地質雷達在探測依蘭航電樞紐水下部分中的應用

肖國慶，陳 永

(克東縣宏圖市政工程有限責任公司，黑龍江 克東164800)

1 工作方法與技術

與探空或通訊雷達技術相類似，地質雷達也是利用高頻電磁脈沖波的反射探測目的體及地質現象的，只是它是從地面向地下發射電磁波來實現探測的，故亦稱之為地質雷達。

地質雷達通過發射天線以脈沖形式把高頻電磁波(1MHz—1GHz) 定向地送入地下。雷達波在地下介質中傳播時，當遇到存在電性差異的地下介質或目標體時，電磁波便發生反射，返回地面后由接收天線所接收。在對接收天線所接收到的雷達波進行分析和處理的基礎上，根據所接收到的雷達波波形、強度、電性及幾何形態，從而達到對地下地層目標體的探測。地質雷達探測原理見圖1。

圖1 探地雷達探測反射原理圖

在介質的交界部位，由于介電常數的變化，電磁波便發生類似光學的反射和折射，反射的強弱與介電常數直接有關。雷達波從發射天線發射到被接收，其行程時間:

式中: Z 為反射界面深度; X 為發射天線到接收天線間的距離; V 為電磁波在介質中傳播的波速; c 為光速( c =0.3 m/ns) ; εr 為介質的相對介電常數)

當波速V 已知時，通過對雷達剖面上反射信號行程時間的讀取來計算界面深度Z 值。

本測區常見巖土介質相對介電常數與地層電磁波傳播速度( 地質雷達勘探系統) 具有對應關系，見表1。

表1 本測區常見巖土介質相對介電常數與地層電磁波波速

地質雷達的野外工作，目前常用的測量方式有剖面法和寬角法兩種，還有某些特殊情況下使用的環形剖面法和多天線雷達系統所采用的多天線測量方式。

剖面法，即發射天線( T) 和接收天線( R) 以固定間距沿測線同步移動的一種測量方式。本次探測工作所采用的測量方式即為剖面法。

2 資料解釋

地質雷達勘探解釋方法采用SIR3.1 解釋軟件。主要依據剖面的反射信號特征，特別是反射信號的同相軸變化以及信號的強弱( 幅度) ，一般主要表現為層狀( 線性同相軸) 、管線狀( 雙曲線同相軸) 、洞穴狀( 雙曲線同相軸) 異常特征。

3 工程概況

松花江干流依蘭航電樞紐工程位于黑龍江省松花江干流的中游，處在依蘭縣城附近的牡丹江與松花江匯合口上游約1 km處，是一座以航運、發電和交通為主，兼顧防洪、灌溉、漁業和旅游等綜合利用的大型水利樞紐工程。

松花江干流依蘭航電樞紐工程主要包括船閘、泄洪閘、河床式水電站、土壩、壩上公路( 橋) 及水庫區防護工程等。工程等別為一等，主要建筑物為1 級，次要建筑物為3 級，臨時建筑物為3 級。樞紐壩址以上控制流域面積45.4 ×104km2，水庫正常蓄水位100.00 m，相應庫容7.13 ×108m3。船閘按2000t 級考慮，初步推薦裝機容量176 MW，多年平均發電量51737 ×104kW·h。工程區交通較為方便。

4 工作情況

本次勘察工作上、下壩址共布置4 條物探測線，由于工作江段江寬水深，無法開展常規的淺層折射波法地震勘探，故對部分測線的水下部分采用地質雷達勘探，來解決探測其覆蓋層厚度、基巖埋深、風化帶厚度等問題，為工程設計提供可靠的地質依據。

本次工作儀器使用SIR—10B 型地質雷達勘探系統，選用35 MHz低頻天線。

5 成果分析

圖2 為上壩址船閘線水中B 2 ～B 4 段的地質雷達色譜圖，由此圖我們可對該段做如下分析:

第一層:電磁波波速Ve1 =6.8 ×10－2m/ns ～6.9 ×10－2m/ns，厚度1 m ～2.6 m，解釋巖性為級配良好細礫( 飽水) 。

第二層:電磁波波速Ve2 =1.1 ×10－1m/ns ～1.5 ×10－1m/ns，厚度4.4 m ～7.5 m，解釋巖性為弱風化花崗巖。

第三層:解釋巖性為微風化～新鮮花崗巖。

圖3 為下壩址壩軸線水中C 3－ C 4 段的地質雷達色譜圖，由此圖我們可對該段做如下分析:

第一層:電磁波波速Ve1 =6.8 ×10－2m/ns ～6.9 ×10－2m/ns，厚度3.0 m ～4.7 m，解釋巖性為級配良好細礫。

第二層:電磁波波速Ve2 =1.2 ×10－1m/ns ～1.3 ×10－1m/ns，厚度6.7 m ～9.2 m，解釋巖性為炭質頁巖和中砂巖互層。

第三層:解釋巖性為炭質頁巖和中砂巖互層。

圖2 上壩址船閘線水中B 2－ B 4 段探地雷達色譜圖

圖3 下壩址壩軸線水中C 3－ C 4 段地質雷達色譜圖

從實際應用來看，雷達色譜圖直觀地顯示了所在測線的水下層位狀況，效果還是很理想的

6 結束語

在一般的工程勘察中，陸地上的勘探由于沒有接地性的限制可以施展的方法很多，水上勘探則由于其局限性可供開展的方法很有限，而地質雷達作為一種新興的高科技手段，是完全能夠勝任這方面工作的，各種實踐也證明，其應用效果是很不錯的，地質雷達，作為物探領域的后起之秀，必將在今后工程勘察的廣闊天地里發揮越來越重要的作用。

［1］黑龍江省水利水電勘測設計研究院. 松花江干流依蘭航電樞紐工程工程物探報告［R］. 哈爾濱: 黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2005:1－12.

［2］鄧一謙，雷宛. 工程與環境物探［M］. 成都:成都理工大學信息工程學院，2003:276.