秦迎賓 劉漢強(qiáng)

[摘要]因粘土顆粒本身帶電荷，其電導(dǎo)率較砂土或基巖等明顯較高，隨著深度的加深，雷達(dá)信號衰減較大。本文通過地質(zhì)雷達(dá)在天津薊縣山區(qū)勘測中的應(yīng)用分析，表明地質(zhì)雷達(dá)采用128道疊加可以較為有效的克服粘性土對雷達(dá)信號的衰減作用，進(jìn)而測定天津山區(qū)基巖埋深，劃分松散沉積層序。

[關(guān)鍵詞]地質(zhì)雷達(dá) 粘性土 電導(dǎo)率 基巖面

[中圖分類號] P5 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-232-2

1前言

隨著工程建筑、公路建設(shè)等行業(yè)的迅猛發(fā)展，原有的應(yīng)用鉆孔取芯或開挖抽樣的質(zhì)量檢測方法不僅效率低、代表性差，而且對原有建筑有破壞，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)檢測可謂是一種無損、快速、簡便、直觀、有效的方法[1]。本文結(jié)合實(shí)際工程，通過鉆孔取芯與雷達(dá)測試相結(jié)合的方法，對地質(zhì)雷達(dá)在山區(qū)基巖埋深的測定作了一個(gè)系統(tǒng)的分析，重點(diǎn)分析了不同情況下的雷達(dá)波形及雷達(dá)測試過程中存在的實(shí)際問題。

2雷達(dá)波速的工作原理及地下介質(zhì)傳播的影響因素

2.1雷達(dá)波速的工作原理

地質(zhì)雷達(dá)利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，通過天線T送入地下，經(jīng)地下地層或目的體反射后返回地面，為另一天線R所接收（圖1）。脈沖波行程需時(shí)

當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)測到的精確的t值（ns，1ns=lO-9s）。由上式求出反射體的深度（m）。式中x（m）值在剖面探測中是固定的：v值（m/ns）可以用寬角方式直接測量，也可以根據(jù) 近似算出（當(dāng)介質(zhì)的導(dǎo)電率很低時(shí)）[2]，其中c為光速（c=0.3m/ns），ε為地下介質(zhì)的相對介電常數(shù)值，后者可利用現(xiàn)成數(shù)據(jù)或測定獲得。

2.2雷達(dá)波在地下介質(zhì)傳播的影響因素

影響雷達(dá)波在地下介質(zhì)中傳播的電性參數(shù)包括介電常數(shù)、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率等。在地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行介質(zhì)的探測中，決定電磁波場波速度的主要因素是介電常數(shù)。電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的影響一般只考慮對電磁波的損耗和衰減。

主要礦物的相對介電常數(shù)示于表1[3]。

3工程實(shí)例

本次擬建工程區(qū)上部覆蓋層主要由上部人工填土、第四系全新統(tǒng)陸相沖洪積層粘土、上更新統(tǒng)坡洪積層粉質(zhì)粘土為主，其下為中上元古界薊縣系霧迷山組第五段灰～白色泥晶砂屑白云巖和灰色含硅鎂質(zhì)、條帶粉晶白云巖。其125號孔至127號孔間剖面采用100MHz屏蔽天線，8道疊加的相應(yīng)雷達(dá)能量圖如圖2。

通過鉆探驗(yàn)證，在左側(cè)起始125號孔一側(cè)基巖面埋深約1.50

m，從雷達(dá)圖中可以看出該深度處同向軸分叉、中斷，波形振幅較強(qiáng)，且基巖處同向軸有一定傾斜，雷達(dá)圖與鉆孔對應(yīng)較好；但在右端127號孔一側(cè)基巖揭示基巖埋深約7.00m，而雷達(dá)圖上電磁信號上部以均勻的中低頻信號為主，下部信號雜亂，同相軸不連續(xù)，且振幅較弱，與鉆孔對應(yīng)較差。推測因粘性土對電磁信號屏蔽作用較強(qiáng)，在粘性土厚度較大時(shí)，其探測效果不能滿足要求。為驗(yàn)證上述結(jié)論，又在144號孔至103號孔間采用地質(zhì)雷達(dá)采用同樣參數(shù)進(jìn)行探測，其能量堆積圖如圖3。

經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，在144號孔至103號孔之間基巖面埋深普遍在6.00～7.00m左右，而在雷達(dá)能量堆積圖上信號以均勻的中低頻信號為主，信號振幅較強(qiáng)，且有多次震蕩，在探測深度6.00～7.00m段，雷達(dá)信號振幅較弱，同相軸時(shí)斷時(shí)續(xù)，無可以識別的標(biāo)識。而在103號孔一側(cè)尚有回填土坑，坑底埋深約3.50m，從雷達(dá)能量圖上看在距離144號孔72m處，雷達(dá)參考深度約4.00m處，雷達(dá)同相軸分叉，且以上同相軸有所傾斜，推測為填土分界面，這與調(diào)查的情況相符。通過上述試驗(yàn)，表明雷達(dá)能量信號在較厚粘性土層中衰減較大，雷達(dá)信號采用常規(guī)的8道疊加對于場地不適用。

為解決粘性土中衰減較大的問題，以便探測巖層覆蓋層厚度問題，將探測時(shí)雷達(dá)能量疊加道數(shù)從8道加大到128道，其雷達(dá)能量圖如圖4。

從圖4可以看出可看出，將雷達(dá)的掃描道數(shù)從常規(guī)的8道加大至128道，信號效果明顯提升，在探測深度6.00m以上同相軸連續(xù)有規(guī)律，波形均一，有多次震蕩，推測為第四系全新統(tǒng)陸相沖洪積層粘土，在探測深度6.00至9.00m之間同相軸較為連續(xù)，略有起伏，推測為上更新統(tǒng)坡洪積層粉質(zhì)粘土，在9.00～10.00m以下，信號微弱，振幅較低，頻率變化較小，推測為中上元古界薊縣系霧迷山組第五段白云巖，圖中粘性土層及基巖面分界清楚，識別效果較理想。經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，與實(shí)際地層相符。

4結(jié)論

（1）對于基巖埋藏較淺的情況，地質(zhì)雷達(dá)信號采用8道疊加識別效果就可滿足要求，當(dāng)對于基巖界面較深的情況，需從常規(guī)8道疊加增大到128道，才可取得較為滿意的效果。

（2）因?yàn)檎惩令w粒本身帶有電荷，其電導(dǎo)率較粉土顆粒、砂土顆粒及基巖等明顯較高，因其含量的不同，不同的粘性土電導(dǎo)率差異也較大。在粘性土中，隨著深度的加深，其有效信號衰減較大，而高頻噪聲信號較強(qiáng)，采用8道疊加有時(shí)很難分辨其出來，同時(shí)亦可考慮低頻率天線等在此等環(huán)境下衰減較小的天線，對粘土層也能取得較好的效果。

（3）因覆蓋土層中的碎石，不規(guī)則的基巖面、巖石裂隙、以及風(fēng)化層的存在使得在雷達(dá)記錄中土及基巖界面的識別亦變得困難。

參考文獻(xiàn)

[1]劉英利. 地質(zhì)雷達(dá)在工程物探中的應(yīng)用研究[D].成都理工大學(xué)，2008.

[2]李 嘉，郭成超，王復(fù)明.探地雷達(dá)應(yīng)用概述[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，22（2）：629-637.

[3]曾昭發(fā) 劉四新等.探地雷達(dá)原理與應(yīng)用[M].1.北京：電子工業(yè)出版社， 2010.