电力工程勘探中地质雷达的应用

李东升

（四川电力设计咨询有限责任公司 四川 成都 610041）

电力工程勘探中地质雷达的应用

李东升

（四川电力设计咨询有限责任公司 四川 成都 610041）

本文通过在分析地质雷达内涵解析的基础上，浅要分析了地质雷达的工作原理，并就实例论述的基础上分析了电力工程勘探中地质雷达的具体应用，以期为我国电力工程的技术水平的提高提供浅见。

地质雷达；工程地质；风电勘探；实例分析

我国工程领域常用的电力工程勘探方法是采用钻探技术进行，但是近年来我国国内整体的用电量越来越大，传统的钻探技术已经不能满足现有工程领域的操作需要。我国的电力行业在新兴建各类电力设施外，还提高了对既有电力设施的改造力度，由于我国的电能分布不平衡，电能产生地与需求地分布较远，需要铺设大量的基础设施用于电力传送。大多数输电设施位于偏远地区，环境情况较为复杂，常规的钻探技术很难进行。因此，近些年我国电力行业逐渐引入了地质雷达技术用于进行岩土工程勘察工作。

1 地质雷达的内涵解析

地质雷达，全称地质勘探雷达系统，它是一种能够向外输送并接收高频电磁波束的设备，通过内部元件的联动作用，在完成发射高频电磁波束探测当地的地质条件后，同时接收反馈回来的电磁波，以此达到探测地下介质情况的目的[1]。地质雷达是一种新式地质勘测设备，具有分辨率高、定位准确、便携性强、直观形象、可操作性强等特点[2]。因此，深受一线电力工程勘探人员的青睐。自地质雷达技术被引入电力工程勘探领域后，其应用范围已经逐步由最初的简单岩土工程勘察扩展到了工程质量无损检测、矿产资源研究等众多领域，不仅勘测效果良好，而且推进了我国电力工程领域勘探技术的发展。

2 地质雷达的工作原理

地质雷达可以发射高频电磁波，进而采用一种非破坏性的勘测方式来获取地下介质的情况。为了方便解释地质雷达勘探工作的原理，现用图1解释地质雷达如何通过剖面扫描的方式获得地下介质情况。如图1所示，当地质雷达架设在待勘测地质上后，技术人员通过雷达自带的移动天线向待勘测地质发射高频电磁波，由于地质情况不同，电磁波在不同介质中传播时，其受到介质的影响作用后，传播过程中的几何形态会发生变化。因此，地质雷达可以根据接收到波的旅行时间、振幅、波形等相关情况无破坏的获取待勘测地质的具体情况。一般情况下，雷达图形常以脉冲反射波的波形记录勘测物体的具体情况，其中，波形的正负峰表示情况不同，常以黑、白表示，但是在某些情况下也会用灰度或彩色来表示。现用图2来解释雷达波形记录示意图，通过图2可知，雷达波形记录示意图中的各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达时间剖面，以此可以准确、高效地获取待勘测地质的具体情况。

图1 地质雷达勘探工作

图2 雷达波形记录示意图

由于地质雷达是一种先进的工程物探技术，采用电磁波在不同介质中的传播理论技术，并具有众多有点，因此近年来其应用范围日趋广泛。各相关部门均加大了对地质雷达技术的研究力度，希望能够研究出更稳定、更高效、更方便的用于电力工程勘探使用的地质雷达。

3 地质雷达在电力工程勘探领域的实际应用

在某电厂的建设过程中，需要探测一个内部深度15m的无岩溶洞穴，并要根据具体情况挖掘一个溶洞，根据已有情况可知，该无岩溶洞穴上部为普通土质堆积物，下部基岩层为灰岩。综合已有地质雷达勘测技术及现场情况，勘测过程中主要采用剖面法进行操作。在一些特殊地区，溶蚀破碎带现象较为常见，由于致密的灰岩雷达波相特征具体情况不同，在有无反射的情况下，覆黏土层的增加情况不尽相同。例如在隐伏基岩地区，当灰岩层与水份发生作用后，起初是以肉眼可见的缝隙形式存在，但随着情况逐渐加深，溶蚀程度也是渐渐严重，各个缝隙慢慢的连接起来，进而使得周围岩石破碎，最终形成了我们见到的溶蚀破碎结构[3]。

当溶蚀裂隙扩展到一定程度，便形成了溶洞现象。根据以往资料可知，溶洞雷达图像相比其他雷达图像来说具有其鲜明的特点。从具体的图像可知，在溶洞空间内，其主要有高幅、低频等不同情况的多次反射波阻，加之溶洞底部情况不同，如果有水或者黏土，则反射情况不同，一般情况下会导致界面反射不太明显。如果溶洞内充填了碎石后，从溶洞雷达图像可见，其呈现明显的杂乱的强反射短波阻，这是由于溶洞内的碎石结构影响的。

图3为挖掘坑区地质雷达变面积曲线图。由图3可知，此次测算的波形结果显示较为清楚，不仅波形规则，而且同相轴连续性较好，且有多个反射界面。通过分析地质雷达变面积曲线图，并结合以往工程实践经验可知，该处地质为黏土、砾石堆积层及灰岩强风化层的混合体，厚度约3.2～3.5m。在更深的地层，主要为灰岩结构，且内部含有一溶蚀破碎带，埋深大概在5～13.5m左右。

图3 溶蚀破碎带雷达变面积曲线图

从已有的地质雷达勘测理论与各种工程实践中证实，地质雷达由于其使用宽频带、短脉冲电磁波为震源，并且其相比其他技术手段来说分辨率更高，且具有效率高、效果好、对待勘测物体无损等众多优点，因此在岩溶地质勘察中深受一线技术人员的青睐，使用范围较大。

某风电厂基岩面勘探：

某风电场工程所处的地理环境主要是高山地区，其内部地质结构复杂，且交通不畅。

在我国的电力工程勘探中，岩土工程勘察主要是确定电力设施下方土层的厚度问题，但是常规的技术难以深入土层深处，处理较浅的土质结构效果良好[4]。但是如果土层厚度超出钻探的固定深度，常规的技术就显得捉襟见肘。但是，地质雷达技术应用于岩土工程勘察后，能够很好地解决这一现状，在减少钻探、探井的工作量的同时，提高了勘察速度，减少了勘察时间，具有很好地效果。

现场地质雷达勘探采用的主要技术参数为：50MHz非屏蔽天线，天线间距4.2m，采样步长为0.2m，采用点测方式进行探测。经对雷达剖面与探坑资料进行对比，可以看出，雷达剖面能够真实准确地反映出覆盖层与基岩面的变化情况。

4 结束语

在我国的电力工程勘探领域，地质雷达技术具有效率高、效果好等特点，在我国的电力行业发展过程中发挥了极其重要的作用。从现有情况来看，地质雷达技术用于电力工程领域后，取得了良好的应用效果。可以预料的是，随着我国经济的逐步发展和科技水平的稳健提高，地质雷达技术必将日趋完善，在电力工程勘探领域的应用将会越来越广泛。

[1]王中荣，薛庆辉，冯增良.地质雷达在电力工程勘探中的应用[J].工程勘察，2010（S1）：628～632.

[2]凌同华，张胜，李升冉.地质雷达隧道超前地质预报检测信号的HHT分析法[J].岩石力学与工程学报，2012，07：1422～1428.

[3]韦益华.地质雷达在城市地下管线勘探中的应用[J].技术与市场，2012，12：73～74.

[4]杨艳青，贺少辉，齐法琳，江波.铁路隧道衬砌地质雷达非接触检测模拟试验研究[J].岩石力学与工程学报，2011，09：1761～1771.

TU195

A

1673-0038（2015）37-0292-02

2015-8-27

李东升（1981-），男，河北唐山人，工程师，本科，从事岩土工程勘察设计工作。