地质雷达在探测依兰航电枢纽水下部分中的应用

肖国庆，陈 永

(克东县宏图市政工程有限责任公司，黑龙江 克东164800)

1 工作方法与技术

与探空或通讯雷达技术相类似，地质雷达也是利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象的，只是它是从地面向地下发射电磁波来实现探测的，故亦称之为地质雷达。

地质雷达通过发射天线以脉冲形式把高频电磁波(1MHz—1GHz) 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。地质雷达探测原理见图1。

图1 探地雷达探测反射原理图

在介质的交界部位，由于介电常数的变化，电磁波便发生类似光学的反射和折射，反射的强弱与介电常数直接有关。雷达波从发射天线发射到被接收，其行程时间:

式中: Z 为反射界面深度; X 为发射天线到接收天线间的距离; V 为电磁波在介质中传播的波速; c 为光速( c =0.3 m/ns) ; εr 为介质的相对介电常数)

当波速V 已知时，通过对雷达剖面上反射信号行程时间的读取来计算界面深度Z 值。

本测区常见岩土介质相对介电常数与地层电磁波传播速度( 地质雷达勘探系统) 具有对应关系，见表1。

表1 本测区常见岩土介质相对介电常数与地层电磁波波速

地质雷达的野外工作，目前常用的测量方式有剖面法和宽角法两种，还有某些特殊情况下使用的环形剖面法和多天线雷达系统所采用的多天线测量方式。

剖面法，即发射天线( T) 和接收天线( R) 以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式。本次探测工作所采用的测量方式即为剖面法。

2 资料解释

地质雷达勘探解释方法采用SIR3.1 解释软件。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。

3 工程概况

松花江干流依兰航电枢纽工程位于黑龙江省松花江干流的中游，处在依兰县城附近的牡丹江与松花江汇合口上游约1 km处，是一座以航运、发电和交通为主，兼顾防洪、灌溉、渔业和旅游等综合利用的大型水利枢纽工程。

松花江干流依兰航电枢纽工程主要包括船闸、泄洪闸、河床式水电站、土坝、坝上公路( 桥) 及水库区防护工程等。工程等别为一等，主要建筑物为1 级，次要建筑物为3 级，临时建筑物为3 级。枢纽坝址以上控制流域面积45.4 ×104km2，水库正常蓄水位100.00 m，相应库容7.13 ×108m3。船闸按2000t 级考虑，初步推荐装机容量176 MW，多年平均发电量51737 ×104kW·h。工程区交通较为方便。

4 工作情况

本次勘察工作上、下坝址共布置4 条物探测线，由于工作江段江宽水深，无法开展常规的浅层折射波法地震勘探，故对部分测线的水下部分采用地质雷达勘探，来解决探测其覆盖层厚度、基岩埋深、风化带厚度等问题，为工程设计提供可靠的地质依据。

本次工作仪器使用SIR—10B 型地质雷达勘探系统，选用35 MHz低频天线。

5 成果分析

图2 为上坝址船闸线水中B 2 ～B 4 段的地质雷达色谱图，由此图我们可对该段做如下分析:

第一层:电磁波波速Ve1 =6.8 ×10－2m/ns ～6.9 ×10－2m/ns，厚度1 m ～2.6 m，解释岩性为级配良好细砾( 饱水) 。

第二层:电磁波波速Ve2 =1.1 ×10－1m/ns ～1.5 ×10－1m/ns，厚度4.4 m ～7.5 m，解释岩性为弱风化花岗岩。

第三层:解释岩性为微风化～新鲜花岗岩。

图3 为下坝址坝轴线水中C 3－ C 4 段的地质雷达色谱图，由此图我们可对该段做如下分析:

第一层:电磁波波速Ve1 =6.8 ×10－2m/ns ～6.9 ×10－2m/ns，厚度3.0 m ～4.7 m，解释岩性为级配良好细砾。

第二层:电磁波波速Ve2 =1.2 ×10－1m/ns ～1.3 ×10－1m/ns，厚度6.7 m ～9.2 m，解释岩性为炭质页岩和中砂岩互层。

第三层:解释岩性为炭质页岩和中砂岩互层。

图2 上坝址船闸线水中B 2－ B 4 段探地雷达色谱图

图3 下坝址坝轴线水中C 3－ C 4 段地质雷达色谱图

从实际应用来看，雷达色谱图直观地显示了所在测线的水下层位状况，效果还是很理想的

6 结束语

在一般的工程勘察中，陆地上的勘探由于没有接地性的限制可以施展的方法很多，水上勘探则由于其局限性可供开展的方法很有限，而地质雷达作为一种新兴的高科技手段，是完全能够胜任这方面工作的，各种实践也证明，其应用效果是很不错的，地质雷达，作为物探领域的后起之秀，必将在今后工程勘察的广阔天地里发挥越来越重要的作用。

［1］黑龙江省水利水电勘测设计研究院. 松花江干流依兰航电枢纽工程工程物探报告［R］. 哈尔滨: 黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2005:1－12.

［2］邓一谦，雷宛. 工程与环境物探［M］. 成都:成都理工大学信息工程学院，2003:276.