鉆孔地質雷達技術在水文與工程地質中的應用

文/李有軍 遼寧省冶金地質四〇二隊有限責任公司 遼寧鞍山 114038

通常情況下，在水文地質和工程地質的檢測中會遇到斷層、裂隙帶以及溶洞等地質問題。如果在施工之前不對地質進行良好的排查，在施工過程中，一旦遇到上述問題，就會嚴重的影響施工的進度。因此快速有效地獲取準確的地質信息對工程建筑來講是至關重要的。現如今鉆孔地質雷達技術的應用，在很大程度上提高了探測的效率和探測的準確性，因其具備的高分辨率和抗干擾能力等特點，使其能夠迅速查明整個地面的地質情況。

1、鉆孔地質雷達技術的簡介

鉆孔地質雷達是一種能夠確定地下介質的廣譜電磁技術，這種技術的頻率一般為50～250赫茲，能夠實現一定距離內穿透巖石介質。在原理上，鉆孔地質雷達與地面的地質雷達一樣，都是需要兩個天線，一個用來發射高頻寬帶的電磁波，一個用來接收地下巖石的發射波。在鉆孔地質雷達進行探測地質信息時，電磁波在傳輸過程中會受到巖土電磁性質和幾何形態的影響，進而使接收端接收的電磁波強度和波形發生變化。因此，需要根據接收的電磁波雙程走時、振幅和波形等信息對地下巖土介質結構特征進行推測。但是在探測過程中，地下巖土介質的電導率達到一定值時，會導致雷達單孔反射測量失效，這也就是說在高導率的地下巖土介質中是不能保障電磁波是以波的形式進行傳播，而對于這種地下巖土介質就只能使用跨孔測量或孔中地面測量，利用首波振幅和到達時間獲取地質信息。

2、鉆孔地質雷達技術的種類

目前，鉆孔地質雷達技術主要有三種類型，分別是單孔反射技術、蹲孔層成像技術以及垂直剖面測量技術。

2.1 單孔反射技術

現階段單孔反射技術是鉆孔雷達技術中最基本的方式，它的工作原理與地質雷達的工作原理非常相似。在應用單孔反射技術時，發射天線與接收天線兩者是相連的，當作業期間發射天線向四周發射電磁波時，如果存在破碎帶、空洞等介電差異較強的物質時，所發射的電磁波就會出現部分被反射回來的現象，然后就會被接收天線接收，其他的電磁波就會傳向更深層次的地質層。現如今單孔反射技術主要在交叉斷裂層和溶洞地質個水文特征的檢測中被廣發應用。

2.2 蹲孔層成像技術

蹲孔層成像技術在使用過程中需要保障兩個鉆孔能夠在一個一二維平面中，這樣做的好處是能夠有效的減少幾何位置對蹲孔層成像技術的實際探測帶來的影響。在進行探測時，需要將發射天線和接收天線這兩個天線分別放在兩個孔內，當發射天線在孔內被固定好之后，接收天線就可以在另一個孔內檢測鉆孔的深度，伴隨著發射天線的移動，接收天線對鉆孔深度的檢測也會不斷地增加。在操作過程中反復進行這樣的探測就可以對鉆孔進行整體深度的檢測。

2.3 垂直剖面測量技術

在鉆孔探測工作中也可以使用標準的雷達勘測系統，操作人員通過將發射天線和接收天線放在地面的不同位置上，然后在鉆孔中通過移動發射天線來對鉆孔進行探測，這就是垂直剖面測量技術。現如今，垂直剖面測量技術并沒有形成系統和相應的流程，并在地質和水文檢測中的應用也相對較少。

3、鉆孔地質雷達技術在水文與工程地質中的應用

3.1 在公路勘察中的應用

鉆孔地質雷達技術在公路勘察中的應用主要分為工程勘察過程、數據采集、勘察圖像分析以及勘察結果分析與處理。本次勘察的工程是在灰巖地區，地勢低降雨大，其次由于周圍的水塘平均水面較高會使地下水位的變動比較頻繁。在勘察進行之前，已對該工程的路基進行處理，因路面的平整度較高，在該工程中布置了六個勘察孔，其中4、5、6號勘察孔在同一平面上，并且間距為四米，其中5號孔的勘察采用的是單孔反射技術，4和6號孔采用跨孔層成像技術。

在對5號孔進行檢測時，采樣間隔0.1m，發射與接收天線的間距為4m左右。在4和6號孔檢測時，需要在地質層0～14m深度范圍內進行采樣，每次移動發射天線的距離為0.5m左右，30次掃描就得出841條采集射線。然后進行勘察圖像分析，結果為三孔的方向和地面基本保持垂直狀態，利用獲得的數據和計算公式可以掌握該公路的地質情況，為公路的維護和修整提供依據。

3.2 鉆孔地質雷達在水庫大壩中的應用

在水庫大壩勘查中，鉆孔地質雷達技術的應用主要是在前期場地勘察、中期工程質量監管以及安全隱患檢測中。地面雷達裝置可以完成前期場地勘察工作，鉆孔地質雷達技術完成中期工程質量監管和安全隱患檢測。

在本次水庫大壩勘察檢測中，根據檢測分析和結果發現，該水庫大壩的跨孔層中存在一部分呈現灰色的現象，而這一現象表明，在該區域內鉆孔地質雷達的電磁波的傳播速度非常慢，因此判斷該區域的大壩可能存在一定程度的裂縫，使水庫大壩出現了漏水的問題。

結語：

綜上所述，與其他勘查技術相比，鉆孔地質雷達技術具有無法比擬的優勢，因此該項技術在水文地質與工程地質的勘查中發揮了至關重要的作用。但就我國鉆孔地質雷達技術的發展情況來看，無論是在技術上還是在應用上都還需進一步加強，只有這樣才能夠使鉆孔地質雷達技術的勘察效果得到進一步的提升，更好地為我國水文與工程地質的勘查工作奠定良好的基礎。