淺析地質(zhì)雷達(dá)在工程勘察中的應(yīng)用

惠文林

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊(duì)，貴州 安順 561000）

1 探測原理

地質(zhì)雷達(dá)是利用超高頻窄脈沖電磁波探測介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法，其工作原理是發(fā)射天線向地面下發(fā)射電磁波信號（106～109Hz），在電磁波向地下傳播的過程中，當(dāng)遇到電性差異的目標(biāo)體（如空洞、裂隙、巖溶水等）時(shí)，電磁波便發(fā)生反射，由接收天線接收反射波[1]。在對地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)雷達(dá)波形、電磁場強(qiáng)度、振幅和雙程走時(shí)等參數(shù)便可推斷地面下的地質(zhì)構(gòu)造。

地質(zhì)雷達(dá)法巖溶勘察時(shí)，直接將雷達(dá)天線貼于地面上，采用連續(xù)緩慢移動(dòng)天線發(fā)射、接收電磁波進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通常沿建筑物軸線或獨(dú)立基礎(chǔ)位置布置網(wǎng)格化測線，盡可能多地采集數(shù)據(jù)，以備后期數(shù)據(jù)的分析處理[2]。預(yù)報(bào)距離根據(jù)上覆土層的厚度，含水情況，巖體的完整程度，一般能夠達(dá)到地面下15m～40m左右。

2 巖溶地質(zhì)雷達(dá)的圖像特征

巖溶一般出現(xiàn)在灰?guī)r地層中，洞穴中可能為空、含水或填充其他物質(zhì)，其地質(zhì)雷達(dá)圖像和波形特征通常表現(xiàn)為：巖溶洞穴在地質(zhì)雷達(dá)圖像上的形態(tài)特征主要取決于洞穴的形狀、大小以及填充物的性質(zhì)，一般表現(xiàn)為由許多雙曲線強(qiáng)反射波組成；在洞穴側(cè)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(shí)反射波更強(qiáng)，而洞穴底界面反射則不太明顯，只有當(dāng)洞穴底部部分充填水或粘土、粉砂、砂礫性物質(zhì)時(shí)底部反射波會(huì)有所增強(qiáng)，可見一組較短周期的細(xì)密弱反射；如果洞穴為空洞或充水洞則在洞體內(nèi)部幾乎沒有反射電磁波；有充填物時(shí)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(dòng)增益梯度大。

巖溶洞穴的地質(zhì)雷達(dá)圖像特征比較明顯，相對容易判斷，一般根據(jù)當(dāng)?shù)貛r體類型、水文地質(zhì)資料及前期巖溶地質(zhì)調(diào)查資料等，都能做出準(zhǔn)確的解釋[3]。

3 巖溶地質(zhì)雷達(dá)探測實(shí)例

3.1 工程地質(zhì)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(zhì)測繪與調(diào)查，地表未發(fā)現(xiàn)巖溶、土洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象[4]。該建筑物為18層高層建筑，兩層地下室，基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，白云巖為地基持力層。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)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(xiàn)由于城市建設(shè)破壞地下水系統(tǒng)，水位下降，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析及走訪調(diào)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(dá)探測

圖2 溶洞開挖后照片

我們用美國勞雷公司生產(chǎn)的SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)、100MHz屏蔽天線、點(diǎn)間距0.2m、時(shí)窗650ns（即探測深度30m）進(jìn)行巖溶探測。圖1出現(xiàn)明顯的強(qiáng)振幅，剖面上可見明顯的許多雙曲線強(qiáng)反射波組成；底部反射波有所增強(qiáng)，可見一組較短周期的細(xì)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(zhì)。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)圖像，解釋成果為4×2m的溶洞，埋深12m。基坑開挖驗(yàn)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(jié)語

采用地質(zhì)雷達(dá)結(jié)合鉆探的綜合勘察方法，在巖溶發(fā)育地區(qū)是查明巖溶發(fā)育特征了解巖溶平面范圍和空間延伸情況的一種有效、經(jīng)濟(jì)、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(dǎo)施工，加快施工進(jìn)度，保證建設(shè)順利展開和構(gòu)筑物安全具有重要意義。地質(zhì)雷達(dá)探測以其可以兼顧探測深度和空間分辨率的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工程巖溶勘探。