探地雷达在地下空洞探测中的应用

朱金彪

(新疆水利水电勘测设计研究院物探队，新疆昌吉831100))

探地雷达在地下空洞探测中的应用

朱金彪

(新疆水利水电勘测设计研究院物探队，新疆昌吉831100))

以三一西北重工厂区地下空洞探测为例，简要介绍了探地雷达的工作原理、应用范围及其探测地下空洞的方法、技术，分析了地下空洞在雷达波上反映的波阻特征，介绍了空洞异常在雷达时深剖面中的异常反映。通过在工程中实际应用效果说明了探地雷达探测在一定深度范围内对于空洞探测有着良好的效果，对浅层或超浅层的工程地基空洞调查探测中有着十分广阔的应用前景。

探地雷达;地下空洞;雷达波;电磁特性;波阻特征;异常反映;应用效果

1 基本原理

地质雷达是利用高频电磁波(主频为数十数百乃至数千兆赫)以宽频带短脉冲的形式，由地面通过发射天线(T)向地下发射，当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射，并返回地面，被放置在地表的接收天线(R)接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。

由于电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。

因此，根据接收到的波的旅行时间、幅度与波形等资料，经反演计算，可获得目标体的性质、平面位置、埋藏深度及其规模等资料［1］。

2 概况

三一西北重工工业园区位于乌鲁木齐104团二连，由于在南厂区进行地基开挖过程中，发现个别基础下有类似人防工程的空洞，洞顶埋深距开挖建基面1.7 ～2.5 m，洞高 1.5 ～1.8 m，空洞上部呈楔形，宽度约0.4 m，下部宽度约0.8 m。为查明厂区其他区域是否存在空洞，排除工程隐患，需对厂区重点部位进行空洞调查。测区出露覆盖层主要以第四系(Q4)冲洪积块石、砂砾石以及粉土为主，基岩埋深＞30 m，地表覆盖层介电常数为10～12。

3 测试方法、技术与资料处理

根据现场情况在南区厂房北部(重点调查区域)约占厂区1/3处边界布置四条雷达测试闭合剖面，剖面长度总计约1 140 m;在测试厂房区均匀布置一横五纵“井”字状雷达测试剖面并与外围闭合圈相交，剖面总计约1 070 m。

工作仪器采用中国电波传播研究所生产的LTD2000型探地雷达，仪器工作频率可选用50、100、200、500、900 mHz天线，可通过挂接不同型号的天线，完成针对不同深度目标的探测。本次勘察目标深度3 m左右，根据测区现场地质条件及探测目的和现场试验，本次采用200 mHz天线，连续采集方式进行数据采集。时窗设置由探测深度决定，一般采取探测深度为目标深度的1.5倍，根据介电常数确定时窗选择80 ns。

雷达资料的数据处理主要分为预处理和数据处理，预处理包括:①道内重采样，②道间重采样，③到标准化。

数据处理:①振幅处理即增减振幅，②频谱分析，③带通滤波，④垂直滤波、水平滤波等，处理目的旨在优化数据资料，突出目的体、最大限度地减少外界干扰，为进一步解释提供清晰可辨的图像［2］。

4 资料解释

雷达图形常以脉冲反射波的波形来记录，以波形或灰度来显示探地雷达的探测剖面图。雷达资料解释即对雷达测试剖面图的异常识别。根据在已知空洞上反复试验，空洞对单一频率(200 mHz)的雷达图像上表现为:在时间标尺25～30 ns处出现同相轴呈现错断、缺失、不连续或弧状强反射段等现象，这些特征为识别此次空洞的主要依据。图1为已知空洞雷达测试剖面图，绿圈为空洞异常反映。

5 成果分析

图2是所测试W1段(0～50 m)的雷达图像，在图像的8～10 m段，电磁波旅行时为24～33 ns对应的深度，反射波形呈双曲线，反射波组同相轴不连续，有疑似空洞异常反映，异常顶部离地面深1.9 m左右，异常部位见绿色线圈内强反射处，与已知空洞异常情况吻合，推测为空洞引起的异常反应。

图3是在所测试N6段(80～150 m)雷达图像，在图像87～88 m段电磁波旅行时为28～35 ns对应的深度，反射波形呈双曲线，反射波组同相轴不连续，有疑似空洞异常反映，异常顶部离地面深1.9 m左右，异常部位见绿色线圈内强反射处，推测为空洞引起的异常反应。

图1 已知空洞雷达测试剖面图

图2 W1段(0～50m)雷达图像

图3 N6段(80～150mm)雷达图像

图4 WI段验证照片

图5 N6段验证照片

6 结语

通过工程实践，说明探地雷达能够探测在一定深度范围(勘探深度与介质条件及天线主频有密切关系)的地下空洞，且可取得良好的应用效果。探地雷达以其高效快速、高精度工程地基勘探中能够发挥重要作用，且对浅层或超浅层的工程地基空洞调查探测中有着十分广阔的应用前景。

［1］陈仲侯，王兴泰，杜世汉.工程环境与物探教程［M］.北京:地质出版社，1993:173-178.

［2］李大心.探地雷达方法及应用［M］.北京:地质出版社，1994:27-63.

TN959

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1007-7596(2014)07-0229-02

2014-01-17

朱金彪(1980-)，男，新疆石河子人，工程师。