GR系列地質(zhì)雷達(dá)/探地雷達(dá)

1．地質(zhì)雷達(dá)方法介紹

1.1 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)向地下發(fā)射脈沖形式的高頻寬帶電磁波，電磁波在地下介質(zhì)傳播過(guò)程中遇到存在典型差異的地下目標(biāo)體（空洞、分界面時(shí)），電磁波便發(fā)生反射，返回到地面時(shí)由接收天線所接收；對(duì)接收到的電磁波進(jìn)行信號(hào)處理和分析，根據(jù)信號(hào)波形、強(qiáng)度、雙程走時(shí)等參數(shù)來(lái)推斷地下目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性及集合形態(tài)，從而達(dá)到對(duì)地下隱蔽目標(biāo)物探測(cè)的目的。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)的組成

地質(zhì)雷達(dá)由主機(jī)和天線組成：

（1）主機(jī)：主要完成雷達(dá)探測(cè)采集過(guò)程中的控制、數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)等功能；

（2）天線：地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)天線發(fā)射和接收電磁波完成探測(cè)目的，天線氛圍一體化天線（發(fā)射和接收機(jī)都封閉在同一天線外殼內(nèi)），或分體式天線（發(fā)射和接收機(jī)分別封裝在兩個(gè)天線外殼中）。

天線的頻率越低，探測(cè)的深度越大，但是相對(duì)的探測(cè)精度越低；

頻率越高，探測(cè)深度越小，但是相對(duì)的探測(cè)精度越高。

200MHz天線一般 可探測(cè)0-10米左右范圍，而800-1200MHz天線可用來(lái)探測(cè)幾十公分后的路面，達(dá)到對(duì)厘米級(jí)層位分層的目的。

1.3 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)特點(diǎn)：

地質(zhì)雷達(dá)作為一種新興的地球物理方法，與其他地球物理方法相比（淺層地震勘探、電阻率法、激發(fā)計(jì)劃法），具有以下特點(diǎn)：

（1）、分辨率高：目前地球物理方法中分辨率高的探測(cè)方法，中心頻率10~1500MHz，分辨率可達(dá)厘米級(jí)。

（2）、無(wú)損性：無(wú)損探測(cè)方法，不破壞被測(cè)物。

（3）、效率高：儀器體積小、重量輕。可點(diǎn)測(cè)、連續(xù)測(cè)量，并且處理解釋簡(jiǎn)單。

（4）、結(jié)果直觀：可實(shí)時(shí)成像，野外可定性解釋。

1.4 GR地質(zhì)雷達(dá)特點(diǎn)：

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）自主研發(fā)的GR系列地質(zhì)雷達(dá)，以煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)團(tuán)隊(duì)為支持，歷經(jīng)十余年開(kāi)發(fā)，已研發(fā)出GR系列便攜地質(zhì)雷達(dá)產(chǎn)品（目前新型號(hào)為GR-IV），適用于井下、爆炸氣體環(huán)境中使用的ZTR系列防爆地質(zhì)雷達(dá)，以及適用于快速公路、鐵路檢測(cè)的多通道地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)，并且將于2013年推出全新產(chǎn)品系統(tǒng)——城市道路探測(cè)檢測(cè)雷達(dá)，用以探測(cè)城市道路路面施工質(zhì)量及道路下方病害情況。該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)*搭載可變通道數(shù)量的天線系統(tǒng)，從而一次性完成不同探測(cè)深度目標(biāo)的探測(cè)、檢測(cè)任務(wù)。極大提高了探測(cè)效率和探測(cè)精度，并且該系統(tǒng)與地圖接口連接，可以直接在地圖上圈定探測(cè)、檢測(cè)地區(qū)的病害范圍。

2. GR地質(zhì)雷達(dá)道路層位探測(cè)

使用GR系列地質(zhì)雷達(dá)配套高頻天線，可有效對(duì)路面層位信息進(jìn)行分析，從而達(dá)到檢測(cè)施工質(zhì)量的目的。如下圖為使用GRIII地質(zhì)雷達(dá)和900MHz天線進(jìn)行的路面層位檢測(cè)，在檢測(cè)過(guò)程中明顯區(qū)分出了該路面的面層、底層位置，及對(duì)應(yīng)的深度信息，從而可以判斷路面施工質(zhì)量。

圖2.1 GR系列地質(zhì)雷達(dá)層位信息探測(cè)圖

3. GR地質(zhì)雷達(dá)管線探測(cè)

地質(zhì)雷達(dá)可應(yīng)用于地下管線埋深調(diào)查，及管線滲漏范圍區(qū)域調(diào)查中，具有良好的探測(cè)效果。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）參與國(guó)家“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題——《基于風(fēng)險(xiǎn)的油氣管道事故預(yù)防關(guān)鍵技術(shù)研究》中，承擔(dān)了“可識(shí)別管道規(guī)格和材質(zhì)類別的埋地管道雷達(dá)探測(cè)裝置研制”子課題。依據(jù)該子課題內(nèi)容，研發(fā)、改進(jìn)以GR系列雷達(dá)為基礎(chǔ)的雷達(dá)系統(tǒng)，達(dá)到了地下不同埋深、不同材質(zhì)、不同管徑管道的探測(cè)目的。

針對(duì)PVC管的探測(cè)，開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程探測(cè)工作。

3.1 實(shí)驗(yàn)探測(cè)：

將不同管徑、不同深度的管線方向平行埋藏于地下，在垂直于管線方向布設(shè)地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線，使用400MHz和600MHz天線開(kāi)展探測(cè)，如圖所示：

通過(guò)使用400MHz、600MHz天線進(jìn)行探測(cè)，對(duì)PVC管（不充水）都有較好的探測(cè)效果，充水后，由于會(huì)增強(qiáng)其反射能量，探測(cè)效果更佳。

對(duì)不同管徑及不同探測(cè)深度的不充水PVC管進(jìn)行聯(lián)合探測(cè)：

對(duì)于φ110 h=500  φ90 h=500PVC管線， 600MHz以及400MHz均有異常反應(yīng)。

隨后開(kāi)展了多PVC管埋藏探測(cè)工程。通常在地面通過(guò)多條水平測(cè)線橫切管線，達(dá)到具體探測(cè)目的。

初步分析，不充水PVC管線在直徑90mm時(shí)、埋深1000mm以內(nèi)時(shí)，可被有效探測(cè)出；

在直徑75mm，埋深600mm以內(nèi)時(shí)，可被有效探測(cè)出。

4. GR地質(zhì)雷達(dá)其他方向應(yīng)用

除了以上應(yīng)用外，使用GR系列、ZTR系列及多通道地質(zhì)雷達(dá)，還在以下工程應(yīng)用及科學(xué)研究中取得了一定的成果。

4.1 2009年國(guó)慶閱兵保障路線地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)

2009年建國(guó)60周年國(guó)慶閱兵，為保障重型設(shè)備的安全通行，對(duì)保障路線的病害情況進(jìn)行探測(cè)，完成了總里程29.88公里的檢測(cè)、探測(cè)工作。為我國(guó)60周年閱兵的順利進(jìn)行，保駕護(hù)航。

通過(guò)本次檢測(cè)的雷達(dá)圖像分析，對(duì)不同類型缺陷異常進(jìn)行較為直觀的綜合解譯。

4.2 煤厚探測(cè)調(diào)查

使用ZTR系列防爆地質(zhì)雷達(dá)，在井下對(duì)煤層頂板進(jìn)行探測(cè)，達(dá)到預(yù)測(cè)頂板煤厚的目的。

4.3 鐵路多通道雷達(dá)路基探測(cè)

4.4 北京和平里煤氣爆炸案后現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

4.5 地下水調(diào)查

4.6 青藏地下凍土調(diào)查