?２０１２年３月　鐵道工程學(xué)報(bào)?。停幔颉。玻埃保病〉冢称冢偅保叮玻。剩埃眨遥危粒獭。埃啤。遥粒桑蹋祝粒佟。牛危牵桑危牛牛遥桑危恰。樱希茫桑牛裕佟。危希常ǎ樱澹颍保叮玻∥恼戮幪?hào)：１００６—２１０６（２０１２）０３—０００６—０６　超低頻地質(zhì)雷達(dá)在巖溶勘探中的應(yīng)用研究。　李添翼¨?。ㄖ需F第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，　武漢４３００６３）　摘要：研究目的：高頻及中低頻地質(zhì)雷達(dá)在工程質(zhì)量檢測及淺部巖溶、洞穴的探測中已得到廣泛應(yīng)用，但在勘　察設(shè)計(jì)階段的較深部（１５～４０?。椋睿┞坊鶐r溶探測中需要采用更低頻率地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測。通過對超低頻雷達(dá)　組合天線的應(yīng)用研究，可采用改變組合頻率實(shí)現(xiàn)某些特殊情況下大深度的巖溶探測，以彌補(bǔ)傳導(dǎo)類電法勘探　的不足。　研究結(jié)論：超低頻雷達(dá)組合頻率在某些較厚覆蓋層場地條件下可取代常規(guī)直流電法，由于地表堅(jiān)硬或地　形起伏較大所帶來的應(yīng)用能力不足，從而可提高路基巖溶勘探精度及效率。針對不同場地條件下的各種雷達(dá)　空氣回波干擾特征進(jìn)行了分析并找到了較合理的處理方式，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的巖溶探測效果?！￡P(guān)鍵詞：超低頻地質(zhì)雷達(dá)；巖溶；勘探　中圖分類號(hào)：Ｐ６３１　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ　Ｓｔｕｄｙ?。铮睢。粒穑穑欤椋悖幔簦椋铮睢。铮妗。眨欤簦颍帷欤铮鳌。疲颍澹瘢酰澹睿悖。牵颍铮酰睿洹。校澹睿澹簦颍幔簦椋睿纭。遥幔洌幔颉。椋睢。耍幔颍螅簟。牛穑欤铮颍幔簦椋铮睢。蹋伞。裕椋幔睢椤。ǎ茫瑁椋睿帷。遥幔椋欤鳎幔。樱椋酰幔睢。樱酰颍觯澹。幔睿洹。模澹螅椋纾睢。牵颍铮酰稹。茫铮蹋簦?，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ?。矗常埃埃叮常茫瑁椋睿幔。粒猓螅簦颍幔悖簦海遥澹螅澹幔颍悖琛。穑酰颍穑铮螅澹螅海裕瑁濉。瑁椋纾琛。幔睿洹。恚椋洌洌欤濉欤铮鳎澹瘢酰澹睿悖。纾颍铮酰睿洹。穑澹睿澹簦颍幔簦椋睿纭。颍幔洌幔颍蟆。瑁幔觯濉。猓澹澹睢。鳎椋洌澹欤。酰螅澹洹。椋睢。簦瑁濉。簦澹螅簦椋睿纭。澹睿纾椋睿澹澹颍椋睿纭。瘢酰幔欤椋簦。幔睿洹。洌澹簦澹悖簦椋睿纭。螅瑁幔欤欤铮鳌。耄幔颍螅簟。幔睿洹。簦瑁濉。耄幔颍螅簟。悖幔觯?，ｂｕｔ?。洌澹簦澹悖簦椋睿纭。簦瑁濉。洌澹澹穑澹颉。耄幔颍螅簟。悖幔觯澹ǎ薄。怠。矗啊。恚澹簦澹颍螅睿澹澹洌蟆。欤铮鳎澹颍澹瘢酰澹睿悖。纾颍铮酰睿洹。穑澹睿澹簦颍幔簦椋睿纭。颍幔洌幔颉。椋睢。簦瑁濉。螅簦幔纾濉。铮妗。螅酰颍觯澹。幔睿洹。洌澹螅椋纾睿裕瑁濉。颍澹螅澹幔颍悖琛。铮睢。幔穑穑欤椋悖幔簦椋铮睢。铮妗。簦瑁濉。悖铮恚猓椋睿澹洹。幔睿簦澹睿睿帷。铮妗。簦瑁濉。酰欤簦颍帷欤铮鳎澹瘢酰澹睿悖。颍幔洌幔颉。螅瑁铮鳎蟆。簦瑁濉。酰欤簦颍帷欤铮鳎澹瘢酰澹睿悖。颍幔洌幔颉。悖幔睢。猓濉。酰螅澹洹。妫铮颉。洌澹簦澹悖簦椋睿纭。簦瑁濉。洌澹澹穑澹颉。耄幔颍螅簟。悖幔觯濉。椋睢。螅铮恚濉。螅穑澹悖椋幔臁。悖幔螅澹蟆。猓。悖瑁幔睿纾椋睿纭。簦瑁濉。悖铮恚猓椋睿澹洌澹瘢酰澹睿悖。簦铩。恚幔耄濉。酰稹。簦瑁濉。洌澹妫椋悖椋澹睿悖。铮妗。簦瑁濉。澹欤澹悖簦椋颍悖幔臁。穑颍铮螅穑澹悖簦椋睿纾。遥澹螅澹幔颍悖琛。悖铮睿悖欤酰螅椋铮睿螅海裕瑁濉。澹欤澹悖簦椋颍悖幔臁。穑颍铮螅穑澹悖簦椋睿纭。恚澹簦瑁铮洹。椋蟆。穑铮铮颉。椋睢。洌澹簦澹悖簦椋睿纭。椋睢。簦瑁濉。瑁幔颍洹。纾颍铮酰睿洹。铮颉。颍酰纾纾澹洹。簦澹颍颍幔椋?，ＳＯ?。簦瑁濉。恚澹簦瑁铮洹。铮妗。酰欤簦颍帷欤铮鳌。悖铮恚猓椋睿澹洹。妫颍澹瘢酰澹睿悖。纾颍铮酰睿洹。穑澹睿澹簦颍幔簦椋睿纭。颍幔洌幔颉。悖铮酰欤洹。猓濉。螅酰猓螅簦椋簦酰簦澹洹。妫铮颉。簦瑁濉。睿铮颍恚幔臁。澹欤澹悖簦颍椋悖幔臁。穑颍铮螅穑澹悖簦椋睿纭。椋睢。簦瑁椋蟆。悖铮睿洌椋簦椋铮?，ａｎｄ?。椋簟。悖铮酰欤洹。椋恚穑颍铮觯濉。簦瑁濉。穑颍澹悖椋螅椋铮睢。幔睿洹。澹妫椋妫悖椋澹睿悖。椋睢。簦瑁濉。澹穑欤铮颍幔簦椋铮睢。铮妗。耄幔睿簟。颍铮幔洌猓澹洌裕瑁濉。辏幔恚恚椋睿纭。悖瑁幔颍幔悖簦澹颍椋螅簦椋恪。铮妗。洌椋妫妫澹颍澹睿簟。颍幔洌幔颉。澹悖瑁铮澹蟆。酰睿洌澹颉。簦瑁濉。洌椋妫妫澹颍澹睿簟。螅椋簦濉。悖铮睿洌椋簦椋铮睿蟆。椋蟆。幔睿幔欤澹洹。幔睿洹。簦瑁濉。颍幔簦椋铮睿幔臁。恚澹簦瑁铮洹。椋蟆。铮妫酰睿?，ａｃｈｉｅｖｉｎｇ　ｔｈｅ?。纾铮铮洹。颍澹螅酰欤簦蟆。椋睢。簦瑁濉。穑颍幔悖簦椋悖幔臁。幔穑穑欤椋悖幔簦椋铮睢。铮妗。耄幔颍螅簟。悖幔觯濉。澹穑欤铮颍幔簦椋铮睿。耍澹。鳎铮颍洌螅海酰欤簦颍帷欤铮鳎澹瘢酰澹睿悖。纾颍铮酰睿洹。穑澹睿澹簦颍幔簦椋睿纭。颍幔洌幔颍唬耄幔颍螅?；ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　眾所周知，地質(zhì)雷達(dá)因采用廣譜電磁波技術(shù)而具　方面：一是高精度的工程質(zhì)量無損檢測，采用高頻　有較高的探測精度，目前，常規(guī)地質(zhì)雷達(dá)主要應(yīng)用于兩　（２×１０?。停龋緩S＞４００?。停龋?，探測深度０．０５　ｍ＜ｈ＜　收稿日期：２０１１—１２～２０　作者簡介：李添翼，１９７１年出生，男，工程師、注冊一級建造師?！〉冢称凇±钐硪恚撼皖l地質(zhì)雷達(dá)在巖溶勘探中的應(yīng)用研究?。贰。场。?；二是較淺部的路塹巖溶探測中，采用中低頻?。ǎ矗埃啊。停龋荆畯S≥１００　ＭＨｚ），探測深度１　ｍ＜ｈ＜２０?。??！‘?dāng)?shù)谒南蹈采w層厚度超過１０?。硪陨蠒r(shí)，要探測下　伏基巖中的巖溶洞穴等不良地質(zhì)體，采用１００　ＭＨｚ以　上的中高頻地質(zhì)雷達(dá)往往是為力的。長期以來，　一直以傳導(dǎo)類電測深法進(jìn)行類似場地類型的物探工　作，但是電測深法的應(yīng)用存在以下缺陷：　其一，當(dāng)?shù)乇聿黄教?，為山區(qū)起伏地形時(shí)，電測深　法應(yīng)用受地形影響較大，畸變點(diǎn)較多，效果不好?！∑涠?，當(dāng)覆蓋層地表為堅(jiān)硬的水泥路面或石渣地　面時(shí)，電測深法電極不能良好接地，在類似城市地表或　高鐵路基上時(shí)，無法采用電測深法進(jìn)行探測。　為了解決上述特殊場地條件下的巖溶探測問題，　超低頻雷達(dá)組合天線的應(yīng)用是目前比較理想的選擇?！≡撎炀€用于較深部探測，發(fā)射／接收天線排列可變，天　線的發(fā)射頻率可以調(diào)整，其組合天線頻率從（１５～８Ｏ）?。停龋鷰讉€(gè)頻段通過調(diào)節(jié)發(fā)射／接收天線桿的長度來改　變從而實(shí)現(xiàn)變頻探測。當(dāng)測區(qū)、項(xiàng)目條件、需求發(fā)生變　化時(shí)，頻率可調(diào)的性質(zhì)可以給實(shí)際探測帶來極大方便?！⊥ㄟ^應(yīng)用研究該套低頻組合頻率地質(zhì)雷達(dá)天線來解決　較深部巖溶或洞穴探測中的類似特殊問題，具有實(shí)際　意義和可行性?！。被驹怼〗M合低頻雷達(dá)天線（即通常所說的桿狀天線），它　可以通過改變發(fā)射及接收電磁波金屬桿的長度來改變　天線的中心頻率，其中心頻率的變化范圍為（１５～８０）?。停龋g，因而具有較大的探測深度，但天線沒有屏　蔽性，受外界的干擾也較大。主要用于探測具有較大　埋藏深度的情況，如水文地質(zhì)調(diào)查，２５～４０　ｍ左右?guī)r　溶洞穴的探測等。　低頻組合天線天線桿長度不同，天線的波長不同，　對應(yīng)的中心頻率也不同，另外探測深度和分辨率也不　一樣。各組合天線桿長、中心頻率及發(fā)射脈沖長度?。ㄗ硬úㄩL）對應(yīng)如表１所示?！”恚背皖l雷達(dá)天線物性參數(shù)對應(yīng)表　天線長度／ｃｍ　中心頻￣ｇ－／ＭＨｚ　脈沖波Ｋ／ｎｓ　１２０?。福啊。保病。玻矗啊。矗啊。玻怠。常叮啊。常怠。常啊。矗福啊。玻啊。担啊。叮铮铩。保怠。叮啊≡摻M合天線為分離式天線（探測原理及組合模式　如圖１、圖２所示），固定發(fā)射、接收天線間隔，可進(jìn)行　剖面的連續(xù)測量或點(diǎn)測。也可采用ＣＭＰ或者ＣＤＰ方　法用于速度測量。發(fā)射天線、接收天線沿一個(gè)水平面　向相反的方向移動(dòng)，每次同時(shí)移動(dòng)相同的距離。這樣　就可以清楚地看到首波反射信號(hào)，天線在地面的位置　不同，接收到反射信號(hào)的時(shí)間信息也不同，采用下面公　式計(jì)算電磁波在地下傳播速度信息?！。郑恚尽∈街小　姶挪ㄔ趥鞑ソ橘|(zhì)中的傳播速度；　——發(fā)射和接收天線間距；　ｔｄ——初始旅行時(shí)間；　——收發(fā)間距為　的情況對應(yīng)的傳播時(shí)間。?。簟『停簟∈菑闹边_(dá)波在時(shí)間延時(shí)０點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，天　線都對應(yīng)中心位置?！D１雷達(dá)探測示意圖　固定塊?。保玻啊。伞。叮啊。臁。叮啊。伞。保玻啊D２（１５—８Ｏ）ＭＨｚ雷達(dá)天線組合示意圖?。层@孔處對比試驗(yàn)研究　試驗(yàn)場地情況：石常鐵路某特大橋ＤＫ?。矗罚福梗啊。梗保岸毋@孔處試驗(yàn)場地，從該處幾個(gè)鉆孔揭示地質(zhì)情　況來看，該地段泥灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化層以上覆蓋層厚約?。保怠。?，地表為粉質(zhì)黏土，硬塑，層厚３—４　ｍ。?。模恕。矗罚梗埃叮队遥玻常怠。桑钽@孔揭示１０．３～１３?。怼槟嗷?guī)r中發(fā)育的巖溶空洞，在采用低頻組合天線的　試驗(yàn)過程中，以該鉆孔為中心，兩邊各布置２５?。頊y線，　測線長度總計(jì)５０?。?，點(diǎn)距采用０．５　ｍ進(jìn)行點(diǎn)式精測?！√綔y頻率采用了１５　ＭＨｚ、２０?。停龋?、３５?。停龋?、４０?。停龋?、?。福啊。停龋课宸N低頻天線組合分別進(jìn)行了探測，探測　雷達(dá)記錄如圖３一圖７所示，對以上幾個(gè)不同頻率的　第３期　李添翼：超低頻地質(zhì)雷達(dá)在巖溶勘探中的應(yīng)用研究　５　結(jié)論?。ǎ保┊?dāng)覆蓋層地表為堅(jiān)硬的水泥路面或石渣地　面，電極不能良好接地，無法采用電測深法進(jìn)行探測的　情況下，山地緩坡段無較大的臺(tái)階地形時(shí)或在類似城　市地表?xiàng)l件下需要探測覆蓋層厚度大于５—１０　ｍ的地　下巖溶洞穴等不良地質(zhì)體時(shí)，采用超低頻地質(zhì)雷達(dá)組　合天線進(jìn)行探測，可取得較好的探測效果?！。ǎ玻┽槍Ρ咎壮皖l率非屏蔽組合天線來說，探　地雷達(dá)空氣中反射介質(zhì)回波是不可避免的，在野外工　作中需要充分認(rèn)識(shí)，并做好相關(guān)的記錄。一個(gè)重要的　原則就是根據(jù)現(xiàn)場地形地物條件情況，使空氣中的反　射回波盡量不影響要探測的目標(biāo)，測線應(yīng)平行或垂直　面狀或線狀反射介質(zhì)，這樣可有效減少空氣中反射波　的影響范圍，同時(shí)可以在后續(xù)的處理中利用波速參數(shù)　進(jìn)行識(shí)別?！。ǎ常┰诘孛嫦鄬Τ睗竦沫h(huán)境下可以探測到地下?。常啊。碜笥疑疃鹊幕鶐r界面，倘若在地表干燥或覆蓋層　比較薄的區(qū)域，其探測深度還有進(jìn)一步提高，同時(shí)也存　在一定缺點(diǎn)，由于天線長度達(dá)６　ｍ長，其外業(yè)數(shù)據(jù)采集　中對于臺(tái)階狀的陡坎地形應(yīng)用時(shí)天線與地面的耦合較　差，探測效果不佳，但對于緩坡地形耦合相對較好時(shí)則　具有較好的探測效果?！。ǎ矗┨炀€方向?qū)走_(dá)數(shù)據(jù)采集結(jié)果的影響是不一　致的，試驗(yàn)結(jié)果表明，頻率越低天線方向性差異越大?！≡谶@種情況下，條件允許時(shí)最好是兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)同　時(shí)采集或多種方法（如與地震反射波法）聯(lián)合工作綜　合解釋，條件不允許的情況下，最好是能多收集地質(zhì)資　料，了解所需查明地質(zhì)異常體的大致產(chǎn)狀，這樣有針對　性的布置更利于雷達(dá)接收異常體反射波方向的天線　方向。　參考文獻(xiàn)：?。郏保蔹S南暉．地質(zhì)雷達(dá)探測的波場分析［Ｊ］．地球科學(xué)，１９９３?。ǎ常海玻梗础常埃玻。龋酰幔睿纭。危幔睿欤恚椋祝幔觯濉。粒睿幔欤螅椋蟆。椋睢。牵校摇。校颍铮螅穑澹悖簦睿椋纾郏剩荩。牛幔颍簦琛。樱悖椋澹睿悖澹保梗梗常ǎ常海玻梗础常埃玻　〈薜潞?，楊慶波．宜萬鐵路隧底巖溶探查物探技術(shù)應(yīng)用研　究［Ｊ］．鐵道工程學(xué)報(bào)，２００９（２）：７６—８１．?。茫酰椤。模澹瑁幔?，?。伲幔睿纭。眩椋睿纾猓铮。粒穑穑欤椋悖幔猓欤濉。樱簦酰洌。铮妗。牵澹铮穑瑁悖幔臁。牛穑欤铮颍幔簦椋铮睢。裕澹悖瑁睿铮欤铮纾。妫铮颉。耍幔颍螅簟。酰睿洌澹颉。裕酰睿睿澹臁。铮睢。伲椋悖瑁幔睿纭祝幔睿瑁铮酢。遥幔椋欤鳎幔郏剩荩剩铮酰颍睿幔臁。铮妗∫灰弧。遥幔椋欤鳎幔。牛睿纾椋睿澹澹颍椋睿纭。樱铮悖椋澹簦?，２００９（２）：７６—８１．　崔德海．路塹基底隱伏巖溶探查的物探技術(shù)應(yīng)用研究　［Ｊ］．鐵道工程學(xué)報(bào)，２０１０（Ｓ）：３２—３６．　Ｃｕｉ?。模澹龋幔椋。粒穑穑欤椋悖幔猓欤濉。樱簦酰洌。铮妗。牵澹铮穑瑁螅椋悖幔臁。牛穑欤铮颍幔簦椋铮睢。裕澹悖瑁睿铮欤铮纾。妫铮颉。龋椋洌洌澹睢。耍幔颍螅簟。酰睿洌澹颉。簦瑁濉。茫酰簦簦椋睿纭。拢幔螅澹恚澹睿簦郏剩荩剩铮酰颍睿幔臁。铮妗。遥幔椋欤鳎幔。牛睿纾椋睿澹澹颍椋睿纭。樱铮悖椋澹簦?，２０１０（ｓ）：３２—３６．　『４］　翟波，楊峰，孫水明，等．基于二維濾波的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)　去噪研究［Ｊ］．南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)，２００７（９）：７９—８３．　Ｚｈａｉ?。拢铮伲幔睿纭。疲澹睿?，Ｓｕｎ?。樱瑁酰椋恚椋睿?，ｅｔｃ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ?。铮妗。牵校摇。樱椋纾睿幔臁。模濉睿铮椋螅椋睿纭。拢幔螅澹洹。铮睢。玻模椋恚澹睿螅椋铮睿幔臁。疲椋欤簦澹颍椋睿纾郏剩荩剩铮酰颍睿幔臁。铮妗。危幔睿辏椋睿纭。危铮颍恚幔臁。眨睿椋觯澹颍螅椋簦?，?。玻埃埃罚ǎ梗海罚埂福常。欤怠。省≡寻l(fā)．探地雷達(dá)方法Ｃ及應(yīng)用［Ｍ］．北京：科學(xué)出版　社，２００６．?。冢澹睿纭。樱瑁幔铮妫幔裕瑁濉。校颍椋睿悖椋穑欤濉。幔睿洹。粒穑穑欤椋悖幔簦椋铮睢。铮妗。牵颍铮酰睿洹。校澹睿澹簦颍幔簦椋睿纭。遥幔洌幔颍郏停荩拢澹椋辏椋睿纾海樱悖椋澹睿悖濉。校颍澹螅?，２００６．　謝雄耀，萬明浩．復(fù)信號(hào)分析技術(shù)在地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)處理中　的應(yīng)用［Ｊ］．物探化探計(jì)算技術(shù)，２００５（５）：１０８—１２２．?。兀椋濉。兀椋铮睿纾幔?，Ｗａｎ?。停椋睿纾瑁睿铮裕瑁濉。粒穑穑欤椋悖幔簦椋铮睢。铮妗。茫铮恚穑欤澹。樱椋纾睿幔臁。粒睿幔欤螅椋蟆。簦铩。校颍铮悖澹螅蟆。牵颍铮酰睿洹。校澹睿澹簦颍幔簦椋睿纭。遥幔洌幔颉。模幔簦幔郏剩荩茫铮恚穑酰簦椋睿纭。裕澹悖瑁睿椋瘢酰澹蟆。铮妫颉。牵椋铮穑瑁螅椋悖幔臁。幔睿洹。牵澹铮悖瑁澹睿椋悖幔臁。牛穑欤铮颍幔簦椋铮?，２００５（５）：１０８—１２２．　『７］　黃偉，李大心，唐慶兵．二維濾波在探地雷達(dá)圖像處理中　的應(yīng)用研究［Ｊ］．工程勘察，２００２（４）：６６—６９．?。龋酰幔睿纭。祝澹?，Ｌｉ　Ｄａｘｉｎ，Ｔａｎｇ　Ｑｉｎｇｂｉｎ．Ｓｔｕｄｙ?。铮睢。簦瑁濉。粒穑穑欤椋悖幔簦椋铮睢。铮妗。玻摹。疲椋欤簦澹颍椋睿纭。椋睢。模幔簦帷。校颍铮悖澹螅螅椋睿纭。铮妗。牵校摇。郏剩荩牵澹铮簦椋悖瑁睿椋悖幔臁。桑睿觯澹螅簦椋纾幔簦椋铮睢。幔睿洹。樱酰颍觯澹椋睿纾玻埃埃病。疲福薄。ǎ矗海叮叮叮梗。獭省∈ㄆ?，張志勇，鄧居智．探地雷達(dá)空氣回波特點(diǎn)與處理　方法［Ｊ］．世界核地質(zhì)科學(xué)，２００９（９）：１７２—１７７．?。樱瑁椤。剩椋幔睿穑椋睿纾冢瑁幔睿纭。冢瑁椋铮睿?，Ｄｅｎｇ?。剩酰瑁椋茫瑁幔颍幔悖簦澹颉。铮妗。牵校摇。祝幔觯濉。椋睢。粒椋颉。幔睿洹。校颍铮悖澹螅螅澹洹。停澹簦瑁铮洌颉。剩荩祝铮颍欤洹。危酰悖欤澹幔颉。牵澹铮螅悖椋澹睿悖澹玻埃埃梗ǎ梗海保罚病保罚罚?