淺析地質雷達在工程勘察中的應用

惠文林

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局五總隊，貴州 安順 561000）

1 探測原理

地質雷達是利用超高頻窄脈沖電磁波探測介質分布的一種地球物理勘探方法，其工作原理是發射天線向地面下發射電磁波信號（106～109Hz），在電磁波向地下傳播的過程中，當遇到電性差異的目標體（如空洞、裂隙、巖溶水等）時，電磁波便發生反射，由接收天線接收反射波[1]。在對地質雷達數據進行處理和分析的基礎上，根據雷達波形、電磁場強度、振幅和雙程走時等參數便可推斷地面下的地質構造。

地質雷達法巖溶勘察時，直接將雷達天線貼于地面上，采用連續緩慢移動天線發射、接收電磁波進行數據采集。通常沿建筑物軸線或獨立基礎位置布置網格化測線，盡可能多地采集數據，以備后期數據的分析處理[2]。預報距離根據上覆土層的厚度，含水情況，巖體的完整程度，一般能夠達到地面下15m～40m左右。

2 巖溶地質雷達的圖像特征

巖溶一般出現在灰巖地層中，洞穴中可能為空、含水或填充其他物質，其地質雷達圖像和波形特征通常表現為：巖溶洞穴在地質雷達圖像上的形態特征主要取決于洞穴的形狀、大小以及填充物的性質，一般表現為由許多雙曲線強反射波組成；在洞穴側壁上一般為高幅、低頻、等間距的多次反射波組，特別是無填充物或充滿水時反射波更強，而洞穴底界面反射則不太明顯，只有當洞穴底部部分充填水或粘土、粉砂、砂礫性物質時底部反射波會有所增強，可見一組較短周期的細密弱反射；如果洞穴為空洞或充水洞則在洞體內部幾乎沒有反射電磁波；有充填物時電磁波能量迅速衰減，高頻部分被吸收，反射的多為低頻波，自動增益梯度大。

巖溶洞穴的地質雷達圖像特征比較明顯，相對容易判斷，一般根據當地巖體類型、水文地質資料及前期巖溶地質調查資料等，都能做出準確的解釋[3]。

3 巖溶地質雷達探測實例

3.1 工程地質概況

在貴州某工程勘察場地，地基基巖分布為白云巖，覆蓋層為紅粘土，通過工程地質測繪與調查，地表未發現巖溶、土洞等不良地質現象[4]。該建筑物為18層高層建筑，兩層地下室，基礎采用獨立基礎或樁基礎，白云巖為地基持力層。

圖1 地質雷達剖面圖

3.2 地下水

該場地及周圍白云巖中原地下水豐富，現由于城市建設破壞地下水系統，水位下降，根據區域地質資料分析及走訪調查該場地可能存在地下暗河，從鉆探成井資料分析局部賦存巖溶裂隙水。

3.3 雷達探測

圖2 溶洞開挖后照片

我們用美國勞雷公司生產的SIR-3000地質雷達、100MHz屏蔽天線、點間距0.2m、時窗650ns（即探測深度30m）進行巖溶探測。圖1出現明顯的強振幅，剖面上可見明顯的許多雙曲線強反射波組成；底部反射波有所增強，可見一組較短周期的細密弱反射，推斷洞穴底部部分充填水或粘土、粉砂、砂礫性物質。根據地質雷達圖像，解釋成果為4×2m的溶洞，埋深12m。基坑開挖驗證為相同埋深干溶洞，溶洞大小3.6×2.1m，底部充填0.5m厚軟塑狀紅粘土，見圖2。

4 結語

采用地質雷達結合鉆探的綜合勘察方法，在巖溶發育地區是查明巖溶發育特征了解巖溶平面范圍和空間延伸情況的一種有效、經濟、快速的手段和方法，為建筑物避開大型溶洞，合理確定樁基位置和樁長。指導施工，加快施工進度，保證建設順利展開和構筑物安全具有重要意義。地質雷達探測以其可以兼顧探測深度和空間分辨率的優點廣泛應用于工程巖溶勘探。