不同地質條件下地質雷達電磁波的反射特征分析

(貴州交通職業技術學院， 貴州 貴陽 550008)

1 引言

近年來，隨著我國對基礎設施建設的力度加大，隧道工程量越來越大，而對隧道掌子面前方地質情況的預測是至關重要的。

地質雷達是一種方便快捷的無損檢測技術，它是利用高頻電磁脈沖對地質巖土體進行探測，電磁脈沖信號在不同的地質介質里發生傳播和反射，反射信號被天線所接收0。工程人員通過對接收到的反射信號的處理和分析，就可對探測的地質目標進行識別。

2 反射特征分析

2.1 完整巖土體

對于完整的巖土體而言，由于其介電常數較差異較小，電磁波在內部傳播時很少會遇到介電常數發生變化而應起到電磁波反射的情況，只有當內部出現一些因風化而產生的裂隙或者是有一部分的含水情況時才會造成電磁波反射信號的增強，但是完整巖體或是土體總體上的電磁波反射信號是電磁波反射信號頻率為較均勻中高頻，信號頻率變化較小，同相軸連續，振幅較弱，如圖1所示0。

圖1 完整巖土體

2.2 斷層破碎帶

由于斷層的上下盤的相互錯動，致使斷層的巖石破碎，而斷層以外的其他部分巖土體較介電常數較均勻。當地質雷達的電磁波在巖土體內部傳播時，由于斷層破碎帶的介電常數發生急劇的變化，電磁波遇到極不均勻的斷層破碎帶就會發生顯著的電磁波信號反射。同時，由于其巖石較破碎，電磁波反射的信號是不均勻的，電磁波反射信號頻率為不均勻的低中頻，信號頻率急劇變化規律性差，同相軸錯亂，振幅較強，如圖2所示0：

圖2 斷層破碎帶

2.3 節理裂隙密集帶

在巖土體的裂隙和節理較為密集的地方，由于其內部往往存在有水，因此該處的介電常數較其他地方變化較為明顯。地質雷達電磁波傳播時，在節理裂隙密集帶電磁波的反射信號會較為顯著，反射信號頻率為均勻中低頻，信號頻率較規則且很快的變化，同相軸較錯段，振幅較強，如圖3所示0：

圖3 節理裂隙密集帶

2.4 富水帶

在富含水的巖土層，由于其巖土體內部含水量較高，因此地質雷達電磁波在傳播時受到水的影響較為顯著電磁波反射信號會產生震蕩現象，電磁波反射信號頻率為均勻的低頻，信號頻率按規律快速變低，同相軸連續或較為連續，幅值較強，如圖4所示0。

圖4 富水帶

2.5 巖溶

當巖溶內部富含泥土或是水時，地質雷達電磁波在傳播時其變化特征與富含水的巖土層較相似，會出現震蕩現象，且電磁波反射信號頻率為均勻的低頻，信號頻率突然變化且較規則，同相軸連續不錯段，幅值較強。如圖5所示0。

圖5 巖溶

3 結語

（1）完整巖土體電磁波反射信號頻率為較均勻中高頻，信號頻率變化較小，同相軸連續，振幅較弱；

（2）斷層破碎帶電磁波反射信號頻率為不均勻的低中頻，信號頻率急劇變化規律性差，同相軸錯亂，振幅較強；

（3）節理裂隙密集帶電磁波反射信號頻率為均勻中低頻，信號頻率較規則且很快的變化，同相軸較錯段，振幅較強；

（4）富水帶電磁波反射信號頻率為均勻的低頻，出現震蕩現象，信號頻率按規律快速變低，同相軸連續或較為連續，幅值較強。

（5）巖溶內部富含泥土和水時，有震蕩現象產生，且電磁波反射信號頻率為均勻的低頻，信號頻率突然變化且較規則，同相軸連續不錯段，幅值較強。

[1]白冰, 周健. 探地雷達測試技術發展概況及其應用現狀[J]. 巖石力學與工程學報, 2001, 20(4): 527-527

[2]陳高志. 地質雷達在巖溶地區溶洞勘察中的應用研究[D]. 長沙理工大學,2014

[3]孫計同. 探地雷達技術在青島地鐵隧道超前地質預報中的應用研究[D]. 中國海洋大學, 2012.

[4]秦斌. 川藏公路 102 隧道復雜地質環境圍巖超前預報與開挖方法研究[D].重慶交通大學, 2014.

[5]關義柱. 廣樂高速英德段隧道施工超前地質預報的應用研究[D]. 西南交通大學, 2013.

[6]張建鋒, 張興昕, 賈城琿. 地質雷達特征影像與巖溶不良地質現象的對應關系[J]. 市政技術, 2015 (2015 年 03): 163-165.