朱金彪

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院物探隊(duì)，新疆昌吉831100))

探地雷達(dá)在地下空洞探測中的應(yīng)用

朱金彪

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院物探隊(duì)，新疆昌吉831100))

以三一西北重工廠區(qū)地下空洞探測為例，簡要介紹了探地雷達(dá)的工作原理、應(yīng)用范圍及其探測地下空洞的方法、技術(shù)，分析了地下空洞在雷達(dá)波上反映的波阻特征，介紹了空洞異常在雷達(dá)時(shí)深剖面中的異常反映。通過在工程中實(shí)際應(yīng)用效果說明了探地雷達(dá)探測在一定深度范圍內(nèi)對于空洞探測有著良好的效果，對淺層或超淺層的工程地基空洞調(diào)查探測中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

探地雷達(dá);地下空洞;雷達(dá)波;電磁特性;波阻特征;異常反映;應(yīng)用效果

1 基本原理

地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁波(主頻為數(shù)十?dāng)?shù)百乃至數(shù)千兆赫)以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過發(fā)射天線(T)向地下發(fā)射，當(dāng)它遇到地下地質(zhì)體或介質(zhì)分界面時(shí)發(fā)生反射，并返回地面，被放置在地表的接收天線(R)接收，并由主機(jī)記錄下來，形成雷達(dá)剖面圖。

由于電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁波場強(qiáng)度以及波形將隨所通過介質(zhì)的電磁特性及其幾何形態(tài)而發(fā)生變化。

因此，根據(jù)接收到的波的旅行時(shí)間、幅度與波形等資料，經(jīng)反演計(jì)算，可獲得目標(biāo)體的性質(zhì)、平面位置、埋藏深度及其規(guī)模等資料［1］。

2 概況

三一西北重工工業(yè)園區(qū)位于烏魯木齊104團(tuán)二連，由于在南廠區(qū)進(jìn)行地基開挖過程中，發(fā)現(xiàn)個(gè)別基礎(chǔ)下有類似人防工程的空洞，洞頂埋深距開挖建基面1.7 ～2.5 m，洞高 1.5 ～1.8 m，空洞上部呈楔形，寬度約0.4 m，下部寬度約0.8 m。為查明廠區(qū)其他區(qū)域是否存在空洞，排除工程隱患，需對廠區(qū)重點(diǎn)部位進(jìn)行空洞調(diào)查。測區(qū)出露覆蓋層主要以第四系(Q4)沖洪積塊石、砂礫石以及粉土為主，基巖埋深＞30 m，地表覆蓋層介電常數(shù)為10～12。

3 測試方法、技術(shù)與資料處理

根據(jù)現(xiàn)場情況在南區(qū)廠房北部(重點(diǎn)調(diào)查區(qū)域)約占廠區(qū)1/3處邊界布置四條雷達(dá)測試閉合剖面，剖面長度總計(jì)約1 140 m;在測試廠房區(qū)均勻布置一橫五縱“井”字狀雷達(dá)測試剖面并與外圍閉合圈相交，剖面總計(jì)約1 070 m。

工作儀器采用中國電波傳播研究所生產(chǎn)的LTD2000型探地雷達(dá)，儀器工作頻率可選用50、100、200、500、900 mHz天線，可通過掛接不同型號的天線，完成針對不同深度目標(biāo)的探測。本次勘察目標(biāo)深度3 m左右，根據(jù)測區(qū)現(xiàn)場地質(zhì)條件及探測目的和現(xiàn)場試驗(yàn)，本次采用200 mHz天線，連續(xù)采集方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。時(shí)窗設(shè)置由探測深度決定，一般采取探測深度為目標(biāo)深度的1.5倍，根據(jù)介電常數(shù)確定時(shí)窗選擇80 ns。

雷達(dá)資料的數(shù)據(jù)處理主要分為預(yù)處理和數(shù)據(jù)處理，預(yù)處理包括:①道內(nèi)重采樣，②道間重采樣，③到標(biāo)準(zhǔn)化。

數(shù)據(jù)處理:①振幅處理即增減振幅，②頻譜分析，③帶通濾波，④垂直濾波、水平濾波等，處理目的旨在優(yōu)化數(shù)據(jù)資料，突出目的體、最大限度地減少外界干擾，為進(jìn)一步解釋提供清晰可辨的圖像［2］。

4 資料解釋

雷達(dá)圖形常以脈沖反射波的波形來記錄，以波形或灰度來顯示探地雷達(dá)的探測剖面圖。雷達(dá)資料解釋即對雷達(dá)測試剖面圖的異常識別。根據(jù)在已知空洞上反復(fù)試驗(yàn)，空洞對單一頻率(200 mHz)的雷達(dá)圖像上表現(xiàn)為:在時(shí)間標(biāo)尺25～30 ns處出現(xiàn)同相軸呈現(xiàn)錯(cuò)斷、缺失、不連續(xù)或弧狀強(qiáng)反射段等現(xiàn)象，這些特征為識別此次空洞的主要依據(jù)。圖1為已知空洞雷達(dá)測試剖面圖，綠圈為空洞異常反映。

5 成果分析

圖2是所測試W1段(0～50 m)的雷達(dá)圖像，在圖像的8～10 m段，電磁波旅行時(shí)為24～33 ns對應(yīng)的深度，反射波形呈雙曲線，反射波組同相軸不連續(xù)，有疑似空洞異常反映，異常頂部離地面深1.9 m左右，異常部位見綠色線圈內(nèi)強(qiáng)反射處，與已知空洞異常情況吻合，推測為空洞引起的異常反應(yīng)。

圖3是在所測試N6段(80～150 m)雷達(dá)圖像，在圖像87～88 m段電磁波旅行時(shí)為28～35 ns對應(yīng)的深度，反射波形呈雙曲線，反射波組同相軸不連續(xù)，有疑似空洞異常反映，異常頂部離地面深1.9 m左右，異常部位見綠色線圈內(nèi)強(qiáng)反射處，推測為空洞引起的異常反應(yīng)。

圖1 已知空洞雷達(dá)測試剖面圖

圖2 W1段(0～50m)雷達(dá)圖像

圖3 N6段(80～150mm)雷達(dá)圖像

圖4 WI段驗(yàn)證照片

圖5 N6段驗(yàn)證照片

6 結(jié)語

通過工程實(shí)踐，說明探地雷達(dá)能夠探測在一定深度范圍(勘探深度與介質(zhì)條件及天線主頻有密切關(guān)系)的地下空洞，且可取得良好的應(yīng)用效果。探地雷達(dá)以其高效快速、高精度工程地基勘探中能夠發(fā)揮重要作用，且對淺層或超淺層的工程地基空洞調(diào)查探測中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

［1］陳仲侯，王興泰，杜世漢.工程環(huán)境與物探教程［M］.北京:地質(zhì)出版社，1993:173-178.

［2］李大心.探地雷達(dá)方法及應(yīng)用［M］.北京:地質(zhì)出版社，1994:27-63.

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1007-7596(2014)07-0229-02

2014-01-17

朱金彪(1980-)，男，新疆石河子人，工程師。