地质雷达的应用条件探讨■■.doc

地质雷达的应用条件探讨 戴前伟　吕绍林　肖彬 摘　要: 地质雷达是浅部勘探的一种有效的勘探方法。本文对其应用条件进行了探讨，特别研究了导电率、介电常数、探测频率3个主要因素对地质雷达探测的影响。研究结果对地质雷达的应用具参考指导作用。关键词: 地质雷达应用条件；环境导电率；介电常数；探测频率分类号： P631.3　　文献标识码： A文章编号： 1000-8918(2000)02-0157-04 A DISCUSSION ON THE APPLIED CONDITION OF GPR Dai Qianwei　Liu Shaolin(Central South University of Technology,Changsha　410083)Xiao Bin(Shenzhen Exploration Institute, Shenzhen　518026) Abstract： GPR is an effective shallow exploration method. The present paper mainly discusses the applied condition of GPR, especially the affects of conductivity, dielectric constant and frequency on GPR application.The results of the study is of reference and guiding significance to the application of GPR.Key words： GPR applied condition; conductivity; dieletric constant; frequency on GPR application 　　地质雷达方法（ground penetrating radar）是20世纪70年代发展起来的一种用于确定地下介质分布的广谱电磁法。其基本原理是向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波。电磁波在地下介质中传播过程中，当遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分界面等时，电磁波便发生反射，返回到地面时由接收天线所接收。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、双程走时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。地质雷达采用非接地性测量，可作快速连续检测，对检测对象无损，能比较直观地表现检测目标物，因此，地质雷达技术成为工程地球物理勘查的重要方法之一，广泛应用于地下管线探测，结构物无损检测，地基基岩面探测，岩溶地面沉陷、地下洞穴等工程勘察领域。　　地质雷达探测技术在方法、仪器等方面仍在发展，其分辨率和探测范围也在不断的提高和扩大，比如美国地球物理调查系统公司（Geophysical Survey System Inc.）的SIR-10H仪器，其标称的最小探测深度为4 cm，最大探测深度为50 m，最小可探测对象尺度为毫米级。但地质雷达探测技术与其它的地球物理勘查技术一样，其探测效果与其应用条件密切相关。本文就地质雷达在工程勘察中的应用条件进行研究。 1　影响地质雷达应用的关键因素 　　影响地质雷达的探测深度、分辨率以及精度的因素主要包括内在与外在的两方面。内在因素主要是指探测对象所处环境的电导率，介电常数等因素；外在因素主要与探测方法有关，如探测所采用的频率，采样速度等。在实际应用中，综合考虑这些因素，采用适当的方法技术，是探测成功与否的关键。本文主要就环境电导率、介电常数以及探测频率的影响做一些探讨。1.1　环境电导率的影响　　环境电导率是影响地质雷达探测深度的重要因素，高频电磁波在地下介质的传播过程中会发生衰减。由于探地雷达的工作频率较高，一般认为，高频电磁波在地下介质的传播过程满足介电极限条件，即ωεσ。ω为电磁波的频率；ε为环境的介电常数；σ为环境的电导率。高频电磁波的衰减系数满足　　　　　　(1) 其趋肤深度　　　　　　　(2) 实际上，由于大地电阻率一般都比较低，达不到介电极限条件，其工作条件介于准静态极限(ωεσ)与介电极限条件之间。对于静态极限，其趋肤深度 　　　(3) 可见，不管工作条件是在介电极限还是在准静态极限条件，或者是界于两者之间，其趋肤深度都是随电导率的增大而减少，即环境的电导率越低，高频电磁波的衰减越慢，探测深度越大。　　在工程实践中，环境电导率的值一般在4～10-9 S/m，对于常见的非饱和含水土壤和沉积型地基，其电导率的大小主要受含水量及粘土含量的影响，存在以下经验公式 　　(4) 式中，σ为电导率；σa，σw，σs分别为空气、水和土的电导率；n为孔隙率