超前地質(zhì)預報之地質(zhì)雷達1

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1、超前地質(zhì)預報之地質(zhì)雷達探測一、定義及應用范圍地質(zhì)雷達探測是電磁波反射法超前地質(zhì)預報的常用方法，是利用電磁波在隧道開挖工作面前方巖體中的傳播及反射，根據(jù)傳播速度和反射脈沖波走時進行超前地質(zhì)預報的一種物探方法，主要用于巖溶探測，亦可用于斷層破碎帶、軟弱夾層等不均勻地質(zhì)體的探測。二、工作原理通過發(fā)射裝置向待測區(qū)域打出電磁波，用檢測設(shè)備檢測反射回來的電磁波的波形，利用電磁波在不同介質(zhì)中的傳播狀態(tài)差異，可以分析并判斷出被測區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。三、實施要求1、探測目的體與周邊介質(zhì)之間應存在明顯的介電常數(shù)差異，電磁波反射信號明顯；2、

2、探測目的體具有足以被探測的規(guī)模；3、不能探測極高電導屏蔽層下的目的體。4、探測儀器技術(shù)指標：a、系統(tǒng)增益不應低于150dB；b、信噪比應大于60dB；c、采樣間隔不應大于0.5ns、模數(shù)轉(zhuǎn)換器不應低于16位；d、具有可選的信號疊加、實時濾波、點測與連續(xù)測量、手動與自動位置標記等功能。四、操作過程1、檢查待測區(qū)域前方地面是否平整、堆渣是否穩(wěn)定，掌子面是否清理干凈、確保無碎石塌落；2、打開電腦，并運行檢測程序；3、連接天線，通過試驗選擇雷達天線的工作頻率、確定介電常數(shù)。應當注意：a、探測情況復雜時應選兩個及以上不同頻率天

3、線，b、隧址區(qū)內(nèi)不應有較強的電磁波干擾，若有則在記錄中標示出來，c、支撐天線的器材應選用絕緣材料，天線操作人員應與工作天線保持相對固定的位置，d、工作天線的平面與探測面基本平行，距離相對一致；4、讓天線以一定速度（能反映出探測對象異常）從掌子面底部一側(cè)開始移動，每次移動10cm左右，待數(shù)據(jù)讀取完畢向下一位置移動，移動的軌跡（即測線）以十字或網(wǎng)格形式布設(shè)為宜；5、待探測完畢后，將數(shù)據(jù)通過軟件分析并得出波形圖；6、讀出圖中信息，完成超前地質(zhì)預報書面報告的撰寫。五、部分地質(zhì)特征說明圖這里的分析和闡述是根據(jù)地質(zhì)雷達圖像的波形

4、特征和頻率、振幅、相位以及電磁波能量吸收情況等細節(jié)特征的變化規(guī)律來建立與各種典型地質(zhì)現(xiàn)象的對應關(guān)系。在工程勘察中，常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象有：斷層破碎帶、裂隙帶、富水帶、巖溶洞穴、巖性變化帶等。以下分別采用了來自不同工區(qū)的地質(zhì)雷達波形圖對以上幾種典型地質(zhì)現(xiàn)象與地質(zhì)雷達特征圖像的對應關(guān)系進行分析。5.1完整巖體完整巖體一般介質(zhì)相對均勻，電性差異很小，沒有明顯的反射界面，雷達圖像和波形特征通常表現(xiàn)為：能量團分布均勻或僅在局部存在強反射細亮條紋；電磁波能量衰減緩慢，探測距離遠且規(guī)律性較強；一般形成低幅反射波組，波形均勻，無雜亂反

5、射，自動增益梯度相對較小。該類巖體的探測和解釋精度通常比較高，其典型圖像見圖1。圖1中最上面的幾條水平強反射波同相軸為直達波和地表層受爆破松弛影響所致。圖1完整巖體的地質(zhì)雷達特征圖像5.2斷層破碎帶和裂隙帶斷層是一種破壞性地質(zhì)構(gòu)造，其內(nèi)通常發(fā)育有破碎巖體、泥或地下水等，介質(zhì)極不均勻，電性差異大，且斷層兩側(cè)的巖體常有節(jié)理和褶皺發(fā)育，介質(zhì)均一性差。而裂隙帶通常存在于斷層影響帶、巖脈以及軟弱夾層內(nèi)，裂隙內(nèi)也有各種不同的非均勻充填物，介電差異大。他們一般都有明顯的反射界面，這就為地質(zhì)雷達創(chuàng)造了良好的應用條件。在斷層或裂隙帶，

6、其地質(zhì)雷達圖像和波形特征較為相似，通常表現(xiàn)為斷層和裂隙界面反射強烈，反射面附近振幅顯著增強且變化大；能量團分布不均勻，破碎帶和裂隙帶內(nèi)常產(chǎn)生繞射、散射，波形雜亂，同相軸錯斷，在深部甚至模糊不清；電磁波能量衰減快且規(guī)律性差，特別是高頻部分衰減較快，自動增益梯度較大；一般反射波同相軸的連線為破碎帶或裂隙帶的位置。其典型地質(zhì)雷達特征圖像如圖2和圖3所示。圖2斷層破碎帶地質(zhì)雷達特征圖像圖3裂隙帶的地質(zhì)雷達特征圖像雖然兩者的雷達特征圖像相似，但通過對比分析可大致把它們分辨開來：a.斷層破碎帶的影響范圍通常比裂隙帶寬，在地質(zhì)雷達

7、圖像上有較寬的異常反應。相反的，裂隙帶異常在雷達圖像上一般表現(xiàn)為相對較窄的條帶。b.斷層破碎帶的波幅變化范圍通常比裂隙帶大，而裂隙帶的振幅一般為高幅。c.在相對干燥情況下，斷層破碎帶在地質(zhì)雷達圖像上同相軸的連續(xù)性不如裂隙帶，它的同相軸錯斷更明顯，其波形更加雜亂，而裂隙帶在地質(zhì)雷達圖像上同相軸的連續(xù)性反映了裂隙面是否平直、連續(xù)。d.探測時可參考當?shù)氐膮^(qū)域地質(zhì)背景資料和鉆孔資料，對可能遇到的地質(zhì)現(xiàn)象做出大致的判斷，為圖像解釋時對這兩種地質(zhì)現(xiàn)象的分辨識別提供依據(jù)。5.3富水帶地下水經(jīng)常存在于斷層帶、裂隙密集帶以及巖溶發(fā)育帶

8、中，含水程度和儲水條件主要受構(gòu)造控制。在常見物質(zhì)中，水的相對介電常數(shù)最大為80，與基巖介質(zhì)相比存在明顯的電性差異。富水帶地質(zhì)雷達圖像和波形特征一般表現(xiàn)為：地質(zhì)雷達波在含水層表面發(fā)生強振幅反射；電磁波穿透含水層時將產(chǎn)生一定規(guī)律的多次強反射，在富水帶內(nèi)產(chǎn)生繞射、散射現(xiàn)象，并掩蓋對富水帶內(nèi)及更深范圍巖體的探測；電磁波頻率由高頻向低頻劇烈變化，脈沖周期