地质雷达探测技术
地质雷达检测原理及应用
1.5 地质雷达探测系统的组成
从左到右从上到下依次为： SIR-20主机、电缆、400M 天线、电池和充电器、打标 器、测距轮
1.6 地质雷达天线分类
空气耦合天线：主要用于道 路路面检测（具有快速便捷 的特点，但受到的干扰较 大）；
地面耦合天线：主要用于地 质构造检测，检测深度较深 （地面耦合天线能够减少天 线与地面间其他因素的干扰， 检测效果较为准确）
2.2 现场检测工作 2.2.1 仪器设备启动与参数设置 ① 连接主机与电源和天线 ② 打开主机电脑，进入采集软件 ③ 采集方式：时间模式time（也称为连续测量、自由测量）、距离模式
distance（也称为测距轮控制测量、距离测量）、点测模式point ④ 采集关键参数 （1）频率：发射天线的中心频率越高，则分辨率越高，
与探空雷达一样，探地雷达利用超高频电磁波的反射来探测目标体，根 据接收到的反射波的旅行时间、幅度与波形资料，推断地下介质的结构与分 布。
1.2 地质雷达的工作频段
1~100MHz, 低频，地质探测1-30米 100~1000MHz，中频，构造结构探测，2米 1000~5000MHz，高频, 浅表结构体探测， 50厘米
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射 信号越强
（7世界中粒子呈无序排列的 状态，当外界电磁波穿透该 物质时，微观世界中的粒子 就会成定向排列状态，此时 会形成一个电容板，对外界 穿过的电磁波形成一定的阻 碍作用，而每种物质粒子的 排列规律不同，形成电容板 时阻碍外界电磁波穿过的能 力不同，因此各种物质的介 电常数也不同
（9）在“表格”窗口中点“剖面”选项，设置起始里程，如果里程向右减小，选中 “区域减量”。
三、地质雷达典型缺陷图形判定
如何利用地质雷达进行地下岩层探测和地质勘察
如何利用地质雷达进行地下岩层探测和地质勘察地质雷达是一种重要的地下探测工具，它能够通过发送高频电磁波并接收返回的信号来测量地下岩层的性质和结构。
利用地质雷达进行地质勘察，能够帮助我们了解地下岩层的分布、厚度、边界以及其中可能存在的裂隙、孔隙等特征。
本文将介绍地质雷达的工作原理、应用范围以及操作技巧，并探讨如何最大程度地利用地质雷达进行地下岩层探测和地质勘察。
首先，地质雷达的工作原理是基于电磁波在地下的传播特性。
当地质雷达向地下发送高频电磁波时，部分电磁波会被地下物体反射回来并被地质雷达接收。
通过分析接收到的信号，我们可以了解地下岩层的特征。
地质雷达的探测深度一般在数十米至数百米之间，而探测分辨率较高，可以达到数厘米至数十厘米。
地质雷达的应用范围非常广泛。
它可以用于地质勘探、勘察调查、隧道工程、地质灾害预警等方面。
例如在油田勘探中，地质雷达可以帮助勘探人员了解油层的分布和厚度，从而有助于确定油井的位置和钻探方案。
在隧道工程中，地质雷达可以探测地下岩层中的断层和裂隙，帮助隧道设计人员制定合理的地质处理措施。
在地质灾害预警方面，地质雷达可以实时监测地下水位、地表下沉等变化，提供重要的预警信息，保护人们的生命财产安全。
要想最大程度地利用地质雷达进行地下岩层探测和地质勘察，首先需要选择合适的地质雷达仪器。
市场上有多种型号、品牌的地质雷达仪器可供选择，不同的仪器具有不同的性能指标。
一般来说，仪器的探测深度、分辨率、采样频率等都是重要的考虑因素。
此外，仪器的重量、体积、易用性以及数据处理软件的功能也需要考虑。
在使用地质雷达进行实地勘探时，操作技巧也非常关键。
首先，需要选择合适的地点和时间进行探测。
例如在地质勘探中，可以选择地下岩层性质变化较为明显的区域，以提高探测效果。
在操作仪器时，需要注意避免干扰源，如金属物体、电力线等。
另外，要合理设置采样参数，如采样点间距、采样时间等，以保证数据的准确性和完整性。
操作人员也需要经过专业的培训，熟练掌握地质雷达的使用方法，以提高探测的效果和精度。
地质雷达在地下探测中的应用研究
地质雷达在地下探测中的应用研究一、引言在当今的工程建设和地质研究领域，对地下情况的准确了解至关重要。
地质雷达作为一种高效、无损的探测技术，正逐渐成为地下探测的重要手段。
它凭借其独特的工作原理和优势，为我们揭开了地下世界的神秘面纱，在诸多领域发挥着重要作用。
二、地质雷达的工作原理地质雷达是一种利用高频电磁波来探测地下介质分布的地球物理方法。
其工作原理类似于雷达系统，通过向地下发射高频电磁波脉冲，这些电磁波在遇到不同介质的界面时会发生反射和折射。
接收天线接收到反射回来的电磁波信号，并将其转换成电信号进行处理和分析。
根据电磁波在地下传播的时间、幅度和波形等特征，可以推断地下介质的分布情况，如地层结构、岩石类型、空洞、含水区域等。
三、地质雷达的系统组成地质雷达系统通常由控制单元、发射天线、接收天线、数据采集单元和处理软件等部分组成。
控制单元负责整个系统的操作和参数设置，发射天线产生并向地下发射电磁波脉冲，接收天线接收反射回来的电磁波信号，数据采集单元将接收到的信号进行数字化采集，处理软件则对采集到的数据进行处理和分析，最终生成地下介质的图像或剖面图。
四、地质雷达在地下探测中的应用领域（一）工程地质勘察在道路、桥梁、隧道等工程建设中，地质雷达可以用于探测地下的基岩面深度、覆盖层厚度、软弱夹层分布等，为工程设计和施工提供重要的地质依据。
例如，在隧道建设前，通过地质雷达探测可以提前发现隧道前方的不良地质体，如溶洞、断层、破碎带等，从而采取相应的预防措施，保障施工安全。
（二）考古勘探在考古领域，地质雷达可以帮助考古学家了解地下遗址的分布和结构，无需进行大规模的挖掘。
它可以探测到地下的古墓、城墙、沟渠等遗迹，为考古发掘提供精确的位置和范围，减少对文物的破坏。
（三）矿产勘查在矿产勘查中，地质雷达可以用于探测地下矿体的分布、形态和规模，以及矿层的厚度和品位等信息。
此外，它还可以用于监测矿山开采过程中的地下变化，预防地质灾害的发生。
电磁波法探测技术—地质雷达
接收天线
直达波
目标体 反射波
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• 超高频电磁波（10MHz－5000MHz） • 由于地下介质往往具有不同的物理特性，如介质的介电
性、导电性及导磁性差异，因而对电磁波具有不同的波 阻抗，进入地下的电磁波在穿过地下各地层或管线等目 标体时，由于界面两侧的波阻抗不同，电磁波在介质的 界面上会发生反射和折射，反射回地面的电磁波脉冲其 传播路径、电磁波场强度与波形将随所通过介质的电性 质及几何形态而变化，因此，从接收到的雷达反射回波 走时、幅度及波形资料，可以推断地下介质或管线的埋 深与类型。
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探地雷达探测所使用的中心工作频率在10~5000MHZ范围 时窗在0~20000ns，电磁场以波动形式传播，为辐射场法。 根据不同的地质条件，地面系列的雷达探测深度约在 30~50m，分辨率可达数厘米，深度符合率小于±5cm。
探地雷达的实际应用范围很广，如：
石灰岩地区采石场的探测; 冰川和冰山的厚度等探测; 工程地质探测; 煤矿井探测，泥炭调查; 放身性废弃物处理调查; 水文地质调查; 地基和道路下空洞及裂缝等建筑质量探测; 地下埋设物，古墓遗迹等探查; 隧道、堤岸、水坝等探测。
(1)目的体深度是一个非常重要的问题。如果目的体深度 超出雷达系统探测距离的50％，那么探地雷达方法就要被 排除。雷达系统探测距离可根据雷达探距方程进行计算。
(2)目的体几何形态(尺寸与取向)必须尽可能了解清楚。目 的体尺寸包括高度、长度与宽度。目的体的尺寸决定了雷 达系统可能具有的分辨率．关系到天线中心频率的选用。 如果目的体为非等轴状，则要搞清目的体走向、倾向与倾 角，这些将关系到测网的布置。
探地雷达虽然与探空雷达一样利用高频电磁波束的反射 来探侧目标体，但是探地雷达探测的是在地下有耗介质 中的目的体，因此形成了其独特的发射波形与天线设计 特点。
土木工程中的地质雷达探测技术应用
土木工程中的地质雷达探测技术应用在土木工程领域，为了确保工程的质量、安全和顺利进行，各种先进的探测技术不断涌现。
其中，地质雷达探测技术以其高效、准确、无损等优点，成为了土木工程中不可或缺的重要工具。
地质雷达探测技术的原理其实并不复杂。
它就像是给大地做“CT 扫描”，通过向地下发射高频电磁波，然后接收反射回来的电磁波信号，根据信号的传播时间、振幅、频率等特征，来推断地下介质的分布情况和性质。
这项技术在土木工程中的应用范围十分广泛。
在道路工程中，它可以帮助检测道路基层和面层的厚度，发现潜在的空洞、裂缝等病害，为道路的维护和修复提供科学依据。
比如，在一些年久失修的道路上，表面看起来可能只是有些轻微的裂缝，但实际上基层可能已经出现了较大的空洞，如果不及时发现和处理，很容易引发道路塌陷等严重事故。
而地质雷达就能够在不破坏道路的情况下，快速准确地探测到这些隐藏的问题。
在桥梁工程中，地质雷达可以用于检测桥墩基础的稳定性，查明桩身的完整性，以及检测桥梁结构内部是否存在钢筋锈蚀、混凝土疏松等缺陷。
桥梁作为交通枢纽的重要组成部分，其安全性至关重要。
通过地质雷达的探测，能够及时发现桥梁结构中的隐患，采取相应的加固措施，保障桥梁的正常使用和行车安全。
在隧道工程中，地质雷达更是发挥着重要作用。
它可以在隧道施工前，对前方的地质情况进行超前预报，帮助施工人员了解是否存在断层、溶洞、含水带等不良地质体，提前做好应对措施，避免施工过程中发生坍塌、涌水等事故。
同时，在隧道建成后，还可以用于检测隧道衬砌的质量，及时发现衬砌背后的空洞、不密实等问题，确保隧道的长期稳定。
在岩土工程中，地质雷达可以用于勘察岩土体的分布和性质，为地基处理、边坡支护等设计提供可靠的地质资料。
比如在高层建筑的地基勘察中，地质雷达能够帮助确定地下是否存在软弱土层、古河道等不良地质条件，从而优化地基设计方案，保证建筑物的稳定性。
地质雷达探测技术之所以在土木工程中得到广泛应用，主要得益于它的诸多优点。
地质雷达技术应用要点
地质灾害预警
灾害预警
利用地质雷达技术可以监测地质灾害的发生和发展，及时发出预警信息，减少 灾害造成的人员伤亡和财产损失。
灾害评估
通过对地质灾害的评估，可以了解灾害的性质、规模和影响范围，为灾害治理 和恢复提供基础资料。
资源勘探与开发
资源勘探
利用地质雷达技术可以对地下资源进行勘探，包括石油、天然气、矿产等，为资 源的开发和利用提供基础资料。
城市地下管线探测
01
城市地下管线探测是地质雷达技术的 另一个重要应用领域。城市地下管线 种类繁多、分布复杂，传统的探测方 法难以满足需求。而地质雷达技术能 够快速准确地获取地下管线的分布、 埋深、材质等信息，为城市地下管线 的规划、建设和管理提供重要的技术 支持。
02
在城市地下管线探测中，地质雷达技 术具有无损、高效、高精度等优点， 能够有效地避免对原有管线造成破坏 。同时，通过数据处理和分析，可以 进一步了解地下管线的运行状况和存 在的问题，为管线的维护和更新提供 依据。
电磁波传播速度
在理想介质中，电磁波以光速传播。 但在实际介质中，由于介电常数和磁 导率的影响，电磁波的传播速度会有 所变化。
电磁波传播方向
电磁波的衰减
电磁波在传播过程中会因为介质的吸 收、散射和折射等原因而逐渐衰减。
电磁波在传播过程中，其电场和磁场 方向相互垂直，且与传播方向呈右手 螺旋关系。
雷达探测原理
依据。
THANKS
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数据解释
根据地质知识和经验，对雷 达数据进行解释和分析，推 断出地下岩土层的结构、性 质和分布等信息。
数据可视化
将雷达数据转换成可视化 的图像或模型，便于更直 观地分析和理解地下结构。
03
地质雷达探测技术
❖ 了解雷达的概况 ❖ 了解雷达的定义与发展 ❖ 了解雷达的作用
1.什么是雷达？
雷达: ——Radar —— Radio detection and
ranging —— 无线电探测和测距。
定义： 雷达是一种通过发射电磁
波和接收回波，对目标进行探 测和测定目标信息的设备。
雷达最初是用于军事目的，
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发射 机 噪声
天线 收发 转换开关
发射 的电磁波
接收 机 信号 处理机
显示 器
接收 的电磁波 R
目标
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雷达的原理及其基本组成
3 雷达的工作频率
❖ 高频（HF，3－30MHz） ❖ 甚高频（VHF，30－300MHz）
20世纪30年代的雷达大多工作在这个频段
❖ 特高频（UHF，300－3000MHz） 在很多情况下，在特高频雷达也适用于超高频 雷达
对地下雷达探测目标的解释,离不开必要的地 质理论和地质工程知识，更确切地说，探测地下 目标的雷达系统应称为“地质雷达系统 ”(Geologic radar system)。
❖ L波段（1－2GHz） ❖ S波段（2－4GHz）
中距离的警戒雷达（S波段的低端）和跟踪雷 达（S波段的高端）均可使用 受天气影响明显，可用作气象雷达 ❖ C波段（4－8GHz） 常用于武器制导和导航 中程气象雷达可以采用此波段
❖ X波段（8－12GHz） 跟踪雷达和民用雷达的常用波段 雷达体积小，重量轻，波瓣窄，适于移动。 如下大雨将被大大削弱。
(2) 需要全频段、全空域的隐身能力—— 不但在技术上无法实现，实际上也是没有必要的。 只要抓住主要矛盾，避开不利的使用环境，就可 以用较小的代价获得较高的效益
地质雷达及其探测技术
应用领域：地质雷达在考古、市政建设、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空等领域都有广泛应用。
地质雷达最早用于工程场地勘查：解决覆盖层厚度、松软层厚度及分布、基岩风化层界面及分布、基岩节理和断裂带、地下水分布、普查场地地下溶洞、空洞、塌陷区、地下人工洞室、地下排污巷道、地下排污管道及地下管线等，在回填等松软层上，探查深度可达20m 以上，在致密或基岩上探查深度可达30m以上；工程质量检测及病害诊断：近年来，国内外铁路公路等地下隧道、公路及城市道路路面、机场跑道、高切坡挡墙等重要工程项目的工程质量检测及病害诊断中，广泛采用雷达技术。
主要检测衬砌厚度、破损、裂隙、脱空、空洞、渗漏带、回填欠密实区、围岩扰动等，路面及跑道各层厚度、破损情况，混凝土构件中的空洞、裂隙及钢筋分布等，检测精度可达毫米级；地下埋设物与考古探察：考古是地质雷达应用较早的领域，探测古建筑基础、地下洞室、金属物品等，在城市改造中用雷达可探测地下埋设物，如电力管网、输水管道、排污管道、输汽管网、通讯管网等；隧道超前跟踪探测及预报：地质雷达可预测前方50m范围内的断层、溶洞、裂隙带、含水带等地质构造；地质雷达在矿井中的探测应用：我国煤矿及金属矿山很多，煤矿及金属矿山地质构造相当复杂，地质雷达已开始用于矿山井下，在矿井可用在掘进头前方超前探测及预测、巷道顶底板及两邦探测，主要用来探测断层、陷落柱、溶洞，裂隙带、采空区、含水带、煤厚、顶底板、瓦斯突出危险带、金属富矿带等。
技术特点：煤炭科学研究总院重庆分院吸取国内外地质雷达优点，积多年探测经验，先后研制成F、KDL系列防爆地质雷达及其探测技术，同时还引进美国SIR—10H型工程雷达和加拿大EKKO-100型雷达。
F、KDL系列防爆地质雷达由防爆工业控制机、发射机、接收机、系列天线、采集和处理软件、高速通讯线缆等组成。
可超前探测50米范围内的断层，陷落柱，含水带等地质构造。
工作方法多样灵活，可全方位探测。
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• [地质雷达] Ground Penetrating Radar(GPR)是探测地下物体的地质 雷达的简称。
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地质雷达利用超高频电磁波探测地下介质分布，它的基本原理是： 发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至1200M、脉冲宽度为 0．1 ns的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时， 会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收 机，放大后由示波器显示出来。根据示波器有无反射汛号，可以判断 有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速, 可以大致计算出探测目标的距离。
超声波检测车
超声波传感器数量： 31 个（ 1 个为 环境纠正传感器） - 超声波传感器间距： 125mm - 检测精度： ±1.0mm - 最大检测宽度： 3.75m - 检测速度及采样频率： 5Km/h 采样 间距 0.3m ， 10Km/h 采样间距 0.7m ， 50Km/h 采样间距 3m ， 80Km/h 采样间距 5.3m ， 100Km/h 采样间距 6.6m
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地质雷达的理论基础
麦克斯韦方程组
H J E Hale Waihona Puke H 0 E v / E t
J J 外 J自
H t
第三节 地质雷达仪器
• 利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁 场。这个磁场能在金属物体内部能感生涡电流。 涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场， 引发探测器发出鸣声。金属探测器的精确性和可 靠性取决于电磁发射器频率的稳定性，一般使用 从80 to 800 kHz的工作频率。工作频率越低，对 铁的检测性能越好；工作频率越高，对高碳钢的 检测性能越好。检测器的灵敏度随着检测范围的 增大而降低，感应信号大小取决于金属粒子尺寸 和导电性能。
第四节 野外工作中的几个技术问题
• 一. 分辨率 • 1。垂向分辨率
• 2。横向分辨率
二。勘探深度
实用公式
三. 几个主要雷达工作参数的选择
• • • • • 1。频率 2。采样时窗 3。叠加次数 4。测点距离 5。采样速率
四。地质雷达测量中的干扰信号
• • • • • 1。架空电线 2。侧线附近的大型金属物体 3。多次反射波 4。测量用具 5。绕射波
地质雷达探测技术
欧东新
2008年10月6日
序论
• 1。什么是地质雷达？ • 2。地质雷达的发展。 • 3。地质雷达的应用。
• 地质雷达,探地雷达 • GPR---Geo-Penetrating Radar • Ground Penetrating Radar • 向地下发射高频电磁波脉冲，通过接收地 下介质的反射来研究地下结构的方法。
由于地质雷达的探测是利用超高频电磁波，使得其探测能力优于 例如管线探测仪等使用普通电磁波的探测类仪器，所以地质雷达通常 广泛用于考古、基础深度确定、冰川、地下水污染、矿产勘探、潜水 面、溶洞、地下管缆探测、分层、地下埋设物探察、公路地基和铺层、 钢筋结构、水泥结构、无损探伤等检测。
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金属探测器原理