地質雷達在地質災害防治中的應用
摘要：地質雷達是地質勘探的一種有效的勘探方法，其應用範圍還在不斷擴大。本文結合筆者工程實踐，對探地雷達的探測原理及其應用於地質災害調查方面的可行性進行了分析闡述，通過地質雷達在地裂縫、岩溶塌陷、滑坡以及活動斷裂調查中的應用實例分析。
關鍵詞：地質雷達；地質災害；調查
地質災害是由於各種(自然的或人為的)地質作用導致地質體或地質環境發生變化，給人民的生命財產、生存環境以及國家建設造成損失的災害事件的統稱。近年來，許多地區各種地質災害(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)頻發，給當地的經濟建設和人民生命財產安全構成了嚴重威脅。我們知道，任何地質災害的發生、發展都會引起地球物理場的變化，因此，加強對地質災害勘查與治理過程中的物探工作研究是當今環境地質工作中的一項重要課題。
1.地質雷達用於地質災害調查的可行性
常見的地質災害主要有地震、地裂縫、地面沉降、岩溶塌陷、滑坡、崩塌以及泥石流等。嚴格地講，任何一種地質災害的發生都會在介質(土壤、岩層等)中留下痕跡，即通常所說的介電介面，如地裂縫留下的裂隙、活動斷裂留下的破碎帶、滑坡留下的滑脫面以及塌陷留下的地穴或陷坑等，這些介面兩側介質的物性差異很大，致使電磁波穿過該介面時的反射能量發生增減、波形幅值出現明顯變化，據此可解譯出該介面的準確位置及大致形態等相關信息，因而，探地雷達用於地質災害調查是可行的。並且由於使用了高頻、寬頻帶、短脈衝及高速採樣等技術，其探測精度及速度均高於其它種類的物探手段。
2.地質雷達在地質災害調查中的應用
2.1工程概況
工程位置位於重慶市沙坪壩區歌樂山鎮天池村、新開寺村，該區地表主要岩性為灰岩，區內橫向河谷發育，水源豐富，地表灰岩有溶蝕環境。該區域近年多次發生塌陷地質事故，部分民房出現不均勻沉降、開裂等不良現象，且該現象有繼續加劇的趨勢。為提出合理的治理方案，需要對該區域的岩溶分布進行較為詳細的了解，故採用地質雷達對該區域進行探測。由於測區位於居民區，房屋、沼氣池、溝渠、地形大起伏等原因對雷達探測效果均會造成一定的不良影響。
2.2探測原理及儀器
探測設備為用美國地球物理公司（GSSI）的SIR-2000型地質雷達，100MHz地質雷達天線。雷達波法檢測是利用高頻電磁脈衝波的反射來探測目標體的，它通過發射天線向介質發射高頻帶、短脈衝電磁波，通過接收天線接收其反射波。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度、能量衰減及波形變化將隨所通過介質的電磁學性質及幾何形態的變化而變化。介質的電磁學性質主要包括導磁率μ、導電率σ和介電常數ε，它們與介質的組成物質、密實程度密切相關。根據雷達波的旅行時間、幅度與波形等實測數據，即可探測介質的構造分布及其相關深度等。測試記錄如圖1。
圖1：異常介面雷達典型記錄
測試按現行《水電水利工程物探規程》（DL/T5010－2005）、《城市工程地球物理探測規範》CJJ7-2007標準執行，儀器參數設置如下：增益：0～66db；採樣點數：2048點；發射速率：主要為50脈衝/秒；時間窗口：500ns；濾波系統：20MHz～200MHz。
2.3地質雷達在地質災害調查中的應用
2.3.1地質雷達應用範圍
2.3.1.1在地裂縫調查中的應用
地裂縫是一種常見且比較嚴重的地質災害，地下水過量超采、地面不均勻沉降、斷裂活動、砂土液化以及地震活動等均可引起地裂縫。由於地裂縫在地表斷續出露，剛出現時規模較小，甚至寬僅數mm，不易引起人們的注意。由於其規模較小，以往常用的超聲波法很難探測其橫向及縱向的延伸變化情況，而使用地質雷達則可有效地解決這些問題。
2.3.1.2在岩溶塌陷調查中的應用
在隱伏基岩為灰岩及白雲岩等可溶性岩石的地區，岩溶塌陷是一種較為常見的地質災害，由於地下水的溶蝕作用，基岩中出現溶洞，溶洞的擴大可導致其上部覆蓋層中形成土洞而造成塌陷。由於這一切均發生在地下，隱蔽性較強，不易引起人們重視，隱患也就更大。在這方面的調查中，地質雷達具有較大的優勢。
2.3.1.3在滑坡調查中的應用
在斜坡地貌發育的地區，滑坡是一種較為常見的地質災害，地表流水的侵蝕、地下水的潛蝕和溶蝕以及工程荷載和地震作用等都可能引發滑坡。滑坡體下滑時與母體之間的分介面稱滑坡面。在工程方面，為了對滑坡災害採取有效的防治措施，首先必須要找出滑坡面。一般採用的是電測法及地震勘測法，但這兩種方法的花費較高，且受地質因素的干擾較大，遠不及地質雷達快速、高效和經濟。
2.3.1.4在活動斷裂調查中的應用
活動斷裂作為一種巨大的災害隱患已引起人們的注意和重視，它可以誘發地震、地裂縫以及地面沉降等多種地質災害，危害極大，如果能準確地確定出活動斷裂的位置，從而在以後的工程建設中避開或採取有效的防護措施，可以最大限度地減少損失。在活動斷裂的調查方面，快速、高效、經濟的地質雷達已逐漸取代了鑽探及變形監測等傳統方法。
2.3.2探測結果
本次測試共計14條測線，長1479m。各測線所得雷達測試圖像清晰，滿足預期探測要求。本文對其中3條測線進行了分析闡述。
2.3.2.1測線1
測線長145m，覆蓋層厚度為1.2~2.5m之間。詳細探測結論見表1與圖2。
表1：探測結果
圖2：測線1成果圖www.LWlm.cOm
2.3.2.2測線2
測線長145m，覆蓋層厚度為1.2~2.5m之間。詳細探測結論見表2與圖3。
表2：探測結果
圖3：測線2成果圖
2.3.2.3測線3
測線長145m，覆蓋層厚度為1.2~2.5m之間。詳細探測結論見表3與圖4。
表3：探測結果
圖4：測線3成果圖
3.結束語
探地雷達作為一種快速、高效和經濟的高新探測技術，在工程建設、地災防治以及其它領域的作用日益顯著，尤其在地質災害調查方面，探地雷達以其無損、快速、準確的工作特點，正逐漸取代鑽探、電法及超聲波等傳統方法，隨著對電磁波研究的日益深入，其應用前景將日益寬廣。
註：文章中所涉及的公式和圖表請用PDF格式打開
摘要：地質雷達是地質勘探的一種有效的勘探方法，其應用範圍還在不斷擴大。本文結合筆者工程實踐，對探地雷達的探測原理及其應用於地質災害調查方面的可行性進行了分析闡述，通過地質雷達在地裂縫、岩溶塌陷、滑坡以及活動斷裂調查中的應用實例分析。
關鍵詞：地質雷達；地質災害；調查
地質災害是由於各種(自然的或人為的)地質作用導致地質體或地質環境發生變化，給人民的生命財產、生存環境以及國家建設造成損失的災害事件的統稱。近年來，許多地區各種地質災害(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)頻發，給當地的經濟建設和人民生命財產安全構成了嚴重威脅。我們知道，任何地質災害的發生、發展都會引起地球物理場的變化，因此，加強對地質災害勘查與治理過程中的物探工作研究是當今環境地質工作中的一項重要課題。
1.地質雷達用於地質災害調查的可行性
常見的地質災害主要有地震、地裂縫、地面沉降、岩溶塌陷、滑坡、崩塌以及泥石流等。嚴格地講，任何一種地質災害的發生都會在介質(土壤、岩層等)中留下痕跡，即通常所說的介電介面，如地裂縫留下的裂隙、活動斷裂留下的破碎帶、滑坡留下的滑脫面以及塌陷留下的地穴或陷坑等，這些介面兩側介質的物性差異很大，致使電磁波穿過該介面時的反射能量發生增減、波形幅值出現明顯變化，據此可解譯出該介面的準確位置及大致形態等相關信息，因而，探地雷達用於地質災害調查是可行的。並且由於使用了高頻、寬頻帶、短脈衝及高速採樣等技術，其探測精度及速度均高於其它種類的物探手段。
2.地質雷達在地質災害調查中的應用
2.1工程概況
工程位置位於重慶市沙坪壩區歌樂山鎮天池村、新開寺村，該區地表主要岩性為灰岩，區內橫向河谷發育，水源豐富，地表灰岩有溶蝕環境。該區域近年多次發生塌陷地質事故，部分民房出現不均勻沉降、開裂等不良現象，且該現象有繼續加劇的趨勢。為提出合理的治理方案，需要對該區域的岩溶分布進行較為詳細的了解，故採用地質雷達對該區域進行探測。由於測區位於居民區，房屋、沼氣池、溝渠、地形大起伏等原因對雷達探測效果均會造成一定的不良影響。
2.2探測原理及儀器
探測設備為用美國地球物理公司（GSSI）的SIR-2000型地質雷達，100MHz地質雷達天線。雷達波法檢測是利用高頻電磁脈衝波的反射來探測目標體的，它通過發射天線向介質發射高頻帶、短脈衝電磁波，通過接收天線接收其反射波。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度、能量衰減及波形變化將隨所通過介質的電磁學性質及幾何形態的變化而變化。介質的電磁學性質主要包括導磁率μ、導電率σ和介電常數ε，它們與介質的組成物質、密實程度密切相關。根據雷達波的旅行時間、幅度與波形等實測數據，即可探測介質的構造分布及其相關深度等。測試記錄如圖1。
圖1：異常介面雷達典型記錄
測試按現行《水電水利工程物探規程》（DL/T5010－2005）、《城市工程地球物理探測規範》CJJ7-2007標準執行，儀器參數設置如下：增益：0～66db；採樣點數：2048點；發射速率：主要為50脈衝/秒；時間窗口：500ns；濾波系統：20MHz～200MHz。
2.3地質雷達在地質災害調查中的應用
2.3.1地質雷達應用範圍
2.3.1.1在地裂縫調查中的應用
地裂縫是一種常見且比較嚴重的地質災害，地下水過量超采、地面不均勻沉降、斷裂活動、砂土液化以及地震活動等均可引起地裂縫。由於地裂縫在地表斷續出露，剛出現時規模較小，甚至寬僅數mm，不易引起人們的注意。由於其規模較小，以往常用的超聲波法很難探測其橫向及縱向的延伸變化情況，而使用地質雷達則可有效地解決這些問題。
2.3.1.2在岩溶塌陷調查中的應用
在隱伏基岩為灰岩及白雲岩等可溶性岩石的地區，岩溶塌陷是一種較為常見的地質災害，由於地下水的溶蝕作用，基岩中出現溶洞，溶洞的擴大可導致其上部覆蓋層中形成土洞而造成塌陷。由於這一切均發生在地下，隱蔽性較強，不易引起人們重視，隱患也就更大。在這方面的調查中，地質雷達具有較大的優勢。
2.3.1.3在滑坡調查中的應用
在斜坡地貌發育的地區，滑坡是一種較為常見的地質災害，地表流水的侵蝕、地下水的潛蝕和溶蝕以及工程荷載和地震作用等都可能引發滑坡。滑坡體下滑時與母體之間的分介面稱滑坡面。在工程方面，為了對滑坡災害採取有效的防治措施，首先必須要找出滑坡面。一般採用的是電測法及地震勘測法，但這兩種方法的花費較高，且受地質因素的干擾較大，遠不及地質雷達快速、高效和經濟。
2.3.1.4在活動斷裂調查中的應用
活動斷裂作為一種巨大的災害隱患已引起人們的注意和重視，它可以誘發地震、地裂縫以及地面沉降等多種地質災害，危害極大，如果能準確地確定出活動斷裂的位置，從而在以後的工程建設中避開或採取有效的防護措施，可以最大限度地減少損失。在活動斷裂的調查方面，快速、高效、經濟的地質雷達已逐漸取代了鑽探及變形監測等傳統方法。
2.3.2探測結果
本次測試共計14條測線，長1479m。各測線所得雷達測試圖像清晰，滿足預期探測要求。本文對其中3條測線進行了分析闡述。
2.3.2.1測線1
測線長145m，覆蓋層厚度為1.2~2.5m之間。詳細探測結論見表1與圖2。
表1：探測結果
圖2：測線1成果圖www.LWlm.cOm
2.3.2.2測線2
測線長145m，覆蓋層厚度為1.2~2.5m之間。詳細探測結論見表2與圖3。
表2：探測結果
圖3：測線2成果圖
2.3.2.3測線3
測線長145m，覆蓋層厚度為1.2~2.5m之間。詳細探測結論見表3與圖4。
表3：探測結果
圖4：測線3成果圖
3.結束語
探地雷達作為一種快速、高效和經濟的高新探測技術，在工程建設、地災防治以及其它領域的作用日益顯著，尤其在地質災害調查方面，探地雷達以其無損、快速、準確的工作特點，正逐漸取代鑽探、電法及超聲波等傳統方法，隨著對電磁波研究的日益深入，其應用前景將日益寬廣。
註：文章中所涉及的公式和圖表請用PDF格式打開
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