地质雷达波形识别方法论述
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
地质雷达记录的波相识别
7地质雷达记录的波相识别地质雷达反射记录的波形比地震波复杂的多，一方面是由于地质雷达分辨率高记录的信号丰富，另一方面是由于电磁波的干扰因素多，此外还由于雷达发射的子波比较复杂，并非简单的脉冲。
因而雷达资料的处理与解释是一项复杂细致的工作。
特别是各种地层、目标体、干扰波的识别需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。
7.1 地质雷达的波组特征雷达天线发射的是子波而不是单脉冲，子波由几个震荡波形组成，占有一定的时间宽度，反射与折射波依然保持有原来子波的特点，只是幅值上有所变化。
这里将雷达子波的周期、持续时间长度和衰减比三个参量作为子波的波阻特征。
子波的频率成分与天线的主频相近，持续一个半到两个周期，后续振相略有衰减。
例如对于100MHz天线的子波，持续时间可到15-20ns，对于1GHz的天线，持续时间约2ns。
子波的波形的确定对于后期处理是非常重要的，它是小波处理的基础。
有很多方法可以获得各种频率天线的子波，最简单的方法是利用金属板反射。
将一块较大的金属板放置于地面上，发射与接受天线与金属板平行，相距为3个周期的时程，进行数据采集，即可获得子波记录。
不同类型的雷达、不同型号的天线，雷达子波的形状是不同的。
天线与介质的距离、介质的电导特性对子波的形态和特点也有一定的影响，应根据现场工作条件从记录中分离子波。
从下边的记录中也可以辨认出子波的特征。
表面反射波、内界面反射波都是近联各州其的衰减波形。
对其进行分析可以得到子波的波组特征7.2 地质与工程介质结构及反射特征雷达的探测对象通常是多界面结构，如各类地层、岩性，松散层、风化层等都是多层结构。
隧道中的围岩、初衬、二衬等，也是多界面结构。
雷达波向介质内传播时，被称为下行波，经反射回表面的波称为上形波。
下行波每遇到一个界面就发生一次反射和折射，入射波能量即被分成两部分，一部分经折射继续向下传播，另一部分经反射掉头向上，变成上行波。
反射与折射能量的分配与反射、折射系数的平方成正比。
探地雷达在隧道检测技术中的波形识别
黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI202）年第1期（总第为3期）No. 1,202)( Sum No3323)探地雷达在隧道检测技术中的波形识别朱浩，牟勇（贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司，贵州贵阳554004）摘要:本次研究对探地雷达系统组成和波性特征的基本情况分析后，对探地雷达的主要原理加以研究，然后对探地雷达在隧道检测技术波形识别中的应用情况进行解析，旨在加强隧道建设防止受到地质、地理位置因素影响，通过探地雷达隧道检 测技术对隧道是否存在缺陷加以检测，并实行波形识别客观评判隧道缺陷。
关键词：探地雷达;隧道检测技术;波形识别中图分类号:U433 文献标识码:A 文章编号：1008 -3383（2021）0）-0163 -021探地雷达系统组成和波性特征的基本分析介质电磁性质，直接关系到电磁波于不同类型 介质中传播、折射及反射的规律等情况，经使用电 磁波于工程介质中传播，产生电磁性质方面差异界 面则会产生反射情况。
国内、外不同型号探地雷达 组成极为相似,多通过发射机、接收机，以及天线和 信号处理机等构成，探地雷达系统可将高频电磁 波,通过宽频带脉冲的方式以发射天线——被探测 物发射，这一雷达脉冲于被探测物质传播于各种介 质交界面,一些雷达波能量反射后经接收天线所接收，电磁波实际传播期间路径、电磁强度、波形等， 会受到介质电的性质、几何形态改变而发生一定变 化，结合反射信号时延、形状，以及频谱特性等情况 来看,能解译目标深度、介质的结构、性质等相关情 况。
在此之后，使用数字图像恢复技术、重建技术 处理探测目标成像，探地雷达发射天线、接收天线， 经固定距离顺着测线移动,记录点处于天线中间位 置，雷达图形不同点会顺着测线铅垂方向，采取脉 冲反射波波形形式作以相应的记录，进而形成雷达 剖面。
探地雷达发射电磁波介质传播的过程，容易受到传播距离增加因素影响而发生降低状况，所以 进行采集数据分析的过程，应处理好电磁波信号并 及时补充损失能量。
地质雷达在隧道超前地质预报中的波形研究
达对岩体中存在的不良地质体、地下水及围岩类别预报准确度较高。 该预报给施丁提供大量的具有指导意义的结论与建议，减少工程中 因围岩条件变化而带来的灾害性事故。
参考文献
（１）黎志光，刘基，地质雷达对隧道支护体系缺陷的探测应用分 析，公路交通科技，２００６，０６：１２８—１３１
（２）邓居智，莫撼，刘庆成，探地雷达在岩溶探测中的应用，物探
图２完整岩体地质雷达测试成果 图３断层破碎带地质雷达图像
图４岩脉及岩脉破碎带雷达图像 图５富水带地质雷达图像
目图堕壹壅堡
２００９年万总方第４数９期据
科学技术Ｉ
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ｌ
用ＭＡＴＬＡＢ编程模拟光学实验
王永瑛张光明 李小丽姜先策戚玉玺
海军航空工程学院青岛分院２６６０４１
摘要：随着科学技术的迅速发展，计算机模拟技术已广泛应用在教学和科研当中，本文提出利用ＭＡＴＬＡＢ软件模拟傅里叶光学实验的 方法，该方法的优点是操作简单灵活，能完成一般的光学实验。
电磁波法探测技术—地质雷达综述
1．电磁波在介质中的传播速度
探地雷达测量的是地下界面的反射波的走时，为了获取地 下界面的深度，必须要有介质的电磁波传播速度 v ，其值为
v [ ( 1 ( )2 1)]1/ 2
2
α为相位系数，σ为导电率（1/ρ），ε为介电系数， μ为磁导率
9
绝大多数岩石介质属非磁性、非导电介质，常常满
探测深度（M）
20-50 20-50 20-50 25-50 20-30 10-15 15-25 5-10 5-10 3-8 2-6 10-20 5-10 8-10
20
30
岩性
花岗岩
基性岩 辉长岩 石英 土壤粗砂（干） 卵石（湿） 砂（干） 砂（湿） 粉砂（干） 粉砂（湿） 粘土（湿） 耕作土（干） 耕作土（湿） 泥炭 淡水
水平分辨率：在水平方向上所能分辨的最小异常体的尺寸 波的干涉原理，与第一菲涅尔带有关
D h/2
32
2. 探地雷达探测的设计
每接受一个探地雷达测量任务都需要对目的体特性与所 处环境进行分析，以确定探地雷达测量能否取得预测效果。
(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
探地雷达具有以下技术特性，使其在许多领域尤其 是工程地质领域的得到广泛应用。
1.它是一种非破坏性探测技术，可以安全地用于城市和正在 建设中的工程现场，工作场地条件宽松，适应性强； 2.抗电磁干扰能力强，可在城市内各种噪声环境下工作，环 境干扰影响小； 3.具有工程上较满意的探测深度和分辨率，现场直接提供实 时剖面记录图，图像清晰直观； 4.便携微机控制数据采集、记录、存储和处理； 5.由于使用了高频率，电磁波能量在地下的衰减较强烈，若 在高导厚覆盖条件下，探测范围将受到限制。
第七讲地质雷达波相识别_图文(精)
第七讲地质雷达波相识别地质雷达反射记录的波形比地震波复杂的多,一方面是由于地质雷达分辨率高记录的信号丰富,另一方面是由于电磁波的干扰因素多,此外还由于雷达发射的子波比较复杂,并非简单的脉冲。
因而雷达资料的处理与解释是一项复杂细致的工作。
特别是各种地层、目标体、干扰波的识别需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。
7.1 地质雷达的波组特征雷达天线发射的是子波而不是单脉冲,子波由几个震荡波形组成,占有一定的时间宽度,反射与折射波依然保持有原来子波的特点,只是幅值上有所变化。
这里将雷达子波的周期、持续时间长度和衰减比三个参量作为子波的波阻特征。
子波的频率成分与天线的主频相近,持续一个半到两个周期,后续振相略有衰减。
例如对于100MHz天线的子波,持续时间可到15-20ns,对于1GHz的天线,持续时间约2ns。
子波的波形的确定对于后期处理是非常重要的,它是小波处理的基础。
有很多方法可以获得各种频率天线的子波,最简单的方法是利用金属板反射。
将一块较大的金属板放置于地面上,发射与接受天线与金属板平行,相距为3个周期的时程,进行数据采集,即可获得子波记录。
不同类型的雷达、不同型号的天线,雷达子波的形状是不同的。
天线与介质的距离、介质的电导特性对子波的形态和特点也有一定的影响,应根据现场工作条件从记录中分离子波。
从下边的记录中也可以辨认出子波的特征。
表面反射波、内界面反射波都是近联各州其的衰减波形。
对其进行分析可以得到子波的波组特征7.2 地质与工程介质结构及反射特征雷达的探测对象通常是多界面结构,如各类地层、岩性,松散层、风化层等都是多层结构。
隧道中的围岩、初衬、二衬等,也是多界面结构。
雷达波向介质内传播时,被称为下行波,经反射回表面的波称为上形波。
下行波每遇到一个界面就发生一次反射和折射,入射波能量即被分成两部分,一部分经折射继续向下传播,另一部分经反射掉头向上,变成上行波。
反射与折射能量的分配与反射、折射系数的平方成正比。
地质雷达图像解释(含超前地质预报及检测)
电缆
陶瓷
PVC
金属
污水管
钢拱架
双层钢筋
钢格栅
地质雷达进行隧道地质超前预报的反射波形相对复杂很多，各种 地质体的地质雷达图像特征如下表：
富含水的淤泥夹层
地质雷达应用实例
地下洞群
波形堆积图
说明：电磁波在地下的传播过程中遇到空洞等异常，其强度和相位将有明 显变化，典型显示为双曲线。
二衬欠厚
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
二衬板缝三角形脱空
其他不利地质体的地质雷达图像
二衬中的空洞及管线
其他不利地质体的地质雷达图像
孤石脱空
其他不利地质体的地质雷达图像
路面检测
天线不耦合产生雷达干扰波
二衬表面管槽的雷达干扰波
空洞的雷达干扰波
电线的雷达干扰波
3 常见目标的雷达图像特征
1)钢拱架 反射波同相轴呈向上凸起的弧形，顶部反射振幅最强，弧形
两端反射振幅最弱 2)钢筋
反射波同相轴呈向上凸起的尖状，类似于钢拱架的反射波形。 3)空洞
界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号， 两组信号时程差较大； 4) 钢格栅
富含水和淤泥的大型岩溶
裂隙
溶 洞 顶 部
裂隙
溶 洞 中 部
说明：图像中存在多次强烈的多次反射，此溶洞后经钻孔验证，两条裂 隙补给溶洞的水和淤泥
典型溶洞的地质雷达图像仰拱ຫໍສະໝຸດ 的溶洞典型溶洞的地质雷达图像
典型溶洞的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
断层
其他不利地质体的地质雷达图像
地质雷达图像解释(含超前地质预报及检测)PPT课件
地面架空电线（双曲线） 测线附近的金属物（强振幅、密集的反射波组） 地面上的砾石（多次反射，局部强振幅回波） 测绳和皮尺（典型的“X”型干扰） 2) 地下异常的多次波 在地质体与地表面来回反射，严重影响目标体的反射波 信息，波形杂乱，不规则。
隙
部富水
次反射
岩性变化 接触面或 软弱夹层
其他不利地质体的地质雷达图像 空洞
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
右拱腰塌方回填不密实 左拱腰塌方回填不密实
其他不利地质体的地质雷达图像
拱顶塌方回填不密实
其他不利地质体的地质雷பைடு நூலகம்图像
天线不耦合产生雷达干扰波
二衬表面管槽的雷达干扰波
空洞的雷达干扰波
电线的雷达干扰波
3 常见目标的雷达图像特征
1)钢拱架 反射波同相轴呈向上凸起的弧形，顶部反射振幅最强，弧形
两端反射振幅最弱 2)钢筋
反射波同相轴呈向上凸起的尖状，类似于钢拱架的反射波形。 3)空洞
界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号， 两组信号时程差较大； 4) 钢格栅
两个钢筋反射波同相轴并排。
电缆
陶瓷
PVC
金属
污水管
钢拱架
双层钢筋
钢格栅
地质雷达进行隧道地质超前预报的反射波形相对复杂很多，各种 地质体的地质雷达图像特征如下表：
富含水的淤泥夹层
地质雷达应用实例
地下洞群
波形堆积图
说明：电磁波在地下的传播过程中遇到空洞等异常，其强度和相位将有明 显变化，典型显示为双曲线。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1、断层破碎带
4-6
割4芍所慣破时带的粛达液形图4巧破碎带实际照1两种都是
2、软弱夹层
3、裂隙密集带
4、富水带
5、采空区
6岩溶带
10
图41溶洞的霜达波形图4・2溶蚀土洞实际照片
在工程勘察中，常见的不良地质现象有：断层破碎带.裂隙带、富水带、岩溶洞穴、岩性娈化带等。
以下分别采用了来自邪同工区的地质雷达波形图对以上几种典型地质现象与地质雷达特征图像的对应关系进行分析.
2」完整岩体
完整岩体一般介质相对均匀”电性差异很小. 没有明显的反射界面，雷达图像和波形特征通常表现为：能量团分布均匀或仅在局部存在强反射细亮条纹：电磁波能量衰减缓慢，探测距离远且规律性较强；一般形成低幅反射波组.波形均匀，无杂乱反射，自动增益梯度相对较小「该类岩体的探测和解释精度通常比较高，其典型图像见图1「图1中最上面的几条水平强反射波同相轴为直达波和地表层受爆破松弛影响所致一
测线血
0 10 20 30 40 50 60
图】完整岩体的地质雷达特征图像
Fig. 1 The geological characteristics of the r»dar
image of rock integrity
2J 断层破碎带和裂隙带
断层是一种破坏性地质构造，其内通常发肓有破碎岩体.泥或地下水等.介质极不均匀，电性差异大，且断层两侧的岩体常有节理和褶皱发育，介质均一性差。
而裂隙带通常存在于断层影响带、岩脉以及软弱夹层内，裂隙内也有各种不同
的非均匀
充填物*介电差异大。
他们一般都有明显的反射界
・这就为地质雷达创造了良好的应用条件’在断
层或裂隙带•其地质雷达图像和波形特征较为相似.
通常表现为断层和裂隙界面反射强烈，反射面附近
振幅显著增强且变化大：能量团分布不均匀，破碎带和裂隙带内常产生绕射、散射.波形杂乱，同相轴错断，在深部甚至模糊不清：电磁波能量衰减快且规律性差，特别是高频部分衰减较快，自动増益梯度较大；一般反射波同相轴的连线为破碎带或裂隙带的位置。
其典型地质雷达特征图像如图2和图J所示刁
测线m
0 10 20 30 40 50 60
图2 断层破碎带地质雷达特征图像Fig,2 (icologic r^dar fcaHires imjige of fractured ?onc
测帥
0 10 20 30 40 5C
图3裂隙带的地质雷达特征團像
Pig J Geologic ridar tcamTcs image of fissures zo 门 2
虽然两者的雷达特征图像相似，但通过对比分析可大致把它们分辨开来兰
a.断层破碎带的影响范围通常比裂隙带宽，
在地质雷达图像上有较宽的异常反应。
相反的，
nJ o
b断层破碎带的波幅变化范围通常比裂隙带大，而裂隙带的振幅一般为高幅°
匕在相对干燥情况下.断层破碎带在地质雷达图像上同相轴的连续性不如裂隙带，它的同相轴错断更明显，其波形更加杂乱，而裂隙带在地质雷达图像上同相轴的连续性反映了裂隙面杲否平宜、连续4 d・探测时可参晋当地的区域地质背景资料和钻孔资料’对可能遇到的地质现象做出大致的判断, 为图像解释时对这两种地质现象的分辨识别提供依据。
23富水带
地下水经常存在于断层带、裂隙密集带以及岩溶发育带中，含水程度和储水条件主要受构造控制口在常见物质中，水的相对介电常数最大为R(h与基岩介质相比徉在明显的电性差异’富水带地质雷达图像和波形特征一般表现为二地质雷达波在含水层表面发生强振幅反射：电磁波穿透含水层时将产生一定规律的多次强反射*在冨水带內产生绕射、散射现象，并掩盖对富水带内及更深范围岩体的探测:
nJ o
b断层破碎带的波幅变化范围通常比裂隙带大，而裂隙带的振幅一般为高幅°
匕在相对干燥情况下.断层破碎带在地质雷达图像上同相轴的连续性不如裂隙带，它的同相轴错断更明显，其波形更加杂乱，而裂隙带在地质雷达图像上同相轴的连续性反映了裂隙面杲否平宜、连续4 d・探测时可参晋当地的区域地质背景资料和钻孔资料’对可能遇到的地质现象做出大致的判断, 为图像解释时对这两种地质现象的分辨识别提供依据。
23富水带
地下水经常存在于断层带、裂隙密集带以及岩溶发育带中，含水程度和储水条件主要受构造控制口在常见物质中，水的相对介电常数最大为R(h与基岩介质相比徉在明显的电性差异’富水带地质雷达图像和波形特征一般表现为二地质雷达波在含水层表面发生强振幅反射：电磁波穿透含水层时将产生一定规律的多次强反射*在冨水带內产生绕射、散射现象，并掩盖对富水带内及更深范围岩体的探测:
电磁波频率由高频向低频剧烈变化，脉冲周期明显增大，电磁波能量快速衰减，能量团分布不均匀，自动增益梯度很大：因含水面通常分布连续，反射波同相轴连续性较好，波形相对较均一；从基岩到含水层是高阻抗到低阻抗介质的变化.因而反射电磁波与入射电磁波相仅相反r其典型地质雳达特征图像见图40 2.4岩溶洞穴岩溶洞穴一般出现在灰岩地层中'洞穴中可能为空、含水或填充其他物质，其地质雷达图像和波形特征通常表现为：岩溶洞穴在地质雷达图像上的形态特征主要取决于洞穴的形状、大小以及填充物的性质* 一般表现为由许多双曲线强反射波组成：在洞穴侧壁上一般为高幅、低频、等间距的多次反射波组”特别是无填充物或充满水时反射波更强，而洞穴底界面反射则不太明显.只有当洞穴底部部分充填水或粘土、粉砂、砂砾性物质时底部反射波会有所增强，可见一组较短周期的细密弱反射；如果洞穴为空洞或充水洞则在洞体内部几乎没有反射电磁波；有充填物时电磁波能量迅速衰减，高频部分被吸收，反射的多为低频波*自动增益梯度大. 其典型地质雷达特征图像见图50
岩溶洞穴的地质雷达图像特征比较明显，相对
容易判断，一般根据当地岩体类型、水文地质资料 及前期岩溶地质调查资料尊T 都能做岀准确的解释口 以上典型地质现象与地质雷达图像和波形特征的对 应艾系简单总结，示于表浜
对不同地区的工程勘查，结合钻探和其它物探 资料证实.利用这种地质雷达特征图像与典型地质 现象的对应关系进行解释是比较准确的n 当前期地 质、水文及钻探资料不健全时*借助于这种地质雷 达图像判别经验和其它物探方法，也可以最大程度 的减少多解性，提高解释的准确性&久
.
於O
3O
图4富水帯地质雷达特征图像
Fig 一 4 Geologic radar features image of
waters ich belt
测线An
0 10 20 30 40 50
图5岩溶洞穴的雷达特征图像
;ig,5 < icolog ic radar features image of karst eaves
12奧型嫌现鮎帧謎那觀做鮒简草对应关系
table 1The carapoiidence of typical 訓log期 1 phenomem.訓logy radn image
and wavrforin
辭霍化同鮒騁性
不齢
确5)mi m xwaa
富桶轴*抽关财4Ii 5U 利勺解性右飆t?mm。