS公司具有多年國(guó)防及衛(wèi)星雷達(dá)經(jīng)驗(yàn)，民用始于20年前，意大利電信在安裝光纖前需探測(cè)地下目標(biāo)，提出了極其嚴(yán)格的要求，IDS公司為此研制出RIS-2K/MF雷達(dá)系統(tǒng)。目前配置的天線的頻率有80、100、150、200、400、600、1200、1600MHz。英國(guó)和意大利雷達(dá)第三十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日意大利RIS雷達(dá)第三十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日意大利RIS雷達(dá)第三十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

加拿大的Sensors&Software公司生產(chǎn)的PulseEKKO系列地質(zhì)雷達(dá)在上世紀(jì)初就進(jìn)入了中國(guó)(雷迪公司代理)，早期產(chǎn)品為PulseEKKOⅣ，接著有功能改進(jìn)的PulseEKKO100。該儀器的特點(diǎn)是接收與數(shù)字采樣都放在天線中，通用光纖與筆記本電腦通訊，筆記本電腦作為記錄器，抗干擾性強(qiáng)。但聯(lián)線太多，野外使用不太方便。加拿大EKKOPULSE雷達(dá)加拿大EKKOⅣ天線輸入電壓400V，光纖1000V，重復(fù)頻率30kHz。加拿大探頭與軟件公司PLUSE-EKKO雷達(dá)

第三十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日加拿大雷達(dá)第三十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日雷達(dá)控制器PULSEEKKO高頻雷達(dá)天線PULSEEKKO一體化雷達(dá)

加拿大雷達(dá)第三十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日瑞典生產(chǎn)地質(zhì)雷達(dá)較早，上世紀(jì)80年代中期，ABEM公司就生產(chǎn)井下透射雷達(dá)，到現(xiàn)在工程探測(cè)及檢測(cè)雷達(dá)及各類(lèi)天線齊全。瑞典的MALAGEOSCIENCE公司，丹麥的依可-丹公司，也都生產(chǎn)探地雷達(dá)。

瑞典及丹麥的雷達(dá)第三十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日瑞典雷達(dá)第四十頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

目前國(guó)內(nèi)有4家雷達(dá)廠商：國(guó)內(nèi)在上世紀(jì)80年代就開(kāi)始地質(zhì)雷達(dá)的研究工作，主要是為了煤礦安全，重慶煤研所在很多煤礦進(jìn)行了試驗(yàn)，采用模擬信號(hào)、屏幕顯示技術(shù)，不是數(shù)字雷達(dá)。90年代初外國(guó)雷達(dá)進(jìn)入中國(guó)后，電子部22所和航天部愛(ài)迪爾公司也先后開(kāi)始數(shù)字化雷達(dá)的研制，分別推出了自己的產(chǎn)品。90年代末和本世紀(jì)初驕鵬公司與礦大研究生院也分別研制出自己的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)發(fā)展第四十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日愛(ài)迪爾公司推出的CIDRC道路檢測(cè)雷達(dá)，天線中心頻率750MHz、1000MHz、2000MHz,并配有層位追蹤軟件，適合公路路面測(cè)量。后有開(kāi)發(fā)出CBS-900探地雷達(dá)一體化機(jī)，配有高頻、中頻和低頻天線，10MHz—2GHz系列。用于混凝土結(jié)構(gòu)、路面、工程場(chǎng)地等各種測(cè)量。

愛(ài)迪爾道路雷達(dá)第四十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日上世紀(jì)90年代中期，電子部青島22所原在河南新鄉(xiāng)時(shí)就研制出LTD-3型探地雷達(dá)，配有80MHz-1000MHz屏蔽型天線和25MHz-2000MHz非屏蔽性天線，并配有分析軟件，用于混凝土結(jié)構(gòu)、路面、工程場(chǎng)地等各種測(cè)量。其軟件最早采用小波分析方法，效果很好。青島22所LTD-3型探地雷達(dá)第四十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日LTD-3雷達(dá)第四十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日北京礦大研究生院煤礦地質(zhì)雷達(dá)專為煤礦安全探測(cè)設(shè)計(jì)的，具有防爆功能，2002年研制成功。雷達(dá)配有GR處理軟件，功能完善，層面追蹤和小波分析。北京礦大研究生院地質(zhì)雷達(dá)

第四十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

驕鵬公司的GEOPEN型地質(zhì)雷達(dá)推出的比較晚，但一體化和造型設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)是最好的。光纖傳輸，25MHz--400MHz中低頻天線，250MHz-2000MHz中高頻屏蔽天線。并有GRIM型井間雷達(dá)系統(tǒng)，一次可采集多頻信號(hào)，0.5-32MHz。驕鵬公司GEOPEN型地質(zhì)雷達(dá)

第四十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日驕鵬雷達(dá)第四十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日工程勘察與檢測(cè)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的要求地質(zhì)雷發(fā)展的最主要的推動(dòng)力是社會(huì)需求，包括環(huán)境、考古、資源和工程等領(lǐng)域的需求，其中最主要的是工程需求。工程需求有兩個(gè)方向，一個(gè)是工程勘察，另一個(gè)是工程檢測(cè)，兩者對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)要求是不同的。目前的地質(zhì)雷達(dá)在工程檢測(cè)中應(yīng)用的效果比較好，而在工程勘察中的效果不理想，原因是雷達(dá)目前的技術(shù)指標(biāo)更接近工程檢測(cè)的要求，而距工程勘察要求有較大的距離。工程勘察對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)要求最主要的是探測(cè)深度和分辨率，目前的探地雷達(dá)在北方第四系地層中探測(cè)深度可達(dá)到20-25m,在南方一般為15-20m。在基巖出露地區(qū)探測(cè)可能會(huì)略深些?？山忉尩牡貙拥暮穸燃捶直媛始s0.5-1.0m左右。而工程場(chǎng)地勘察關(guān)心的深度一般為30-50m，公路與鐵路線路勘察關(guān)心的深度在20-30m左右，因而地質(zhì)雷達(dá)不能滿足大多數(shù)工程場(chǎng)地的勘察需要，可滿足部分線路勘察的需要。電磁波在巖土介質(zhì)中傳播時(shí)衰減是不可避免的，因而，要加大探深度，必須對(duì)雷達(dá)的軟硬件有較大的改進(jìn)。硬件的改進(jìn)有兩方面，一個(gè)是提高天線的發(fā)射功率，另一個(gè)是提高A/D轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)位數(shù)。目前GSSI公司的80MHZ、100MHz強(qiáng)力天線是市場(chǎng)上見(jiàn)到的發(fā)射功率最大的天線，雙峰值1300V，平均功率分別為3000mw和2500mw。但應(yīng)用結(jié)果表明其探測(cè)深度還顯不足，應(yīng)進(jìn)一步提高。提高探測(cè)深度的另一有效措施是提高A/D轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)位數(shù)n。A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)n決定了儀器探測(cè)的動(dòng)態(tài)大小，是同時(shí)記錄最強(qiáng)和最弱信號(hào)的能力。所能探測(cè)的最強(qiáng)與最弱信號(hào)的比值應(yīng)等于2n。加大探測(cè)深度時(shí)，深淺反射信號(hào)的幅值的差異增大，因而儀器的動(dòng)態(tài)范圍需要增加。此外，應(yīng)該提高軟件的處理功能，更有效地消除噪音和干擾，提高弱反射信號(hào)的識(shí)別能力，也就增加了探測(cè)深度，可彌補(bǔ)硬件能力的不足。目前的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)，基本上是受工程檢測(cè)需要的引導(dǎo)在發(fā)展。工程檢測(cè)的基本要求是高分辨率，分辨率要求達(dá)到厘米級(jí)，而對(duì)于探測(cè)深度要求較低，一般為1-2m以內(nèi)。近年來(lái)，先后開(kāi)發(fā)出各類(lèi)高頻天線，包括手持掃描雷達(dá)，天線頻率達(dá)到2GHz。

地質(zhì)雷發(fā)展的最主要的推動(dòng)力是社會(huì)需求，包括環(huán)境、考古、資源和工程等領(lǐng)域的需求，其中最主要的是工程需求。工程需求有兩個(gè)方向，一個(gè)是工程勘察，另一個(gè)是工程檢測(cè)，兩者對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)要求是不同的。目前的地質(zhì)雷達(dá)在工程檢測(cè)中應(yīng)用的效果比較好，而在工程勘察中的效果不理想，原因是雷達(dá)目前的技術(shù)指標(biāo)更接近工程檢測(cè)的要求，而距工程勘察要求有較大的距離。工程勘察對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)要求最主要的是探測(cè)深度和分辨率，目前的探地雷達(dá)在北方第四系地層中探測(cè)深度可達(dá)到20-25m,在南方一般為15-20m。在基巖出露地區(qū)探測(cè)可能會(huì)略深些?？山忉尩牡貙拥暮穸燃捶直媛始s0.5-1.0m左右。而工程場(chǎng)地勘察關(guān)心的深度一般為30-50m，公路與鐵路線路勘察關(guān)心的深度在20-30m左右，因而地質(zhì)雷達(dá)不能滿足大多數(shù)工程場(chǎng)地的勘察需要，可滿足部分線路勘察的需要。電磁波在巖土介質(zhì)中傳播時(shí)衰減是不可避免的，因而，要加大探深度，必須對(duì)雷達(dá)的軟硬件有較大的改進(jìn)。硬件的改進(jìn)有兩方面，一個(gè)是提高天線的發(fā)射功率，另一個(gè)是提高A/D轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)位數(shù)。目前GSSI公司的80MHZ、100MHz強(qiáng)力天線是市場(chǎng)上見(jiàn)到的發(fā)射功率最大的天線，雙峰值1300V，平均功率分別為3000mw和2500mw。但應(yīng)用結(jié)果表明其探測(cè)深度還顯不足，應(yīng)進(jìn)一步提高。提高探測(cè)深度的另一有效措施是提高A/D轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)位數(shù)n。A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)n決定了儀器探測(cè)的動(dòng)態(tài)大小，是同時(shí)記錄最強(qiáng)和最弱信號(hào)的能力。所能探測(cè)的最強(qiáng)與最弱信號(hào)的比值應(yīng)等于2n。加大探測(cè)深度時(shí)，深淺反射信號(hào)的幅值的差異增大，因而儀器的動(dòng)態(tài)范圍需要增加。此外，應(yīng)該提高軟件的處理功能，更有效地消除噪音和干擾，提高弱反射信號(hào)的識(shí)別能力，也就增加了探測(cè)深度，可彌補(bǔ)硬件能力的不足。目前的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)，基本上是受工程檢測(cè)需要的引導(dǎo)在發(fā)展。工程檢測(cè)的基本要求是高分辨率，分辨率要求達(dá)到厘米級(jí)，而對(duì)于探測(cè)深度要求較低，一般為1-2m以內(nèi)。近年來(lái)，先后開(kāi)發(fā)出各類(lèi)高頻天線，包括手持掃描雷達(dá)，天線頻率達(dá)到2GHz。工程對(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的要求

第四十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

目前國(guó)內(nèi)外地質(zhì)雷達(dá)生產(chǎn)廠商超過(guò)10家，生產(chǎn)的地質(zhì)雷達(dá)大同小異，其性能多集中在工程檢測(cè)領(lǐng)域?？偫ǜ黝?lèi)雷達(dá)，其共同的特點(diǎn)是：1．

雷達(dá)天線高頻特性能較好，低頻性能差一些；2．

發(fā)射功率較小，探測(cè)淺；3．

雷達(dá)系統(tǒng)本身噪音較大，影響探測(cè)能力；4．

雷達(dá)處理軟件發(fā)展落后于硬件；此外，有些雷達(dá)整體性差，接線太多，有的雷達(dá)采用筆記本作為記錄器，現(xiàn)場(chǎng)工作不方便；還有些雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸很不方便，數(shù)據(jù)采集1小時(shí)，回來(lái)傳數(shù)據(jù)3小時(shí)。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)存在的問(wèn)題

第四十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日電磁波基本要點(diǎn)電場(chǎng)、磁場(chǎng)與波矢量電磁波是橫波，電場(chǎng)強(qiáng)度E、磁場(chǎng)強(qiáng)度H和波矢量K三者互相垂直，組成右手螺旋關(guān)系。右手螺旋關(guān)系含義如下，四個(gè)手指并攏伸直指向電場(chǎng)方向，然后四指回握90°指向磁場(chǎng)方向，大拇平伸則指向波的傳播方向k。電磁波的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、與波矢量的關(guān)系如下圖所示。在波的傳播過(guò)程中其空間方向是固定不變的，即使是發(fā)生了反射與折射，也只是傳播方向K發(fā)生變化，電場(chǎng)與磁場(chǎng)的方向依然不變。在空氣中電場(chǎng)與磁場(chǎng)是同向位的，兩者同時(shí)達(dá)到極大和極小值，電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值剛好等于電磁波速。在工程介質(zhì)中因?yàn)橛袀鲗?dǎo)電流能量損失，電場(chǎng)與磁場(chǎng)的相位再不同步，磁場(chǎng)落后于電場(chǎng)一個(gè)相位，電導(dǎo)率越高，落后的相位越大。第五十頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日描述電磁波傳播特性的波矢量k為復(fù)數(shù)：k=β+iα,

β描述波傳播的相位，稱為相位常數(shù)；α描述波幅的衰減，稱為衰減常數(shù)，它們是介質(zhì)的性質(zhì)。相位常數(shù)與衰減常數(shù)與介質(zhì)電磁參數(shù)及頻率的關(guān)系如下：

β=ω（με）1/2[（（1+σ2/ω2ε2）1/2+1）/2]1/2

α=ω（με）1/2[（（1+σ2/ω2ε2）1/2-1）/2]1/2

根據(jù)介質(zhì)的電磁性質(zhì)，分三種情況對(duì)上式進(jìn)行討論。

對(duì)于低電導(dǎo)介質(zhì)，滿足σ<10-7S/m，σ/εω《1，此時(shí)相位常數(shù)、衰減常數(shù)和電磁波速V為：

β=ω（με）1/2α=σ（μ/ε）1/2

V=ω/β=（1/με）1/2

上式說(shuō)明對(duì)于低電導(dǎo)介質(zhì)，電磁波速與介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的平方根成反比。對(duì)于非鐵磁性物質(zhì)，導(dǎo)磁率為1。衰減常數(shù)與電導(dǎo)率成正比，與介電常數(shù)的平方根成反比。說(shuō)明電磁波能量的衰減主要是由于感生渦流損失引起的。

對(duì)于高電導(dǎo)介質(zhì)，滿足σ>10-2S/m，σ/εω?1，此時(shí)相位常數(shù)、衰減常數(shù)和電磁波速V為：

β=α=（σμω）1/2

V=ω/β=（ω/σμ）1/2

上式說(shuō)明在高導(dǎo)介質(zhì)中，波速與頻率的平方根成正比，與電導(dǎo)率的平方根成反比，波速是頻率和電導(dǎo)率的函數(shù)，波速很低。如對(duì)于銅，電導(dǎo)率為5*107，在100MHZ時(shí)波速為3.5m/s；對(duì)于1GHZ的頻率，電磁波速為11m/s。這一速度與空氣及巖土介質(zhì)中的電磁波速相比，可以認(rèn)為導(dǎo)體中的電磁波速為0。也就是說(shuō)，在導(dǎo)體中電磁波很難傳播。通常用波幅降至原值的1/e的傳播距離稱為穿透深度δ：δ=1/α=（2/σμω）1/2

該式說(shuō)明穿透深度與電導(dǎo)率和頻率的平方根成反比。在100MHz頻率下，對(duì)于銅的穿透深度僅為0.7*10-3cm，局限于表面。在空氣中電場(chǎng)與磁場(chǎng)的幅值是相等的，且兩者相位相同。而在導(dǎo)體中磁場(chǎng)強(qiáng)度比電場(chǎng)大，相位要滯后電場(chǎng)45°，這些都與感生電流有關(guān)。介質(zhì)中的電磁波速與能量衰減特性

第五十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)儀器配套與參數(shù)選擇2現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)注意要點(diǎn)3資料處理要點(diǎn)4波相識(shí)別5工程解釋第五十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日天線與采集參數(shù)選定天線選擇襯砌檢測(cè)900MHZ天線襯砌與圍巖檢測(cè)600MHZ天線路面檢測(cè)1.2-1.4GHZ天線路基600/900MHZ天線參數(shù)設(shè)置記錄長(zhǎng)度ns[2?h(m)/0.1(m/ns)]?1.5樣點(diǎn)數(shù)512，1024，2048S(samp/scan)?scan/sec?Bit/samp帶寬設(shè)定高截2倍，低截1/2第五十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日工程檢測(cè)資料處理與波相識(shí)別雷達(dá)資料預(yù)處理掃描線/里程均一化，去水平波，小波處理變?cè)鲆骘@示/彩色顯示；波相識(shí)別表面反射波位置和極性，初襯二襯及內(nèi)部界面，空洞，鋼筋，多次波；工程解釋襯砌厚度，空洞，欠實(shí)區(qū)，含水帶，鋼筋密度；第五十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

為獲得雷達(dá)探測(cè)的結(jié)果，需要對(duì)雷達(dá)記錄進(jìn)行處理與判讀，判讀是理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合分析，需要堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。雷達(dá)記錄的判讀也叫雷達(dá)記錄的波相識(shí)別或波相分析，它是資料解釋的基礎(chǔ)。在此首先介紹波相分析的基本要點(diǎn)。要點(diǎn)1：反射波的振幅與方向從反射系數(shù)的菲涅耳（Fresnel）公式中可以看出兩點(diǎn)：第一點(diǎn)反射振幅的大小，界面兩側(cè)介質(zhì)的電磁學(xué)性質(zhì)差異越大，反射波越強(qiáng)。從反射振幅上可以判定兩側(cè)介質(zhì)的性質(zhì)、屬；第二點(diǎn)反射波的極性，波從介電常數(shù)小進(jìn)入介電常數(shù)大的介質(zhì)時(shí)，即從高速介質(zhì)進(jìn)入低速介質(zhì)，從光疏進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，反射系數(shù)為負(fù)，即反射波振幅反向。反之，從低速進(jìn)入高速介質(zhì)，反射波振幅與入射波同向。這是判定界面兩側(cè)介質(zhì)性質(zhì)與屬性的又一條依據(jù)；如從空氣中進(jìn)入土層、混凝土反射振幅反向，折射波不反向。從混凝土后邊的脫空區(qū)再反射回來(lái)時(shí)，反射波不反向，結(jié)果脫空區(qū)的反射與混凝土表面的反射方向正好相反。如果混凝土后邊充滿水，波從該界面反射也發(fā)生反向，與表面反射波同向，而且反射振幅較大?；炷林械匿摻?，波速近乎為零，反射自然反向，而且反射振幅特別強(qiáng)。因而，反射波的振幅和方向特征是雷達(dá)波判別最重要依據(jù)。雷達(dá)目標(biāo)波相識(shí)別的三項(xiàng)基本要點(diǎn)1

第五十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日鋼筋反射波的振幅與方向

第五十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日要點(diǎn)2：反射波的頻譜特性不同介質(zhì)有不同的結(jié)構(gòu)特征，內(nèi)部反射波的高、低頻率特征明顯不同，這可以作為區(qū)分不同物質(zhì)界面的依據(jù)。如混凝土與巖層相比，比較均質(zhì)，沒(méi)有巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而圍巖中內(nèi)反射波明顯，特別是高頻波豐富。而混凝土內(nèi)部反射波較少，只是有缺陷的地方有反射。又如，表面松散土電磁性質(zhì)比較均勻，反射波較弱；強(qiáng)風(fēng)化層中礦物按深度分化布，垂向電磁參數(shù)差異較大，呈現(xiàn)低頻大振幅連續(xù)反射；其下的新鮮基巖中呈現(xiàn)高頻弱振幅反射，從頻率特性中可清楚地將各層分開(kāi)。如圍巖中的含水帶也表現(xiàn)出低頻高振幅的反射特征，易于識(shí)別。節(jié)理帶、斷裂帶結(jié)構(gòu)破碎，內(nèi)部反射和閃射多，在相應(yīng)走時(shí)位置表現(xiàn)為高頻密紋反射。但由于破碎帶的散射和吸收作用，從更遠(yuǎn)的部位反射回來(lái)的后續(xù)波能量變?nèi)酰盘?hào)表現(xiàn)為平靜區(qū)。雷達(dá)目標(biāo)波相識(shí)別的三項(xiàng)基本要點(diǎn)2第五十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日巖土介質(zhì)雷達(dá)波譜特性第五十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日要點(diǎn)3：反射波同向軸形態(tài)特征：