浙江省工程物探勘察设计院有限公司 浙江杭州 310005
摘要：本文主要分析了城市地质调查中探地雷达的应用情况，目的是为城市发展战略的制定提供全面的调查资料，推进我国城市经济的可持续发展。
关键词：探地雷达；城市；地质调查；应用情况
城市发展战略的制定离不开城市地质调查，城市地质调查可为发展战略的制定提供有效的依据。探底雷达作为一种新型的勘探技术，将其应用到城市地质调查中可明确城市地质问题。该领域研究被更多的人员所关注。
1、探地雷达的工作原理
探地雷达可以对地下介质分布情况进行明确，探底雷达又称为透地、地质雷达。无线电波是探底雷达明确地下介质非常重要的原理。探地雷达作业时，在主机的作用下可以对雷达进行控制，产生脉冲源信号，此种信号较为微妙，并以周期性的方式传播。发射天线可以接收到此种微妙的信息，并在发射天线的作用下与地下信息耦合在一起，两者一起向地下传播。耦合后的信息在传播过程中一旦遇到非均匀面体或者非均匀面会产生反射信号。地下波被地面上的接收天线接收后可以向接收机直接传输。接收机可以对信号进行相应的整形和放大处理，经过处理后的信号可以传输到微机上，在微机的辅助下可以按照幅度大小的不同对信息进行编码处理，编码后的信号可以通过波形堆积图或伪彩色电平灰色电平图的形式呈现出来。探测人员经过一系列的处理后可以对探测的目标大小、深度以及方位等进行判断，明确探测参数。探地雷达用途较多，可以检测不同的材料泥土、岩石、沙砾等。此外，探地雷达也可以检测沥青、混凝土等建筑材料。地质调查中工作人员借助探地雷达可以判断出不同类型岩层的厚度和深度，地面作业中探地雷达起到的作用非常明显。
2、探地雷达的野外工作方法
根据携带方式和运载方式的区别可以将探雷器分成不同的类型，包括便携式探地雷达、机载式探地雷达以及车载式探地雷达。单兵搜索地雷经常用到便携式探雷器，此种类型的探底雷达可以根据耳机声响的不同作为报警信号。车载式雷达采用的运载车辆大多是装甲车和吉普车，此种类型的探地雷达在平摊地面和道路探雷中被广泛应用。车载式探地雷达可以将灯光、声响以及屏幕显示等作为报警信号。车载式探地雷达报警过程中可以自动停止。此种类型的探底雷达探测速度较快，是目前我国机械化部队行动中不可缺少的装备。直升机是机载式探雷器常见的运载工具，在探测远距离和探测速度要求较高的物体探测时机载式探测器应用较为广泛。便携式和车载式探雷器常见的工作原理如下：一种借助探雷器辐射电磁场，此种作用下会刺激金属零件，促使金属零件产生涡流。金属元件产生的涡流电磁场会对探雷器发生作用，刺激探雷器中的电子系统，打破电子系统之前的平衡状态。探雷器也可以对涡流中电磁场的信号进行检测，根据检测信号可以得出金属物体的具体位置，从而排查出带有金属物体的地类。但是探雷器辐射电磁场原理受周围介质的影响较大，易受到金属片物体等的干扰。另一种是原理根据周围土壤和地类产生的介电常数差异性，此种差异可以改变探雷器微波电磁场，探测人员可以根据电磁场的改变明确地雷位置。但是此种原理也存在不一定的不足，容易受土壤密度、土壤空气、非地雷等物质的干。一旦其他因素干扰探底雷达将会降低探测的精确程度。
3、探地雷达的数据处理及其解释
3.1数据处理
数据处理环节可将资料信噪比明显提高，尽可能发挥探地雷达的探测效果，将探地雷达图像剖面反射波分辨清楚，工作人员从分辨率较高的反射波中提取到有价值的参数，如频率、波形和振幅等。有价值的参数可帮助探测人员对城市地质情况进行解释。本次所研究的城市地质探测工作采用专门的数据处理软件，该数据处理软件可以处理探测过程获取的资料，并对数据资料做漂移处理、图像增强处理、滤波处理等，由此得到信噪比较高的时间剖面，识别到更多的有用信号。
3.2资料解释
探地雷达资料解释和地震探测资料解释存在高度的一致性，两者都需要借助时间剖面范围大和直观性的特点。探测人员需要对时间剖面整条测线重点观察，分析重要波组具备的特征，以及不同特征之间存在的联系，由此对重要波组地质构造特征进一步掌握。期间探测人员需要充分关注特征波组的同相轴变化情况。对地下介质电性分布情况进行反映是探地雷达资料的作用之一，探地雷达要想实现地下介质典型分布与地质体分布两者之间的转化，就需要将与其相关的资料整合在一起，比如地质资料、探地雷达资料、钻探资料等，在完善资料的支撑下构建起探测区域地质地球物理模型。在此基础上获取地下地质模式。
4、城市地质调查中探地雷达应用实例分析
4.1探地雷达在基岩起伏探测中的应用
探测范围有基岩存在并可连续追踪时，雷达记录图像上可呈现出连续追踪的反射波同相轴。但是实际探测也会发现导致连续追踪的反射波同相轴出现的原因也可能是其他土层或者卵石层，此时需要探测人员前往实地综合判断，明确探测区域是否存在基岩。本文研究的城市基岩起伏探测工作，除了在实地探查之外，还借助了电阻率用来验证探地雷达在基岩起伏探测中是否正确。
本次探测中使用的地质雷达型号为加拿大pulse EKKOⅣ型。测量方式为反射测量。天线中心频率、天线距和测点距分别为100MHz、2m、0.5m，时窗和采样间隔分别为450nS、800Ps。为了避免探测中信号被干扰，需要增大发射器峰值电压，可增大为1000V。为使得反射波信号增强可采用sec增益。本次探测场地呈现出来的探地雷达综合剖面图如图1所示。其中途中斜线代表松散土层。直线代表黄土层，圆圈代表卵石层，√代表基岩。
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图1 探地雷达综合剖面图
将该场地探地雷达得出的剖面图整合在一起，可以发现卵石层引起的连续追踪反射波同相轴与基岩面引起的连续追踪反射波同相轴区别较为明显，探测人员可以准确识别出基岩面的位置。本次所研究的探测区域基岩埋深较小，最深处和最浅处分别为16米和4米。基岩面的变化与地形的变化一致，地形下降基岩面也随之下降，反之亦然。该地区的总体特征时基岩面起伏程度不大，呈现出起伏平缓的趋势，只有在个别地形基岩面的起伏较为明显。
4.2探地雷达在浅层地表地质分层中的应用
图2为某城市探底雷达浅层地面地质分层剖面图。探测使用的探地雷达型号为瑞典公司制造的RAM-AC-GPR地质雷达。钻探资料显示自上而下呈现出来的地质层位见表1所示。
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图2 某城市探底雷达浅层地面地质分层剖面图
表1自上而下地质层位表（m）
探地雷达对城市地质展开调查时，发现采用探地雷达在基岩埋深不大的地方可以得到比浅层地震更为理想的效果，并且场地条件不会对探地雷达造成限制。在探地雷达高分辨率下可以得到薄的层位资料。图3显示淤泥质土层和填土层地质雷达反射波同相轴呈现出连续且水平的变化趋势。强风化基岩层好、黏性土层和弱风化基岩层雷达反射波同相轴呈现连续状态，不同地层的反射波均很清楚，在浅层地面地质分层探查中效果明显。
结语
综上所述，以上就是本文对探地雷达在城市地质调查中应用的有关分析，希望可以对该领域研究有一定帮助。
参考文献：
[1]赵牧华，张宝松，张洁.探地雷达在城市地质调查中的应用[C].//中国地质学会.中国地质学会2013年学术年会论文集.2013：92-96.