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1、地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)趙永貴1國(guó)內(nèi)外地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)狀2工程質(zhì)量檢測(cè)中的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)3巖溶勘察中的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)地質(zhì)雷達(dá)自上世紀(jì)70年代開始應(yīng)用至今將近30年了,其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大,在考古、建筑、鐵路、公路、水利、電力、采礦、航空各領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用,解決場(chǎng)地勘查、線路選擇、工程質(zhì)量檢測(cè)、病害診斷、超前預(yù)報(bào)、地質(zhì)構(gòu)造研究等問(wèn)題。在工程地球物理領(lǐng)域有多種探測(cè)方法,包括反射地震、地震CT、高密度電法、地震面波和地質(zhì)雷達(dá)等,其中地質(zhì)雷達(dá)的分辨率最高,而且圖象直觀,使用方便,所以很受工程界信賴和歡迎。地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域工程場(chǎng)地勘察地質(zhì)雷達(dá)最早用于工程場(chǎng)地的勘查,包括重要工程場(chǎng)地、鐵路與
2、公路路基,用以解決松散層分層和厚度分布,基巖風(fēng)化層分布,以及節(jié)理帶斷裂帶等問(wèn)題。有時(shí)也用于研究地下水水位分布,普查地下溶洞、人工洞室等。在粘土不發(fā)育的地區(qū),使用中低頻大功率天線,探查深度可達(dá)20m-30m以上。在地震地質(zhì)研究中,地質(zhì)雷達(dá)也用于研究隱伏活斷層分布,效果很好。地質(zhì)雷達(dá)最早用于工程場(chǎng)地的勘查,包括重要工程場(chǎng)地、鐵路與公路路基,用以解決松散層分層和厚度分布,基巖風(fēng)化層分布,以及節(jié)理帶斷裂帶等問(wèn)題。有時(shí)也用于研究地下水水位分布,普查地下溶洞、人工洞室等。在粘土不發(fā)育的地區(qū),使用中低頻大功率天線,探查深度可達(dá)20m-30m以上。在地震地質(zhì)研究中,地質(zhì)雷達(dá)也用于研究隱伏活斷層
3、分布,效果很好。工程場(chǎng)地勘察場(chǎng)地勘察場(chǎng)地勘察圖像松散層下隱伏灰?guī)r頂面巖溶陷落洞考古考古是地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)較早的領(lǐng)域,在國(guó)內(nèi)外有很多成功的實(shí)例,如意大利羅馬遺址考古、中國(guó)長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)考古等項(xiàng)目都應(yīng)用了雷達(dá)技術(shù)。利用雷達(dá)探測(cè)古建筑基礎(chǔ)、地下洞室、金屬物品等。考古探察古渠道與遺址在現(xiàn)今城市改造中,有時(shí)也需要了解地下管網(wǎng),如電力管線、熱力管線、上下水管線、輸氣管線、通信電纜等,這對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)是很容易的。目前地質(zhì)雷達(dá)為地下管線探測(cè)發(fā)展了高分辨3D探測(cè)系統(tǒng)及軟件,如PATHFINDER雷達(dá)、RIS-2K/S等雷達(dá)都可以勝任這類工作,不但可探測(cè)到水平位置分布,還可以確定其深度,得到三維分布圖。地下
4、管網(wǎng)探測(cè)地下管網(wǎng)探測(cè)工程檢測(cè)近年應(yīng)用來(lái)領(lǐng)域急速擴(kuò)大,特別是在中國(guó)的重要工程項(xiàng)目中,質(zhì)量檢測(cè)廣泛采用雷達(dá)技術(shù)。鐵路公路隧道襯砌、高速公路路面、機(jī)場(chǎng)跑道等工程結(jié)構(gòu)普遍采用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)。用于檢測(cè)襯砌厚度、脫空和空洞、滲漏帶、回填欠實(shí)、圍巖擾動(dòng)等問(wèn)題。檢測(cè)厚度精度可達(dá)厘米級(jí)。工程質(zhì)量檢測(cè)工程質(zhì)量檢測(cè)混凝土與圍巖界線空隙空洞4090140cm混凝土襯砌砌砂巖夾泥巖隧道襯砌檢測(cè)對(duì)于淺表的金屬礦化帶、斷層蝕變帶以及掌子面附近的金屬礦化帶,可以用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)。礦化帶金屬及氧化物、硫化物富集,電磁性質(zhì)差異明顯,電磁波反射清晰,可為找礦體供參考。以下是山東界訶金礦尋找斷裂蝕變帶金礦的例子。金屬礦化
5、帶勘查尋找金屬礦化帶隨著西部大開發(fā)進(jìn)程的加快,西部的公路、鐵路、水電等建設(shè)項(xiàng)目增多,大部分建設(shè)在高山峽谷地區(qū),隧道工程數(shù)量巨大。為保證隧道施工中的人員、設(shè)備安全,保證工期和質(zhì)量,節(jié)約經(jīng)濟(jì)投資,需要進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。目前的超前預(yù)報(bào)是采用地震、雷達(dá)探測(cè)與地質(zhì)研究相結(jié)合的辦法。地震預(yù)報(bào)掌子面前100m左右,地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)20-30m范圍內(nèi)。目前階段預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率不等,很大程度上依賴于經(jīng)驗(yàn)。下邊是公路隧道掌子面上地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)預(yù)報(bào)紀(jì)錄。隧道超前預(yù)報(bào)隧道超前預(yù)報(bào)地質(zhì)雷達(dá)通常是工作反射方式下,如果選用發(fā)射與接收分離型的天線,就可以工作在透射方式下,進(jìn)行電磁波CT成像??缈滋炀€、100MHz
6、加強(qiáng)形天線、低頻桿式天線都可以這樣使用。用雷達(dá)記錄電磁波的時(shí)程,包含了電磁波的走時(shí)和振幅值,可以同時(shí)進(jìn)行電磁波速與衰減成像。這種方法對(duì)于探查斷裂帶、密集節(jié)理帶、含水帶、金屬含礦帶、溶洞空洞都非常有效。下邊是在金川龍首礦的一個(gè)電磁波探測(cè)實(shí)例。電磁波透射CT電磁波透射CT圖像美國(guó)有一個(gè)將地質(zhì)雷達(dá)用于水資源調(diào)查的例子。用雷達(dá)調(diào)查河水的深度和流速,評(píng)估水資源。他的觀測(cè)設(shè)計(jì)得很巧妙。探測(cè)不用船,而是將雷達(dá)天線用鋼索吊在河面上,橫跨河流斷面移動(dòng),測(cè)量河床界面反射,確定河流斷面水深度分布。同時(shí),使用10GHZ頻率天線測(cè)量河面水流速度,計(jì)算河水流量。用雷達(dá)測(cè)水深容易理解,用雷達(dá)測(cè)流速有些鮮為人
7、知。雷達(dá)測(cè)速與流速計(jì)的測(cè)量結(jié)果非常一致。該例說(shuō)明只要靈活運(yùn)用,地質(zhì)雷達(dá)的用途是無(wú)窮的。地表水資源調(diào)查河床深度調(diào)查河床斷面微波測(cè)量河水表面流速河水流速分布地質(zhì)雷達(dá)用于金屬礦含量檢測(cè)也是一個(gè)奇想。將高頻天線吊在傳送帶上方,傳送帶上物件、樣品、礦石從天線下邊通過(guò),反射強(qiáng)度的高低與金屬含量有關(guān)。地質(zhì)雷達(dá)用于礦石調(diào)查金屬礦化度分布地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在歐美地區(qū)很受重視,每年都召開國(guó)際討論會(huì),2002年第9屆地質(zhì)雷達(dá)國(guó)際討論會(huì)于4月29日到5月2日在美國(guó)加利福尼亞州的SantaBarbara召開。由美國(guó)的GSS