(劳雷会议)地质雷达处理解释的一点体会 杨峰

地质雷达处理解释的一点体会

中国矿业大学（北京校区）杨峰

地质雷达应用得到广泛的发展和应用。本文主要论述近几年来在地质雷达处理、解释等应用方面的其中一部分做一些探讨，希望得到广大专家的指导。

1 水平预测滤波

从地质雷达采集的信号来看，存在普遍的水平同相轴信号的干扰。这些水平干扰信号对不同深度信号影响效果不同，越深的信号影响越大。这主要是由于高频电磁波在地层传播过程中存在指数形式的衰减和能量扩散等。因而，在相对变化较小的水平干扰信号的作用下，深部反射信号信噪比明显低于浅部信号的信噪比。因此对水平干扰信号的去除，就显得非常重要。

如何去除水平信号，其实方法也很多，常用的方法有：（1）背景道去除；（2）窗口滑动平均高通滤波；（3）二维滤波；（4）二维谱的反变化等。不同的方法都有各自的有点，同时也有各自的缺点。不同地区、不同仪器、不同勘探目的、不同采集方法可能都有不同的方法选取。

作者在研究去除水平信号过程中，也尝试了不同的数据处理方式，在大量数据试验的基础上，提出水平预测滤波，将信号预测和滤波结合在一起达到去除水平信号的目的。

一、常规不同水平信号去除方法的对比

1．原始信号

2、背景去除

背景去除中背景噪声的计算是对背景道范围进行求均值运算得出的。这种处理方式对由仪器本身或偶合差异引起的噪声具有较好的效果。

采用背景去噪。背景去噪是一种常用的处理方法，尤其对数据量大的剖面运算，速度快，操作简单。但是：在进行背景去噪之前，一定要将剖面上没有的数据（如：天线停滞采集的数据，隧道的蔽塞洞等）删除掉，避免这些信号对综合背景信号的干扰。

3、窗口滑动平均高通滤波

滑动平均高通滤波，其实并不是真正意义上的滤波处理，其原理与背景去除相同，无非该方法的背景噪声是随道数窗口移动，对局部信号的突出有更显著的效果。

4、二维滤波

二维滤波就是利用F－K域中视速度的不同来提取滤波因子，从而达到压制水平信号的目的。

5、二维谱反变化

首先计算出信号的二维谱值，在对二维谱进行编辑，将去除干扰信号的谱值清楚，在通

过反变化达到压制干扰信号的目的。由于二维谱运算量较大，这种方法比较适合短剖面的处理。

二、水平预测滤波

水平预测滤波只需要输入一个参数即可，即预测步长。通过不同的预测步长就可以达到水平信号压制程度不同的目的。预测步长越小，其水平信号压制能力越强，否则相反。

2 城市区域雷达勘探高压线缆信号的识别与去除

在城市区域进行地质雷达勘探，无论屏蔽天线还是非屏蔽天线都会受到高压线缆的干扰，如果不对这些干扰信号识别和去除，可能将干扰信号错误地解释为地层信号，甚至整个剖面都不能解释。这里讨论的识别和去除并不是针对所有的信号都有效，这里只是抛砖引玉，希望大家能提出更多的方法，扩大我们的思路。

一、高压电缆信号的识别

当天线从高压电线杆经过时，在雷达剖面上会形成一个清晰的双曲线异常，如果不做分析，可能会将该异常解释为地下金属管线。其实识别的方法很简单，就是利用反射双曲线弧度来求出异常双曲线的速度，根据速度大小，来确定异常的来源。如果所求出速度大于0.2m/ns，则可以初步判断该异常来源高空，可以作为干扰波去除，相反可能来源于地下。

当采用反射双曲线弧度求速度的时候，一定要进行道间隔均匀化处理，即将所有设计的道间隔等距离化。

二、高压电缆干扰信号的去除

如何有效地去除高压电缆信号，也是大家关心地问题。这里提供地去除方法可以适用于任何突变干扰信号地去除。其步骤如下：

1．利用水平预测滤波去除水平信号

这个步骤其目的就是把电缆线干扰信号提取出来，压制掉其它任何信号。

2．相位取反

把经过水平预测滤波信号地相位取反，即正信号变成负信号，负信号变成正信号，其振幅不改变。

这个步骤处理后的电缆线干扰信号与原来剖面信号相反。

3．剖面叠加

将相位取反的剖面与原始剖面进行叠加，由于电缆线干扰信号与原始剖面相位相反，叠加后被很好压制。

3 地质雷达剖面解释

雷达剖面解释主要针对显示的剖面进行的，其主要内容有：标记管理及编辑、里程控制、层位追踪拾取、异常物的标定与统计等。

一、标记管理及编辑

主要实现如下功能：

1．在剖面上直接删除标记

2．标间隔数据道的等间隔化

3．标的规一化

二、里程控制

里程控制主要在实际应用中，需要将雷达剖面图与实际里程结合起来。

其主要功能如下：

1．输入道间隔参数

2．输入起始里程和里程方向

三、层位追踪与拾取

层位追踪拾取就是利用信号识别方法，从相邻道之间找到同一地层反射的波阻抗界面。

从层位追踪结果可以得到以下不同横坐标的层位数据：

1．每一道对应的层位数据

2．标记里程对应的层位数据

3．道里程对应的层位数据

四、异常物体的标记与统计

该功能主要提供对剖面确定异常物在屏幕上的直接标定，例如裂隙、空洞等等。通过标定的结果，可以根据标定的属性直接进行异常物的统计，统计包括如下内容：1．异常物体的范围和大小

2．异常物体的数量

4 地质雷达地下物体属性定性解释

这里主要讨论公路路基基础地质雷达探测结果的分析，主要公路路基探测结果的数据比较充分。采用地质雷达技术进行公路探测，对压实度差、孔隙度高的地段从雷达剖面来判断很难达到一致的标准，即对同一剖面，不同人得出的结果差异很大。因此人为干扰因素很大，为了同一判断结果，我们在大量实测数据和钻孔资料的基础上进行公路路基属性解释的研究工作，虽然取得一定结果，但是与现实要求还是相差甚远，本次提出也只是提出一种思路，这种思路可能不是最佳的方法，敬请广大专家提出宝贵意见。

一、技术方法

方法1：

本次研究主要采用谱分析的方法，采用的谱信号主要有滑动平均谱和振幅谱。

方法2：

采用K－L变化，提取信号的特征值及其对应的特征向量。

二、分析结果对比

1．背景介质信号对应的谱值分布特征

2．不同介质对应的谱值特征

3．油面层和水稳层对应的谱值特征

4．水稳层离析分析

5．水稳层软夹层分析

6．水稳层松散分析

5 地质雷达超前预报定性解释研究

本次主要采用三维显示技术来实现超前预报的定性解释研究，三维技术采用两种方式进行。

一、数据来源

第一步：输入掌子面对应测线位置。

第二步：网格化测线数据。采用三种数据网格化方式：距离反比、最小二乘法和克里格估值算法。

二、地质雷达三维平面解释

在开发过程中，根据系统的功能需求把系统分为以下一些模块：

总体控制系统：该模块含有三个子模块：图形放缩、参数设置、颜色管理模块，其中，图形放缩模块，是根据需要对图形的放大或缩小1.5倍；参数设置模块是对要显示的图形采取何种方式的参数进行设置；颜色处理：是对图形的颜色进行设置和管理。另外，该模块还具有图形的存取，和对G3D文件的读取管理。

雷达文件管理：该模块是对雷达采集的原始数据进行管理，同时负责把原始的雷达文件转化为项目管理文件（.prj文件）并对各测线的坐标进行设定和管理。

G3D文件管理模块：负责把项目管理文件转化为G3D文件（其流程图见图），进行参数设置、网格划分和G3D文件的管理。因为雷达采集的数据为单剖面文件，要想利用雷达文件进行数据拟合，则在拟合之前，把各个雷达文件转化为拟合所需要的G3D文件是至关重要，也是程序的重点内容之一。把雷达文件转换为G3D文件的前提为：一、雷达文件的在采集时所有参数的设置应该相同，否则用其转换后的文件进行拟合的结果没有任何意义；

二、文件的数目大于两个，因为如果文件数目太少其拟合的结果没有实际意义。在上述两个条件的前提下从雷达文件转化成G3D文件的步骤为：

(1) 把单个的雷达文件形成一个项目管理文件，并输入各文件的起始点坐标。

(2) 读取雷达项目管理文件并统计该项目中的测线文件数目。

(3) 对各测线进行检查，看其各测线的参数设置是否一致，如果一致则进行下一步，如果不一致返回出错信息。

(4) 读入测线的数据。

(5) 设置时间间隔，从各项目管理文件的各测线中读取该时刻的采样值，形成需要进行拟合的各时刻G3D文件。

(6) 设置拟合参数，选取拟合算法，对各时刻的文件分别进行拟合，给出拟合结果。

算法模块：模块包含三个子模块：距离反比、最小二乘法和克里格估值算法模块；其中根据试验知，运用克里格算法比其它两种算法效果要好的多。

绘图模块：根据需要绘制各种图形：反射强度的等直线图、颜色充填图和各种预览图、剖面图。

三、三维立体解释

本软件主要含有三个显示功能：

1、三维模型显示

2、高程模型显示

3、断面的平面显示

本软件分为两个部分：高程数据模型和三维数据模型。前者有两种显示方式——高程模型显示和断面的平面显示；后者仅有三维模型显示一种显示方式，但可对模型进行剖分。

本软件通过参数面板框调整显示参数，从而调整显示对象的显示方式等。主要有四个参数面板框：

1、3D：选择高程或平面显示、选择显示的组件、参数控制等；

2、4D：选择显示的组件、剖分三维模型、剖分参数控制等；

3、变换：缩放图形、旋转图形等；

4、颜色：选择基本颜色、调节数据颜色等。

其中在高程数据模型下2不可用，在三维数据模型下1不可用。

四、三维显示的内容性质

不同的处理内容、不同的分析内容均可实现其三维显示与解释。

6 公路评价系统

本次解释主要采用公路评价标准的规范来编写的。主要针对路面厚度进行评价。

7 感谢