地质雷达技术在管道河流地层划分中的应用

刘加文++苏健++郭玉华

摘 要：该文从河流穿越岩土工程勘察中遇到的问题入手，引入地质雷达技术，并通过工程实例介绍了雷达技术在河流穿越中的应用，通过雷达成果剖面与工程地质钻探剖面的对比分析，体现了雷达技术的应用优势，有效的填补了钻孔间的盲区，弥补了常规岩土勘察技术中的不足，为输油气管道河流穿越勘察增加了一种新方法。

关键词：雷达技术 剖面 勘察测量

中图分类号：P631.325 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（c）-0011-01

河流由于受到流水的刨蚀、切割、冲刷，河流基岩面的起伏形态较大，卵石层、淤泥层厚度分布不均，河流穿越断面上的隐伏断裂等，这些都对输油气管道安全施工及运营存在很大隐患，查明这些是岩土工程勘察中的关键问题。

但是，水面钻探勘察难度大，工程物探技术中的高密度电法、浅层地震技术也存在跨水域铺设电极、检波器的难题，同时穿越断面处的水域深度也是测量上的技术难题。为有效的解决勘察测量在河流穿越中存在的以上问题，我们引入探地雷达技术。

探地雷达方法是采用电磁波对地下物体和介质的界面进行探测的地球物理方法。该方法以有效、简单、经济的方式探测不同地层间的反射界面。雷达在地质方面的应用，无疑为地质勘探提供了一种崭新的功能强大的物探手段。该方法应用于大型河流穿越中，对准确有效的判定穿越断面处各层反射速度的深入研究以及反射界面的分辨率，是该新型技术应用推广的关键。

1 地质雷达基本原理

地质雷达是研究超高频窄脉冲电磁波在地下介质中传播规律的一门学科，它能使用户快速获得相关探测区域的详细信息。雷达主要由主机、天线和界面单元组成，其中天线又包括发射端和接收端两部分。雷达系统采集数据时，天线的发射端向地下发送以球面波形式传播的电磁波，同时，天线的接收端接收具有不同电介质特性的介质的反射回波，经光纤传输到终端连接的计算机上，实时显示雷达图像。电磁波在介质中传播时，其路径、波形将随所通过介质的电性质和几何形态的不同而变化，当目标体为面反射体时，雷达图像上显示的是与反射界面相一致的一条曲线，当目标体为点反射体时，其雷达图像上显示的是一个抛物线，或称之为双曲线的一支。例如，管线刚好在天线的正下方并且走向与天线扫描方向一致时，可将其看作面反射体；管线的走向与天线扫描方向垂直时，可将其视为点反射体。目标体的深度可由公式求得（V为电磁波在介质中的传播速度，C为电磁波在空气中的传播速度，△t为电磁波在地下介质中的双程旅行时间，εr为介质的相对介电常数值）。

2 工程应用实例

2.1 应用场地概况

某输油气管道需穿越陕北黄土地区一河流，该穿越段河流宽约200.0m，水域断面宽度约50.0m，勘察期间穿越断面处有流水，水域深度0.5～1.0m，流速0.2m/s。经初步勘察穿越断面处地层以淤泥、卵砾石为主，其下部为砂岩，此次雷达勘察主要目的是查明穿越处，地层起伏形态，有无软弱夹层、透镜体、暗穴等不良地质体。

2.2 雷达野外数据采集

（1）测线布置。为查明场地基岩面埋深及起伏形态，结合初勘时钻孔位置，在河流断面布置2条雷达测线，径直从穿越断面处穿过。

（2）观测系统参数设置。该次勘察采用瑞典MALA公司生产的ProExⅢ探地雷达，天线为100Hz屏蔽式天线。根据查找目标层的具体情况，在正式施工之前分别应用100Hz屏蔽式天线、250Hz屏蔽式天线对A01剖面进行参数对比。由于查找目标层较浅，对比分析该场地采用100Hz屏蔽式天线地层分辨率更高。

2.3 室内资料处理

该场地雷达资料处理软件为处理软件为REFLEX 2D二维数据分析软件，处理过程经过野外数据解编、地形高差静校正、一维滤波带通滤波、二维抽取平均道滤波、层位追踪、深度反演得出雷达剖面成果图。

3 雷达剖面综合解释

从处理的雷达剖面上可见两个明显的反射界面，结合钻探资料，推判反射界面为黄土层与卵砾石层、卵砾石与砂岩面之间的反射界面。经标定，电磁波在黄土中的传播速度按65m/μs考虑，卵砾石层电磁波速度按98m/μs考虑，砂岩电磁波速度按126m/μs考虑，绘制出雷达深度剖面。由雷达深度剖面得出，该穿越断面处无断裂构造、透镜体以及软弱夹层等不良地质体；结合图1可以看出，雷达剖面上显示的钻孔间地层与工程地质勘探钻孔间推测地层变化较大，穿越位置zk1与zk2之间黄土层厚度较厚。

4 结语

通过工程实例可以看出，地质雷达技术应用到输油气管道河流穿越中是可行的，该方法有效的填补了常规岩土勘察方法钻探钻孔间的盲区，作为常规勘察方法的一种有益补充对探明输油气管道穿越处的冲刷深度、软弱夹层、透镜体等不良地质体是一种行之有效的方法。但是在水域穿越时用雷达有被水浸湿的危险，希望在以后的应用过程中加以改进，使该方法有效的推广到油气田地面工程建设中。

参考文献

[1] 王正成，谭巨刚，孔祥春，等.地质雷达在隧道超前预报中的应用[J].铁道建筑，2005（2）：9-11.endprint