地質(zhì)雷達(dá)在沿海填石層探測中的應(yīng)用

■韓偉良

（中國華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518029）

地質(zhì)雷達(dá)在沿海填石層探測中的應(yīng)用

■韓偉良

（中國華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518029）

伴隨著中國地質(zhì)勘探行業(yè)的迅速發(fā)展與經(jīng)濟(jì)全球化趨勢的進(jìn)一步拓展，地質(zhì)雷達(dá)在沿海填石層探測中的應(yīng)用也顯得日益重要。本文嘗試通過對地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行研究，力圖形成對于該領(lǐng)域的簡介。

地質(zhì)雷達(dá)巖石探測

地質(zhì)勘探行業(yè)逐步發(fā)展成為中國國民經(jīng)濟(jì)中的關(guān)鍵部分，地質(zhì)雷達(dá)在沿海填石層探測中的應(yīng)用也日趨重要，地質(zhì)雷達(dá)的合理選擇與使用決定著石層探測的精度以及整個(gè)行業(yè)生產(chǎn)效率的提高。

1 地質(zhì)雷達(dá)的原理概述

地質(zhì)雷達(dá)是指以電磁波的形式，按照寬頻帶短脈沖借助天線經(jīng)由地質(zhì)表面與地下的回波反射來實(shí)現(xiàn)對于沿海填石層探測的目的[1]。在實(shí)際應(yīng)用過程中，基于沿海填石層各種組成成分的差異性，其中所蘊(yùn)含的電磁波也不盡相同，因此，地質(zhì)雷達(dá)借助對于電磁波的收集與反饋，通過收集與對比波長與頻率之間的區(qū)別來進(jìn)行地質(zhì)勘探。當(dāng)沿海填石層由巖石、土地等共同構(gòu)成時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)能夠巧妙的區(qū)分各個(gè)材料之間的物理區(qū)別，進(jìn)而分辨出是否存在勘探的危險(xiǎn)。地質(zhì)雷達(dá)是研究高頻電磁波在地下介質(zhì)中的傳播、反射和繞射等波動現(xiàn)象和規(guī)律的地球物理探測方法，它能提供有關(guān)近地表介質(zhì)特性和結(jié)構(gòu)的高分辨率信息。實(shí)際操作過程中，勘探者可以在控制雷達(dá)天線的同時(shí)，穩(wěn)定好機(jī)器設(shè)備，采用等間距探測法對事先標(biāo)明好的地質(zhì)勘探環(huán)境進(jìn)行考量。為了更好的進(jìn)行對于地質(zhì)雷達(dá)的定位和勘測，可以運(yùn)用導(dǎo)航系統(tǒng)來進(jìn)行測控，以此來幫助雷達(dá)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

2 地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用解析

由于我國地質(zhì)勘探需求日益攀升，地質(zhì)雷達(dá)在沿海填石層探測中具有無可替代的作用，因而廣泛探討地質(zhì)雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用具有很強(qiáng)的必要性與現(xiàn)實(shí)意義。選取珠海市高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)為案例，因?yàn)檫@里的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，以人工填土與沉積層為主，因此土壤多為淤泥質(zhì)黏土層，其中還蘊(yùn)含著巖石層，這對于實(shí)行地質(zhì)勘探無疑造成了困擾。受到社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，該區(qū)域的施工便道存在著填石侵入淤泥的現(xiàn)象，這嚴(yán)重制約了道路設(shè)計(jì)的發(fā)展，因此借助地質(zhì)雷達(dá)對該區(qū)域進(jìn)行勘測，據(jù)此明確地質(zhì)構(gòu)造，采取適宜的建設(shè)方案勢在必行。

2.1 數(shù)據(jù)采集

就數(shù)據(jù)的采集方式而言，在用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測時(shí)，通常發(fā)射天線和接收天線之間的間距固定，兩個(gè)天線沿測線同時(shí)移動，采集到的是共(單)偏移距數(shù)據(jù)。雖然這種數(shù)據(jù)采集方式能快速地獲取雷達(dá)資料，但在較多的雷達(dá)探測中卻無能為力[2]。多次覆蓋技術(shù)能壓制隨機(jī)噪音萬倍(N為覆蓋次數(shù))，對規(guī)則干擾也有顯著的壓制作用。多偏移距資料還能為疊后偏移和進(jìn)一步的分析解釋提供十分重要的二維速度結(jié)構(gòu)。此外，多次覆蓋技術(shù)還有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，它能探測復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造(當(dāng)然，解決地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜程度與采用的數(shù)據(jù)處理的方法如疊前或疊后偏移有關(guān))。鑒于多次覆蓋技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，多次覆蓋觀測方式被用來采集地質(zhì)雷達(dá)資料，獲得多偏移距數(shù)據(jù)。

因?yàn)樵诘刭|(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)中存在著各種噪音，既有外界隨機(jī)噪音，又有地面和地上物體反射引起的規(guī)則干擾，還有儀器本身噪音。儀器噪音在單偏移距剖面上表現(xiàn)為與空氣中直達(dá)波同相軸平行的周期性出現(xiàn)的同相軸，掩蓋了有效信號，給資料處理和解釋帶來極大困難。由于地質(zhì)雷達(dá)目標(biāo)體介質(zhì)相當(dāng)于一個(gè)復(fù)雜濾波器，介質(zhì)對波不同程度的吸收以及介質(zhì)的不均勻性，使得脈沖到達(dá)接收天線時(shí)，波的振幅被減少，波形或掃描形式變得與原始發(fā)射波形有較大的差別。另外，不同程度的各種隨機(jī)噪聲和干擾波，也歪曲了實(shí)測數(shù)據(jù)。

因此，地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)是壓制隨機(jī)的和不規(guī)則的干擾，以最大可能的分辨率在地質(zhì)雷達(dá)圖像剖面上顯示反射波，提取反射波的各種有用的參數(shù)(包括電磁波速度、振幅和波形等)來幫助解釋。目前，常規(guī)的數(shù)據(jù)處理過程為:取時(shí)間方向上多次重復(fù)測量的平均值，以抑制隨機(jī)噪聲；取鄰近不同位置的多次測量平均值，以壓制非目的體雜亂回波，改善背景；做自動時(shí)變增益或控制增益以補(bǔ)償介質(zhì)吸收，增強(qiáng)深部目標(biāo)體的雷達(dá)圖像；進(jìn)行數(shù)字濾波來壓制干擾波，以突出有效波；進(jìn)行偏移繞射處理以反映目標(biāo)介質(zhì)的真實(shí)位置與大小。圖像解釋首先是識別目標(biāo)體的地質(zhì)雷達(dá)圖像特征，然后進(jìn)行檢測資料的解釋。識別目標(biāo)體的地質(zhì)雷達(dá)圖像特征的過程是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累的過程，一方面基于地質(zhì)雷達(dá)圖像的正演成果，另一方面由工程實(shí)踐工作的積累。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖

2.2 資料處理

地質(zhì)雷達(dá)探測的工作原理，簡單地說是通過特定儀器向地下發(fā)送脈沖形式的高頻、甚高頻電磁波。電磁波在介質(zhì)中傳播，遇到存在電性差異的地下目標(biāo)體，如空洞、分界面等時(shí)，電磁波發(fā)生反射，返回到地面時(shí)由接收天線接收。在對接收天線接收到的雷達(dá)波進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)接收到的雷達(dá)波形、強(qiáng)度、雙程時(shí)間等參數(shù)便可推斷地下目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性及幾何形態(tài)，從而達(dá)到對地下隱蔽目標(biāo)物的探測這是一種非破壞性的探測技術(shù)，可以安全地用于城市建設(shè)中的工程場地，并具有較高的探測精度和分辨率。

在勘測領(lǐng)域，地質(zhì)雷達(dá)能夠解決覆蓋層厚度、松軟層厚度及分布、基巖風(fēng)化層界面及分布、地下排污巷道及地下管線等，在回填等松軟層上，探查深度可達(dá)20米以上，在致密或基巖上探查深度可達(dá)30米以上。從雷達(dá)屏蔽天線來，發(fā)射與接收天線間的間距很少，基本上可以視為發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)為同一個(gè)位置，也就是物探中所說的900入射，因而在資料處理當(dāng)中，不需要進(jìn)行側(cè)向走時(shí)的修正，而對于現(xiàn)場采集到的壞道或是由于探測輪側(cè)向偏移的情況，可以通過現(xiàn)場技術(shù)人員的記錄日志進(jìn)行修正，同時(shí)，在探測過程中如果出現(xiàn)地面干擾的情況（如天線上下臺階，地面管線）等都應(yīng)有相應(yīng)的記錄，在資料處理當(dāng)中，這些干擾都一一地加以剔除，從整個(gè)資料處理的流程來看，資料處理遵循。

最后，要實(shí)現(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)的良好使用，就要更新對其的認(rèn)知水平，結(jié)合當(dāng)前地質(zhì)行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀來采取科學(xué)化的使用手段。重視對于技術(shù)操作人員素質(zhì)的提升、地質(zhì)雷達(dá)的綜合使用以及安全管理的落實(shí)，在適應(yīng)我國地質(zhì)勘探水平不斷提高的同時(shí)，合理規(guī)劃雷達(dá)的選擇與使用，促進(jìn)其對推動我國社會發(fā)展、豐富人民物質(zhì)生活的無可替代的作用。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)檢測資料處理流程圖

[1]李大心.童仕唐.探地雷達(dá)方法與應(yīng)用 [J].應(yīng)用地理，2001.30(6)：14-16.

[2]王惠濂，童芳華.探地雷達(dá)專輯 [J].地球科學(xué)，2005，(2)：9-11.

P624[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-131-1