地质雷达在工程勘探和检测中的应用
张山
210014中国石化石油勘探开发研究院石油物探研究所邮编
自九十年代中期，我们先后采用进口和国产地质雷达进行工程勘探和检测服务，并自行研制开发了一系列处理解释方法和软件，经多年实验和实践，积累了一定的经验，现将我们在工程勘探和检测方面的应用情况介绍如下。一、地质雷达的基本原理向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲（几十兆赫兹至上千兆赫兹），电磁脉冲遇到不同电性介质的分界面时即产生反射或散射，地质雷达接收并记录这些信号，再通过进一步的信号处理和解释即可了解地下介质的情况。从物探角度来讲，地质雷达信号的处理和解释在方法上与众所周知的反射地震法大体相同，只是它所涉及的波型和物性不同。相对于地质雷达所用的高频电磁脉冲而言，通常工程勘探和检测中所遇到的介质都是以位移电流为主的低损耗介质。在这类介质中，反射系数和波速主要取决于介电常数
r
ε1ε2ε1ε2
ν
c
ε
式中：“Υ”为反射系数，ν”为速度，ε”为相对介电常数，с”为光速“““常数，下角标“1、2”分别表示上、下介质。空气的相对介电常数为1，最小；水的相对介电常数为81，最大；水泥及岩石的相对介电常数为几到十几。在工程勘探中有时还可能遇到象钢筋这样的以传导电流为主的高损耗介质。在这种介质中电磁波是不能传播的，电磁波能量基本上全在其表面被反射回去。由上可知，对于空气与探测介质间的阻抗差而言，电磁波远远小于声波；因此，可将地质雷达天线制成车载式空气耦合天线，从而使其成为比超声波更为高效的探测工具。
f二、地质雷达在公路检测中的应用1、检测公路面层厚度目前，公路部门检测面层厚度的标准方法是按一定频度随机取芯，一般为每公里每车道5个。我们所做的计算机模拟研究表明，按这一频度随机取芯无法对面层厚度做出客观的总体评价，只有当取芯频度达到每公里70个以上时，其评价才是可靠的。但这样的取芯频度将招致对面层的严重破坏，是不现实的。而地质雷达的连续无损检测却能很好地克服这一矛盾。地质雷达检测面层厚度的关健在于精度。而提高精度的关健在于高精度的自动层位拾取和准确的波速提取。经过努力，我们成功地解决了这些问题。现在沥青砼面层厚度的检测精度一般小于3mm，个别情况达到5mm左右。检测结果分别以直观的图形方式和公路界贯用的表格方式提供给用户。在公路建设中，高精度、高密度的厚度数据不但能准确计算工程用料，杜绝偷工r