地质雷达在五大连池地下冰河洞顶裂隙调查中的应用

王瑞福，朱崇书

(克东县宏图市政工程有限责任公司，黑龙江克东164800)

地质雷达是利用超高频(106～109Hz)脉冲电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。实践表明，它可以分辨地下10－1m尺度的介质分布，因此地质雷达方法以其特有的高分辨率在浅层与超浅层地质调查中有其极其广阔的应用前景。

1 探测原理

地质雷达探测原理见图1，它把高频电磁波以脉冲形式通过发射天线被定向地送入地下。雷达波在地下介质中传播时，当遇到存在电性差异的地下介质或目标体时，电磁波便发生反射，返回地面后由接收天线所接收。在对接收天线所接收到的雷达波进行分析和处理的基础上，根据所接收到的雷达波波形、强度、电性及几何形态，从而达到对地下地层目标体的探测。

图1 地质雷达探测反射原理图

2 工作方式

目前常用的地质雷达测量方式主要有两种:剖面法和宽角法。剖面法测量时，发射天线(T)和接收天线(R)以固定间隔距离沿测线同步移动，记录点位于TR的中点，而剖面法又细分为点测和连测两种方式。宽角法测量时，一个天线固定在地面某一点上不动，而另一个天线沿测线移动，来记录地下各个不同层面反射波的双程走时。

地质雷达的野外工作，必须根据所要研究的地质、岩土工程等的问题和任务，选配相应频率的天线，采用合适的观测方式、正确选择测量参数以保证记录质量。

3 资料解释

地质雷达资料的解释主要依据剖面的反射信号特征，特别是反射信号的同相轴变化以及信号的强弱(幅度)，一般主要表现为层状(线性同相轴)、管线状(双曲线同相轴)、洞穴状(双曲线同相轴)异常特征。

4 应用领域

地质雷达具有分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示等优点，目前已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，并开发了用于地面、钻孔与航空卫星上的地质雷达，取得了显著的探测效果和社会经济效益。

5 应用实例分析

五大连池风景区地下冰河位于五大连池市东北部约20 km。地下冰河是火山岩溶与地下永久冻土形成的天然洞穴，洞底冰层终年不化，洞顶岩溶犬牙交错，是五大连池风景区较著名的景观。地下冰河洞体由于常年受地表雨水侵蚀、风化，洞顶部节理、裂隙发育，容易发生局部坍塌。

受甲方委托，我单位本次采用地质雷达对地下冰河洞顶裂隙进行调查，以便确定洞顶主要裂隙的位置与产状，为洞体防护提供准确的地质资料。

本次工作采用点测方式，测点距10 cm，选用中心频率40 MHz的天线。综合各方面情况本次在工作区共布置A、B、 C、D四条测线，具体工作布置见图2。

通过对地质雷达资料的处理和分析，最终我们可以得到相应测线的雷达色谱图。图3为其中A线的地质雷达色谱图。从图中我们可看出，测线A－A’(洞轴线)洞顶裂隙较发育，较小的裂隙及节理很多，并且较小的裂隙及节理倾角、走向非常不规则，难以详细一一进行描述。存在明显并且规模较大的裂隙7条，倾向西南，倾角约16°～21°。在26.2～54.2 m裂隙发育，确定此段洞体为险工段。

图2 地质雷达平面成果图

图3 A线地质雷达色谱图

通过对4条地质雷达色谱图的综合分析我们可以总结如下:本测区裂隙较发育，较小的裂隙及节理很多，推测存在明显并且规模较大的裂隙4条，倾向西南，倾角约10°～21°。洞体在26.2～54.2 m裂隙发育，确定此段洞体为险工段。其他部位的较小裂隙及节理，根据洞顶实际情况进行洞顶局部防护处理。本次探测的最终平面成果见2。

6 结束语

地质雷达作为20世纪科技的结晶，以其精度高、影像直观、费用低、非破坏性等优点，在浅层、超浅层探测工程中，得到了越来越广泛的应用。我们有理由相信，随着人们认知能力的提高和地质雷达产品的更新，地质雷达探测效果将会有更高的飞跃。

［1］李大新.探地雷达方法与应用［M］.北京:地质出版社，1994:1，27－35.

［2］王惠濂.探地雷达概论—及专辑序与跋［J］.地球科学—中国地质大学学报，1993，18(3):249－255.

［3］黑龙江省水利水电勘测设计研究院.五大连池风景区地下冰河裂隙调查地质雷达工作报告［R］.哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2005:1－7.