[科普中国]-地质雷达法

又称探地雷达法，借助发射天线定向发射的高频(10～1000MHz)短脉冲电磁波在地下传播，检测被地下地质体反射回来的信号或透射通过地质体的信号来探测地质目标的交流电法勘探方法。其工作原理类似于地震勘探法，也是基于研究波在地下的传播时间、传播速度与动力学特征。1

工作原理雷达仪产生的高频窄脉冲电磁波通过天线定向往大地发射，其在大地中的传播速度和衰减率取决于岩石的介电性和导电性，且对岩石类型的变化和裂隙含水情况非常敏感，在传播过程中，一旦遇到岩石导电特性变化，就可能使部分透射波反射。接收机检测反射信号或直接透射信号，将其放大并数字化，存贮在数字磁带记录器上，备数据处理和显示。

地质雷达系统一般在10～1000MHz频率范围内工作。当传导介质的电导率小于100mS/m时，传播速度基本上保持常数，信号不会弥散。

地质雷达具有足够的穿透力和分辨能力。电磁波穿透深度主要取决于电磁波的频率、能量大小以及传导介质的导电特性。随着岩石含水量增大，电导率增高，雷达波的衰减率会增大。湿煤中的衰减率就比干煤的大。随着电磁波频率的增高，其穿透深度将减小;但降低频率或增大波长λ，分辨率又会随之降低。为了能将探测目标与背景区分开，目标的大小应与波长成正比，最好为λ/4。分辨能力还取决于岩体内隐藏目标的种类和大小及其导电特性。岩体与目标之间的导电特性差异越大，则越易发现目标。

据在许多地质环境中使用的经验表明，中心频率约为100MHz的雷达系统兼顾了测距、分辨率和系统轻便性这三个因素，效果较好。2

地质雷达仪地质雷达法用来进行野外观测的专用仪器，一般包括发射天线和发射机，接收天线和接收机，以及内装微处理机或直接用便携式微机的控制部件。发射机将直流电源供给的直流电转换为高频、窄脉冲的交流信号，通过发射天线向被探测介质定向发射固定频率的电磁波。接收天线接收回波信号后输入到接收机，经放大并转换为数字信号后传输到控制部件进行叠加、计算、存贮，由液晶显示器实时显示断面图像，并可打印、拷贝。观测数据可存贮在软盘上，也可通过机内标准接口传输到外接计算机进行更详细的数据处理、彩色显示和绘制彩色断面图。为了同时进行不同深度的探测，提高施工效率，可以用一台发射机或多台接收机同时观测。最新仪器都配置多种频率的发射和接收天线，可根据不同地质任务和施工条件选用或作几种频率观测，取得更多的地质信息。

地质雷达按使用场合不同可分为空中地质雷达(又称机载地质雷达)、地面地质雷达、矿井地质雷达和钻孔地质雷达。其中，机载雷达是装在飞机上的地质雷达的总称，主要有侧视雷达、前视雷达、平面位置显示器雷达等，它具有快速覆盖和全天候工作的优点，主要用于测绘地形、地面岩性识别、判别地质构造特征等。煤炭工业部门常用的是地面地质雷达、矿井地质雷达和钻孔地质雷达。

地面地质雷达在地面进行观测，是地质雷达中使用最多的一种方法。它用发射机和发射天线向地下发射高频电磁波，电磁波在地下土层、岩层中有明显电性差异的界面上反射，在地面用接收机和接收天线接收回波信号，并对其进行计算处理、解释、成图，得到地下地质结构的显示图象和深度资料。地面地质雷达测线、测点布置灵活，可根据需要布设成规则网状、不规则网状或任意单条剖面。既可逐点观测，也可沿剖面连续观测。

矿井地质雷达具有防爆功能。在矿井巷道中进行观测。可以对巷道下方、上方、两侧及前方进行探测。向下方探测时，工作方法与地面观测相同。巷道有支架支护时，向上和向两侧探测的天线要特殊设置。向采掘前方探测是在巷道揭露的煤层或岩石断面上垂直布设发射天线和接收天线，可探测采掘前方的断层、岩溶及其它异常体。矿井中的干扰因素 (各种电缆、金属物等)较多，现场观测时要尽可能避开或减少干扰源的影响，以提高信噪比。资料解释要正确区分有效信号和干扰信号，以保证地质解释结果的可靠性。

矿井地质雷达在煤矿区一般用于探测厚煤层采后的剩余厚度，煤层下面的石灰岩层或其它需要探测岩层的深度、喀斯特发育情况，巷道或工作面前方的小断层、老窑水、喀斯特陷落柱、火成岩岩墙、煤层夹矸和其它地质异常体。

钻孔地质雷达把发射及接收装置放入钻孔中进行观测，有单孔测量和跨孔测量两种方式。①单孔测量。把发射和接收装置放于同一钻孔中，两者的间距保持不变，沿钻孔剖面进行测量。电磁波向钻孔壁介质发射，遇有电性差异的界面反射回来被接收，即可发现钻孔未揭露到的周围介质中的断层、破碎带、喀斯特、金属矿体等，并确定其距钻孔的位置、延伸方向。②跨孔测量。把发射装置和接收装置分别放入相邻两个钻孔中(也可采用一孔发射、多孔接收方式)，雷达脉冲从发射钻孔传输到接收钻孔，通过对透射波传播速度、振幅等的分析，以及对反射波的分析，可以了解两个钻孔之间介质的地质结构和地质异常体的情况。跨孔地质雷达的工作方法与钻孔无线电波透视法相似。

作用地质雷达可用来划分地层、查明断层破碎带、滑坡面、岩溶、土洞、地下硐室和地下管线，也可用于水文地质调查。由于地质雷达在电阻率小于100Ω·m的覆盖层地区，探测深度小于3m，严重阻碍了地质雷达的应用。因此，在低电阻率区如何加大探测深度，仍是一个研究课题。20世纪80年代末，还主要用于高电阻率的基岩地区、钻孔和坑道中。

本词条内容贡献者为:

李兵 - 副教授 - 西南大学