地质雷达在沿海填石层探测中的应用

2015-02-23韩伟良

地球 2015年10期

关键词：电磁波介质天线

■韩伟良

（中国华西工程设计建设有限公司深圳分公司广东深圳 518029）

地质雷达在沿海填石层探测中的应用

■韩伟良

（中国华西工程设计建设有限公司深圳分公司广东深圳 518029）

伴随着中国地质勘探行业的迅速发展与经济全球化趋势的进一步拓展，地质雷达在沿海填石层探测中的应用也显得日益重要。本文尝试通过对地质雷达进行研究，力图形成对于该领域的简介。

地质雷达岩石探测

地质勘探行业逐步发展成为中国国民经济中的关键部分，地质雷达在沿海填石层探测中的应用也日趋重要，地质雷达的合理选择与使用决定着石层探测的精度以及整个行业生产效率的提高。

1 地质雷达的原理概述

地质雷达是指以电磁波的形式，按照宽频带短脉冲借助天线经由地质表面与地下的回波反射来实现对于沿海填石层探测的目的[1]。在实际应用过程中，基于沿海填石层各种组成成分的差异性，其中所蕴含的电磁波也不尽相同，因此，地质雷达借助对于电磁波的收集与反馈，通过收集与对比波长与频率之间的区别来进行地质勘探。当沿海填石层由岩石、土地等共同构成时，地质雷达能够巧妙的区分各个材料之间的物理区别，进而分辨出是否存在勘探的危险。地质雷达是研究高频电磁波在地下介质中的传播、反射和绕射等波动现象和规律的地球物理探测方法，它能提供有关近地表介质特性和结构的高分辨率信息。实际操作过程中，勘探者可以在控制雷达天线的同时，稳定好机器设备，采用等间距探测法对事先标明好的地质勘探环境进行考量。为了更好的进行对于地质雷达的定位和勘测，可以运用导航系统来进行测控，以此来帮助雷达进行准确定位。

2 地质雷达的应用解析

由于我国地质勘探需求日益攀升，地质雷达在沿海填石层探测中具有无可替代的作用，因而广泛探讨地质雷达的实际应用具有很强的必要性与现实意义。选取珠海市高栏港经济区为案例，因为这里的地质结构比较复杂，以人工填土与沉积层为主，因此土壤多为淤泥质黏土层，其中还蕴含着岩石层，这对于实行地质勘探无疑造成了困扰。受到社会经济发展的影响，该区域的施工便道存在着填石侵入淤泥的现象，这严重制约了道路设计的发展，因此借助地质雷达对该区域进行勘测，据此明确地质构造，采取适宜的建设方案势在必行。

2.1 数据采集

就数据的采集方式而言，在用地质雷达进行探测时，通常发射天线和接收天线之间的间距固定，两个天线沿测线同时移动，采集到的是共(单)偏移距数据。虽然这种数据采集方式能快速地获取雷达资料，但在较多的雷达探测中却无能为力[2]。多次覆盖技术能压制随机噪音万倍(N为覆盖次数)，对规则干扰也有显著的压制作用。多偏移距资料还能为叠后偏移和进一步的分析解释提供十分重要的二维速度结构。此外，多次覆盖技术还有一个重要的优点，它能探测复杂的地质构造(当然，解决地质构造的复杂程度与采用的数据处理的方法如叠前或叠后偏移有关)。鉴于多次覆盖技术的诸多优点，多次覆盖观测方式被用来采集地质雷达资料，获得多偏移距数据。

因为在地质雷达数据中存在着各种噪音，既有外界随机噪音，又有地面和地上物体反射引起的规则干扰，还有仪器本身噪音。仪器噪音在单偏移距剖面上表现为与空气中直达波同相轴平行的周期性出现的同相轴，掩盖了有效信号，给资料处理和解释带来极大困难。由于地质雷达目标体介质相当于一个复杂滤波器，介质对波不同程度的吸收以及介质的不均匀性，使得脉冲到达接收天线时，波的振幅被减少，波形或扫描形式变得与原始发射波形有较大的差别。另外，不同程度的各种随机噪声和干扰波，也歪曲了实测数据。

因此，地质雷达数据处理的目标是压制随机的和不规则的干扰，以最大可能的分辨率在地质雷达图像剖面上显示反射波，提取反射波的各种有用的参数(包括电磁波速度、振幅和波形等)来帮助解释。目前，常规的数据处理过程为:取时间方向上多次重复测量的平均值，以抑制随机噪声；取邻近不同位置的多次测量平均值，以压制非目的体杂乱回波，改善背景；做自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收，增强深部目标体的雷达图像；进行数字滤波来压制干扰波，以突出有效波；进行偏移绕射处理以反映目标介质的真实位置与大小。图像解释首先是识别目标体的地质雷达图像特征，然后进行检测资料的解释。识别目标体的地质雷达图像特征的过程是一个经验积累的过程，一方面基于地质雷达图像的正演成果，另一方面由工程实践工作的积累。

图1 地质雷达工作原理示意图

2.2 资料处理

地质雷达探测的工作原理，简单地说是通过特定仪器向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波。电磁波在介质中传播，遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分界面等时，电磁波发生反射，返回到地面时由接收天线接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测这是一种非破坏性的探测技术，可以安全地用于城市建设中的工程场地，并具有较高的探测精度和分辨率。

在勘测领域，地质雷达能够解决覆盖层厚度、松软层厚度及分布、基岩风化层界面及分布、地下排污巷道及地下管线等，在回填等松软层上，探查深度可达20米以上，在致密或基岩上探查深度可达30米以上。从雷达屏蔽天线来，发射与接收天线间的间距很少，基本上可以视为发射点与接收点为同一个位置，也就是物探中所说的900入射，因而在资料处理当中，不需要进行侧向走时的修正，而对于现场采集到的坏道或是由于探测轮侧向偏移的情况，可以通过现场技术人员的记录日志进行修正，同时，在探测过程中如果出现地面干扰的情况（如天线上下台阶，地面管线）等都应有相应的记录，在资料处理当中，这些干扰都一一地加以剔除，从整个资料处理的流程来看，资料处理遵循。

最后，要实现地质雷达的良好使用，就要更新对其的认知水平，结合当前地质行业发展的现状来采取科学化的使用手段。重视对于技术操作人员素质的提升、地质雷达的综合使用以及安全管理的落实，在适应我国地质勘探水平不断提高的同时，合理规划雷达的选择与使用，促进其对推动我国社会发展、丰富人民物质生活的无可替代的作用。