探地雷达在多年冻土工程地质勘察中的应用效果研究

由于融土和冻土之间存在明显的电性差异,使探地雷达成为研究多年冻土的有效手段之一.本文结合工程实例,对探地雷达在青藏高原多年冻土工程地质勘察中的应用效果进行了现场试验研究.分析了探地雷达探测多年冻土的物理前提条件,总结了多年冻土主要地质要素的雷达图像特征和探地雷达在多年冻土工程地质勘察中的实际应用效果.研究表明融土与冻土的雷达图像特征存在明显差异:融土雷达反射波为低频强宽振幅的稀疏波,波形较杂乱;冻土反射波为高频低振幅细密波,波形较为规则;探地雷达可较为准确地划分地层、识别多年冻土上限、确定多年冻土分布范围,但尚不能有效确定多年冻土的含冰量;另外,探地雷达对细颗粒土的探测效果要明显好于粗颗粒土.文章还指出了现场探测和图像解译分析中需要注意的事项和下一步需要研究解决的问题,建议在开展现场探测工作之前先在有钻探资料或天然地质剖面处进行对比试验,搞清测区内主要地层的物性参数,掌握有效波和干扰波的分布规律,从而提高雷达探测结果的准确性和可靠性.     

基于GprMax正演模拟的探地雷达根系探测敏感因素分析

应用探地雷达对植物根系进行探测的有效性已得到证实.但由于根系结构复杂,根围环境异质性强,针对基于探地雷达得到的根系探测数据的解读尚处于经验积累阶段.本研究首先通过对比根系探地雷达实测信号图像和模拟信号图像,证实了利用GprMax模拟探地雷达探测植物根系的有效性.其次通过定义不同根系空间结构和电性参数场景,模拟了不同条件下根目标反射信号的差异,并对影响探地雷达探测植物根系有效性的敏感因素进行了初步分析.模拟结果有助于探地雷达野外根系探测图谱的解译,为探地雷达在植物根系探测中的应用积累经验.     

地质雷达探测岩溶洞穴物理模拟研究

岩溶分布十分广泛,地下岩溶洞穴严重威胁着工程建设和人民的生命安全.了解岩溶地区的地质构造和岩溶发育规律,准确勘查地下岩溶洞穴,为各部门的工程设计与施工处理提供可靠的依据显得十分重要.地质雷达是采用高频电磁波、宽频带短脉冲和高速采样技术的一种新型的物探方法.由于该方法具有工作效率高、分辨率高和异常图象直观等突出优点,因此,该方法广泛应用于工程勘察中.多年来,在中国的铁路、公路、电站和机场等工程建设中,我们应用地质雷达方法作了大量的试验研究和生产工作,采集到了一些具有代表性的地下溶洞、溶缝和岩溶破碎的雷达图象,也积累了地质雷达探测地下岩溶洞穴的一些重要经验.本文从地质雷达探测地下岩溶洞穴的基本原理出发,从理论上对溶洞、溶缝和破碎带等的雷达图象进行模拟计算,提出了常见的地下岩溶异常的基本雷达图象特征,再结合典型的地质雷达图象实例,阐述了地下溶洞的埋深、规模、空间分布形态等判识方法.     

探地雷达在基坑岩溶勘查中的应用

在山东省的中部地区,城市建筑物大都经过岩溶十分发育的灰岩区。因此,建筑物施工中会遇到很多的溶洞、溶蚀带等各种不良地质现象,为保证施工安全,减少地质灾害损失,必须在工程施工前开展岩溶灾害等探测工作。探地雷达具有分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示、无损探测等优点,已在岩土工程勘察等方面取得了较好的效果【1-3】,笔者结合济南市章丘项目实例,探讨探地雷达在灰岩岩溶、溶洞中的相关应用。     

机载探地雷达数值模拟及逆时偏移成像

机载探地雷达可以用于人类无法到达的危险地区、植被严重覆盖的地下目标体探测,然而由于机载探地雷达的特殊性,影响机载探地雷达探测效果的因素包括天线的极化方向、天线的飞行高度以及地表粗糙度等.为了研究这些影响因素与探测效果之间的关系,用三维时间域有限差分模拟电磁波的传播过程,以沙漠地区地下空洞掩体的机载探地雷达探测为实例,分别模拟了不同天线极化方向、天线高度及地表粗糙度情况下的机载探地雷达剖面,分析了各因素对机载探地雷达探测地下空洞目标体的影响.天线极化方向与目标体走向垂直更有利于地下目标体探测;天线距离地表越近,可以获得更高分辨率的雷达剖面;沙漠地表起伏越大,雷达剖面中的散射杂波能量越强,浅部地下目标体信号容易被掩盖.为了消除起伏地形造成的散射杂波,提出用逆时偏移成像技术对共炮集机载探地雷达数据进行偏移成像,成像结果优于基尔霍夫偏移成像结果.     

隧道检测中基本形状空洞探地雷达图像特征

空洞是隧道检测的重点探测病害之一,为了进一步提高探测空洞的水平,本文针对隧道衬砌中经常出现空洞的基本形状进行研究.以探地雷达理论为基础,运用时域有限差分法,建立隧道衬砌中圆形、矩形和直角三角形空洞的二维模型,进行探地雷达二维正演模拟.利用PVC管制作圆形空洞,利用纸板制作矩形和直角三角形空洞,依次将物理空洞模型分别埋于砂槽中,应用探地雷达进行探测.并在现场探测各种形状的空洞.数值模拟、实验和实测结果表明:探地雷达可以探测到圆形、矩形和直角三角形空洞的存在,分别可以确定圆心的水平位置,矩形的水平分布范围和直角三角形的水平分布范围.该研究对不同形状空洞的图像解释具有指导和参考作用.     

FDTD数值模拟在GPR管线探测中的应用

探地雷达是一种非常重要的管线探测技术,为了提高地下管线雷达图像特征的认识,确定管线异常体的位置,提高雷达资料的解释精度.论文从Maxwell两个旋度方程出发,推导了二维TM波的差分方程、CFL数值稳定性条件、频散关系.然后,基于Matlab平台编写了探地雷达正演的FDTD程序,应用该FDTD程序开展了管线探测中探地雷达探测效果分析,包括对管线埋藏深度、管线间距、管线内物质、管线材质等影响因素的数值模拟.通过分析雷达正演剖面特征,可以清晰了解并掌握雷达管线探测与各种影响参数之间的关系,对实际地下管线探测可起到指导作用.最后,将GPR应用于武广高速浏阳河隧道管线探测中,GPR准确地定位了PVC通迅电缆的位置在埋深,为工程施工与处置提供了依据.     

基于探地雷达波速层析的金属矿区勘探仿真

探地雷达技术在金属矿区得到广泛应用.由于金属矿区地质构造复杂,使用于探测层状介质的反射波探地雷达勘探方法在金属矿探查中受到限制.为提高接收信号能量强度以提高探测结果分辨率,实现探测复杂地质构造及隐伏岩体,将层析成像方法用于探地雷达对金属矿区的勘查中.建立了典型的金属矿区速度模型,并选取了代表性的切片,采用LSQR算法反演计算.仿真结果误差都在1‰的数量级,证明了雷达层析成像技术应用于金属矿区勘察的有效性.     

地下管线探测雷达图特征分析

地下管线探测是测绘和物探专业相结合的一项工作,对地下非金属管线探测目前最适用的方法是探地雷达法.为提高探地雷达探测地下管线的效率和探测准确性,使管线探测专业人士可以更好的掌握探地雷达探测地下管线技术,本文通过理论分析探地雷达探测地下管线的工作原理及在北京市近45000 km地下管线基础信息普查工作中大量实验,对不同管径、不同埋深、不同材质的管线进行雷达探测,对比分析各种管线雷达图像的特征.文章分析出管线管径的不同表现在雷达图上是抛物线水平距离跨度的不同,管径越大,水平距离跨度越大.管线埋深的不同则表现在雷达图抛物线拖尾部分水平距离不同,埋深越深则拖尾部分跨度更长.不同管径和埋深的管线在探测的时候需要采用不同中心频率的雷达天线进行探测.管线材质的不同则特征更明显,直接表现在有无多次波出现和多次波的强弱、是否屏蔽深层有效信号、同相轴相位表现形式及波形特征等各个方面.该研究成果可指导今后城市地下管线普查和管线竣工验收时的管线探测工作.     

机载探地雷达的进展以及数值模拟

机载探地雷达可能解决危险环境或广域条件下的近地表探测问题,用于解决环境、生态或军事方面的问题.然而由于种种原因,该技术的发展却显得比较慢.为了推进该技术的发展,本文介绍了目前世界范围内机载探地雷达的进展,并利用时间域有限差分法对一些典型模型进行数值模拟,并用特定的偏移成像方法对模拟结果进行成像.目前存在的机载探地雷达主要有三种类型:第一种为将常规探地雷达天线悬挂在直升飞机上,第二种为针对机载探地雷达开发的雷达系统,第三种为具有探地能力的合成孔径雷达.数值模拟结果表明,不管是水平地面的情况下,还是起伏界面的情况下,机载探地雷达都能清楚探测一定深度范围内的地下目标.可见,机载探地雷达是存满希望的一种方法.     

基于小波能谱分析的岩溶区探地雷达目标识别

目前常用的根据记录波形的频率、振幅等特征进行岩溶区探地雷达目标识别的方式具有一定的局限性,为此提出了利用小波能量谱特征进行识别的新方法.通过对岩溶区典型样本进行分析,构造雷达信号各频率成分在各尺度上的能量特征向量,得到样本模型的能量谱,将待识别目标体的能量谱特征与之比对,数据分析和实际验证表明,小波特征能量谱具有直观地显示目标信号不同特征的优点,能有效地对岩溶区探地雷达剖面目标体进行识别.     

Analysis of the karst aquifer structure of the Lamalou area (Hérault, France) with ground penetrating radar

The study site at Lamalou karst spring (Hortus karst plateau) is situated 40 km north of Montpellier in France. It consists of a limestone plateau, drained by a karst conduit discharging as a spring. This conduit extends for a few dozen meters in fractured and karstified limestone rocks, 15 to 70 m below the surface. The conduit is accessible from the surface. The main goal of this study is to analyze the surface part of the karst and to highlight the karstic features and among them the conduit, and to test the performances of ground penetrating radar (GPR) in a karstic environment. This method thus appears particularly well adapted to the analysis of the near-surface (<30 m in depth) structure of a karst, especially when clayey coating or soil that absorbs and attenuates the radar is rare and discontinuous. A GPR pulseEKKO 100 (Sensors and Software) was used on the site with a 50-MHz antenna frequency. The results highlight structures characterizing the karstic environment: the epikarst, bedding planes, fractured and karstified zones, compact and massive rock and karrens, a typical karst landform. One of the sections revealed in detail the main conduit located at a depth of 20 m, and made it possible to determine its geometry. This site offers possibilities of validation of the GPR data by giving direct access to the karstic conduits and through two cored boreholes. These direct observations confirm the interpretation of all the GPR sections.     

Acquisition and processing of electric,magnetic and GPR data on a Roman site (Victimulae,Salussola, Biella)

A multi-method geophysical survey has been carried out on a Roman archaeological site, where part of an apse had previously been found and then refilled by archaeologists during an excavation test. Magnetic gradient measurements were performed over the whole study area and a sub-area of interesting anomalies beside the excavation test site was found. Two-dimensional filtering of a more detailed magnetic gradient map and 2D inversion of magnetic profiles were performed, using an on-purpose implemented software, in order to reduce the effect of noise and to stress the eventual presence of buried structures in agreement with the archaeologists' hypothesis. Resistivity tomography and GPR profiles were carried out along some selected profiles to obtain information on the vertical distribution of the anomalous bodies. GPR profiles, carried out in the area containing the test excavation, supplied good results, particularly when processed as time slices. The whole structure of the apse was clearly outlined. The authors were then able to suggest to the archaeologists further excavation tests on the basis of GPR results and of the filtered magnetic gradient map. A comparison of the results of the applied surveying methodologies has supplied an example of the relative strengths and weaknesses of the different electric, magnetic and GPR techniques.     

Diffraction imaging of sub‐vertical fractures and karst with full‐resolution 3D Ground‐Penetrating Radar

Vertical fractures with openings of less than one centimetre and irregular karst cause abundant diffractions in Ground‐Penetrating Radar (GPR) records. GPR data acquired with half‐wavelength trace spacing are uninterpretable as they are dominated by spatially undersampled scattered energy. To evaluate the potential of high‐density 3D GPR diffraction imaging a 200 MHz survey with less than a quarter wavelength grid spacing (0.05 m × 0.1 m) was acquired at a fractured and karstified limestone quarry near the village of Cassis in Southern France. After 3D migration processing, diffraction apices line up in sub‐vertical fracture planes and cluster in locations of karstic dissolution features. The majority of karst is developed at intersections of two or more fractures and is limited in depth by a stratigraphic boundary. Such high‐resolution 3D GPR imaging offers an unprecedented internal view of a complex fractured carbonate reservoir model analogue. As seismic and GPR wave kinematics are similar, improvements in the imaging of steep fractures and irregular voids at the resolution limit can also be expected from high‐density seismic diffraction imaging.     

物探方法在水库坝基渗漏勘探中的应用

近年来物探方法在坝基勘探、活断层探测、溶洞探测和基础检测等工程中得到广泛应用,并取得了令人瞩目的成绩。本文介绍了在某水库坝基渗漏勘探开展物探工作的情况,取得了满意的结果,表明应用多种物探方法对解决工程问题具有较好的效果。     

综合物探方法在滑坡地质勘探中的应用研究

综合物探方法在滑坡等地质灾害的勘探中发挥着重要的技术作用。这里以河南省某地滑坡勘探为例,利用高密度电阻率法和地质雷达法等综合物探方法,分析两种物探方法的技术原理、联合解释,并结合地质钻探、地质调查等资料,查明该场地滑坡体的分布情况。结果表明,综合物探方法能有效地减少物探的多解性,提高成果解释精度,其综合物探解释成果与地质情况较为吻合,显示出综合物探方法在滑坡等地质灾害勘探中的重要作用。最后,对综合物探方法及综合解释进行了简要的总结和展望。      

综合物探方法在堤防质量检测中的应用

在堤防质量检测中,地球物理方法能够实现快速、无损的探测,但采用单一物探方法对堤防隐患的判别易形成多解,也很难对堤防质量做出准确分类.本文中应用探地雷达、高密度电法、地震勘探等综合物探方法对大源渡堤防质量进行检测,并以龙荫港以例,通过综合三种物探方法互相参照、相互验证,互为补充,查明了堤防隐患的分布位置与埋深,为堤防质量检测提供一种新的工作方法.     

地质雷达方法在上海市轨道交通明珠线工程中的应用

地质雷达方法在上海市轨道交通明珠线工程中的应用表明,此方法在探测地下障碍物中能依靠雷达图象识别其类型、材质、深度等,有利于快速、准确定位,有一定的优越性。     

丹东市东北部鸭绿江断裂带的探测与研究

根据电法,人工地震勘探和钻孔资料分析了位于丹东东北部沿中朝边境长１１ｋｍ的鸭绿江断裂带分布特征。     

综合地质预报技术在岩溶区隧道施工中的应用

通过对地质分析法、地质雷达、红外探测,超前水平钻孔等超前地质预报技术在某隧道中岩溶预报中的应用研究,对比分析几种地质预报技术的特点,得到由多种预报手段综合而成的预报系统的实用性以及在指导施工方面的作用优于单一地质预报方法的结论,并对照实际开挖情况提出针对岩溶地质条件的施工建议.