地质雷达探测技术说明
地质雷达及其探测技术
1 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。
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。
地质雷达探测技术
• [地质雷达] Ground Penetrating Radar(GPR)是探测地下物体的地质 雷达的简称。
•
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。
使用雷达测绘技术进行地质勘探的步骤
使用雷达测绘技术进行地质勘探的步骤雷达测绘技术被广泛应用于地质勘探，它是一种高精度的非接触式测量方法，能够帮助地质学家深入了解地下结构。
本文将介绍雷达测绘技术在地质勘探中的步骤和应用。
一、介绍雷达测绘技术的原理和工作方式雷达测绘技术是利用电磁波在地下的传播特性来获取地下结构的一种方法。
它可以通过发射电磁波并接收它们的反射信号来获取地下物体的信息。
雷达测绘技术的原理是利用电磁波在不同介质中的传播速度差异，从而推断出地下结构的分布情况。
雷达测绘技术可以通过不同频率的电磁波来进行测量。
在地质勘探中，常用的是地表雷达和地面探地雷达。
地表雷达主要用于测量地表以下几十米的地下结构，而地面探地雷达则可以测量更深的地下结构。
二、准备工作和数据采集在进行雷达测绘之前，需要做一些准备工作。
首先要选择合适的测量地点，并进行现场勘测，了解地形和地貌的特点。
其次，需要准备好测量设备，并对设备进行校准和测试，确保其正常工作。
数据采集是雷达测绘的关键步骤之一。
在进行数据采集时，需要将雷达设备放置在合适的位置，并按照设定的频率和参数进行扫描。
同时，需要记录下电磁波的发射时间和接收时间，并将这些数据保存起来供后续处理。
三、数据处理和分析采集到的原始数据并不能直接得出地下结构的准确图像，需要进行数据处理和分析。
数据处理一般包括去噪、滤波、增强等过程，以提高数据的质量和可信度。
而数据分析则是对处理后的数据进行解释和推断，从而得出地下结构的性质和分布。
在数据处理和分析过程中，常用的方法包括时距变换、偏移校正、反演等技术。
时距变换可以将数据从时间域转换到深度域，从而得到地下结构的深度信息；偏移校正可以纠正由于雷达设备移动引起的误差；而反演则是根据已知信息推断未知地下结构的过程。
四、结果展示和解释处理和分析出的数据可以通过图像、图表等形式进行结果展示和解释。
在结果展示时，需要确保图像和图表清晰可见，并尽可能地反映地下结构的特点和变化。
解释方面，需要将结果与实际地质情况相结合，进行合理的解释和推断。
地质雷达法
地质雷达法
地质雷达法是一种应用电磁场变化，以辅助在地下测量并立体显示的地质勘探方法。
该方法的原理是：在一个区域内以一定的间隔沿一个方向施加一个抛物线型电磁波，然后依次接收地底反射回来的电磁信号，从而克服了地下可视化现象的局限，获取地下地质构造、地层变化、地下水活动及各种地质信息的技术方法。
地质雷达方法的数据处理和分析的关键环节是原始记录的重建与识别。
从元数据中获得初步信息，经过自动处理，生成处理过的图像，再根据地质结构特征，恢复中、100、500m反射板深度，同时对深度、光滑度及灰度进行扫描，定位精度达到1-2m，用反射率度量地质层析成分；用低频带限制来展示非反射强度；用梯度角度度量中、小尺度的构造变化；用梯度值测量总体反射板形态及反射率的强弱；用反射板深度、梯度值和强度的变化来度量板的形状和大小等。
地质雷达方法对地质调查有着重要的作用。
一是可以在事先没有地质资料的地区快速预测大致的基本地质条件，二是可以在内部结构和成分不明显表现的单无岩体调查中准确分辨，从而发现低频反射深度特征，三是可用于复杂地质条件下精细地质调查，从而提高对岩性结构及地下水活动特征的认识，以及深入了解地质背景。
地质雷达检测
地质雷达检测
地质雷达技术是一种高科技的地质勘探手段，它可以对地下深处的地质成分、地形特征和地下水进行详细的研究。
地质雷达技术利用电磁波将地球上深层的地质信息探测后传输回控制中心，用于地质结构的识别与勘探。
地质雷达技术的操作主要分为前期准备工作、施工设计等，工作流程如下：
1、对地层设施及设备进行分析和评估。
在前期准备工作中，确定勘探地点地层设施及其参数，如岩性、岩溶类型、岩溶形态以及孔洞类型、大小和深度等等，以确定雷达探测的参数和施工条件。
2、地层勘探。
利用雷达装置进行地层探测，以掌握地层的现状，确定其地质结构及剖面，以便进行分析和预测。
3、深度探测。
根据地层勘探结果，把雷达装置放置在一定深度，进行深度探测，以确定地层结构特征。
4、探测资料处理。
将探测所得数据及图像进行处理，得到准确的地质结构及剖面，对其形态和结构特征进行评价与分析。
地质雷达技术在采矿、勘探、地质测量等领域有着广泛的应用，可以深入快速地精确检测出地层的结构、构造、岩性特征及地下水的位置和状况等，为开发者提供了有价值的参考信息，对建设设施、发掘旅游资源提供了重要的支持。
地质雷达操作规程
地质雷达法检测操作规程1、地质雷达法适用范围地质雷达法可用于地层划分、岩溶和不均匀体的探测、工程质量的检测，如检测衬砌厚度、衬砌背后的回填密实度和衬砌内部钢架、钢筋等分布，地下管线探查及隧道超前地质预报等。
2、地质雷达主机技术指标：（1）系统增益不低于150dB；（2）信噪比不低于60dB；（3）采样间隔一般不大于0.5ns、A/D模数转换不低于16位；（4）计时误差小于1ns；（5）具有点测与连续测量功能，连续测量时，扫描速率大于64次/秒；（6）具有可选的信号叠加、实时滤波、时窗、增益、点测与连续测量、手动与自动位置标记功能；（7）具有现场数据处理功能，实时检测与显示功能，具有多种可选方式和现场数据处理能力。
3、地质雷达应符合下列要求：（1）探测体的厚度大于天线有效波长的1/4，探测体的宽度或相邻被探测体可以分辨的最小间距大于探测天线有效波第一聂菲儿带半径。
（2）测线经过的表面相对平缓、无障碍、易于天线移动。
（3）避开高电导屏蔽层或大范围的金属构件。
4、地质雷达天线可采用不同频率的天线组合，技术指标为：（1）具有屏蔽功能；（2）最大探测深度应大于2m；（3）垂直分辨率应高于2cm。
5、现场检测（1）测线布置1、隧道施工过程中质量检测应以纵向布线为主，横向布线为辅。
纵向布线的位置应在隧道的拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧道底部各布置一条；横向布线可按检测内容和要求布设线距。
一般情况线距8～12m；采用点测时每断面不少于6点。
检测中发现不合格地段应加密测线或测点。
2、隧道竣工验收时质量检测应纵向布线，必要时可横向布线。
纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰和左右边墙各布一条；横向布线线距8～12m；采用点测时每断面不少于5个点。
需确定回填空洞规模和范围时，应加密测线和测点。
3、三线隧道应在隧道拱顶部位增加2条测线。
4、测线每5～10m应有一历程标记。
（2）介质参数的标定：检测前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，且每座隧道不少于一处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。
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。
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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
地质勘探中的地质雷达技术
地质勘探中的地质雷达技术地质雷达技术是地球科学领域中一种非常重要的勘探技术，它能够通过无损检测方式获得地下结构的信息。
本文将介绍地质雷达技术的原理、应用领域以及未来的发展趋势。
一、地质雷达技术的原理地质雷达技术利用微波信号与地下物质相互作用的特性，通过检测回波信号来确定地下结构。
其原理可以简单概括为发射、接收和处理三个步骤：1. 发射：地质雷达系统通过天线发射微波信号，这些信号会在地下不同介质的界面上发生反射、折射、散射等现象。
2. 接收：接收系统会收集回波信号，并将其转化为电信号发送到处理系统进行分析。
3. 处理：处理系统对接收到的信号进行时频分析，通过波形和幅度的变化来获得地下结构的信息。
二、地质雷达技术的应用领域地质雷达技术在地球科学领域有着广泛的应用，可以用于以下几个方面：1. 地质勘探：地质雷达技术可以用于地质勘探，例如矿产资源勘探、岩溶地貌勘察、地下水资源调查等。
通过地质雷达扫描，可以获取地下结构的信息，帮助勘探人员确定勘探区域的地质构造和岩石性质。
2. 土壤研究：地质雷达技术对于土壤研究也有很大的帮助。
通过对土壤中微波信号的分析，可以获取土壤的含水量、密度、孔隙率等信息，有助于土壤质地评价和土壤污染监测。
3. 工程勘察：地质雷达技术在工程勘察中起到了重要的作用。
它可以用于检测地下管线、洞穴、地下隧道等工程建设中的隐患，帮助工程师减少钻探次数、提高工作效率，并确保施工的安全性。
4. 灾害监测：地质雷达技术在灾害监测方面也有广泛应用。
例如，它可以用于监测地质滑坡、地下水位变化、地震活动等，为灾害预警和防治提供重要的数据支持。
三、地质雷达技术的发展趋势随着科技的不断进步，地质雷达技术也在不断发展。
未来，地质雷达技术可能朝着以下几个方向发展：1. 分辨率提升：随着雷达系统技术的改进，地质雷达的分辨率将进一步提升，可以获取更精细的地下结构信息。
2. 多频段应用：地质雷达技术可以利用多种频段的微波信号，通过对多频段信号的处理来获取更丰富的地下信息。
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减免税进口仪器、设备说明
今有中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院进口Scintrex公司CG-5型重力仪一套。
一、仪器主要部分
1.灵敏系统：主要部件由一个矩形石英框架支撑着，用一个支杆固定在密封器顶盖上。
灵敏系统的位移方式属角位移。
2.测量系统：由测读装置、测程调节装置及纵、横水准器等组成，测量出弹簧长度变化后经过电子系统转化成电流的大小，从而数字化将测量值显示到主机显示屏上。
二、仪器性能
相比较其他传统金属弹簧重力仪而言Scintrex公司生产的CG-5型重力仪不容易产生掉格现象从而保证了更高的测量精度和稳定性：
（一）石英材料的滞后作用比金属材料小。
对于悬挂承重的石英弹簧来说，一旦去掉承重，弹簧就会精确地恢复原状，而一个金属弹簧则会保持一定的记忆。
Scintrex所制造的石英传感器是整体铸造，包括石英弹簧及其悬挂连接点是一个整体结构，它的滞后作用比类似的金属部件要小许多。
（二）传感器的所有联结点，象悬挂弹簧的支点和石英弹簧本身焊成一个整体。
相反，金属弹簧重力仪的各种功能部件都是通过机械连接装配在一起的。
所以整体熔凝的石英传感器不会出现部件之间的滑移或内部变形。
这是使石英传感器不易产生掉格的又一个重要原因，也使它很少出现测试数据混乱的现象。
（三）石英弹簧比金属弹簧具有比较大的温度系数，并且石英弹簧传感器是垂直悬挂式弹簧，对于相同的重力值，它的弹簧伸长比金属弹簧重力仪中的金属弹簧小。
三、仪器工作原理
Scintrex公司CG-5型重力仪采用无静电熔凝石英材料做为传感器，是基于一种垂直悬挂式石英弹簧，弹簧末端的重锤上悬挂一根测量弹簧。
当作用在重锤上的重力发生变化时，可以伸缩测量弹簧，使摆杆改变原来的静平衡位置。
这样通过测量弹簧的伸缩量来测定重力的变化。
重力变化同弹簧的伸缩量成线性关系，从而勘探地表重力场变化的先进仪器。
通过测定地表各点上的重力加速度的值，对地下介质和地质体的分布做出推断。
四、仪器技术参数
传感器类型：无静电熔凝石英
测量范围：8000mGal，不用重置
自动修正：潮汐、仪器倾斜、温度、噪声、地震噪声
尺寸：30cmX21cmX22cm
重量（含电池）：8kg
电池容量：2X6Ah(10.78V) 袖珍锂电池
功耗：25°C时4.5W
工作温度：-40～+45°C
环境温度修正：通常0.2microGal/°C
大气压力修正：通常0.15microGal/kPa
磁场修正：通常1microGal/Gauss(微伽/高斯)
五、仪器在教学中的应用
该仪器是我院“地球物理学”专业和“地球探测与信息技术”专业勘探地质构造、断层
和基底多门课程的实验课所必需的仪器。
使本科生和研究生掌握“地球物理学”专业和“地球探测与信息技术”专业的国际先进仪器以及数据采集手段，为改善我校专业教学条件，提高科学研究的硬件支撑条件。
仪器放置在学校内。
地址：北京市海淀区学院路29号联系人：电话：
六、在科教用品政策中的出处
拟根据海关总暑45号令，（一）科学研究、科学实验和教学用的分析、测量、检查、计量、观测、发生信号的仪器、仪表及其附件。
中国地质大学（北京）
2009年04月1日。