摘要：簡述地質雷達的基本原理，介紹了地質雷達在水利工程質量檢測中的 應用 實例。
關鍵詞：地球物理 地質雷達 水利工程 質量 應用
1前言
地質雷達作為近十餘年來 發展 起來的地球物理高新技術 方法 ，以其解析度高、定位準確、快速 經濟 、靈活方便、剖面直觀、實時圖象顯示等優點，備受廣大工程技術人員的青睞。現已成功地應用於岩土工程勘察、工程質量無損檢測、水文地質調查、礦產資源 研究 、生態環境檢測、城市地下管網普查、文物及考古探測等眾多領域，取得了顯著的探測效果和 社會 經濟效益，並在工程實踐中不斷完善和提高，必將在工程探測領域發揮著愈來愈重要的作用。而地質雷達技術用於堤防隱患的探測尚屬初步階段，通過廣大物探技術人員的共同努力，達到了解和掌握不同隱患類型在雷達圖像上的反映特徵，在不斷 總結 探測經驗的基礎上，提高異常的判斷能力和精度，較確切地推定堤防工程隱患的性質和位置，以便指導有關管理單位加強堤防工程重點部位的維護和防範，提高和鞏固堤防工程的運行周期和能力。本文以永定河堤防工程護砌質量檢測為實例，說明地質雷達技術在堤防工程探測中的應用情況，以此與同行進行切磋，推動堤防工程探測技術的發展，不妥之處，敬請批評指正。
2基本原理
地質雷達與探空雷達相似，利用高頻電磁波(主頻為數十數百乃至數千兆赫)以寬頻帶短脈衝的形式，由地面通過發射天線(T)向地下發射，當它遇到地下地質體或介質分介面時發生反射，並返回地面，被放置在地表的接收天線(R)接收，並由主機記錄下來，形成雷達剖面圖。由於電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁波場強度以及波形將隨所通過介質的電磁特性及其幾何形態而發生變化。因此，根據接收到的電磁波特徵，既波的旅行時間(亦稱雙程走時)、幅度、頻率和波形等，通過雷達圖像的處理和 分析 ，可確定地下介面或目標體的空間位置或特徵。
雷達波(電磁波)在介面上的反射和透射遵循Snell定律。實際觀測時，由於發射天線與接收天線的距離很近，所以其電磁場方向通常垂直於入射平面，並近似看作法向入射，反射脈衝信號的強度，與介面的反射係數和穿透介質的衰減係數有關，主要取決於周圍介質與反射目的體的電導率和介電常數，對於以位移電流為主的介質，既大多數岩石介質屬非磁性、非導電介質，常常滿足σ/ωε<<1，於是衰減係數(β)的近似值為：
既衰減係數與電導率(σ)及磁導率(μ)的平方根成正比，與介電常數(ε)的平方根成反比。
而介面的反射係數為：
式中Z為波阻抗，其表達式為：
顯然，電磁波在地層中的波阻抗值取決於地層特性參數和電磁波的頻率。由此可見，電磁波的頻率(ω=2πf)越高，波阻抗越大。
對於雷達波常用頻率範圍(25～1000MHz)，一般認為σ<<ωε,因而反射係數r可簡寫成:
上式表明反射係數r主要取決於上下層介電常數差異。
應用雷達記錄的雙程反射時間可以求得目的層的深度H：
式中:t為目的層雷達波的反射時間；c為雷達波在真空中的傳播速度(0.3m/ns)；εr為目的層以上介質相對介電常數均值。
關鍵詞：地球物理 地質雷達 水利工程 質量 應用
1前言
地質雷達作為近十餘年來 發展 起來的地球物理高新技術 方法 ，以其解析度高、定位準確、快速 經濟 、靈活方便、剖面直觀、實時圖象顯示等優點，備受廣大工程技術人員的青睞。現已成功地應用於岩土工程勘察、工程質量無損檢測、水文地質調查、礦產資源 研究 、生態環境檢測、城市地下管網普查、文物及考古探測等眾多領域，取得了顯著的探測效果和 社會 經濟效益，並在工程實踐中不斷完善和提高，必將在工程探測領域發揮著愈來愈重要的作用。而地質雷達技術用於堤防隱患的探測尚屬初步階段，通過廣大物探技術人員的共同努力，達到了解和掌握不同隱患類型在雷達圖像上的反映特徵，在不斷 總結 探測經驗的基礎上，提高異常的判斷能力和精度，較確切地推定堤防工程隱患的性質和位置，以便指導有關管理單位加強堤防工程重點部位的維護和防範，提高和鞏固堤防工程的運行周期和能力。本文以永定河堤防工程護砌質量檢測為實例，說明地質雷達技術在堤防工程探測中的應用情況，以此與同行進行切磋，推動堤防工程探測技術的發展，不妥之處，敬請批評指正。
2基本原理
地質雷達與探空雷達相似，利用高頻電磁波(主頻為數十數百乃至數千兆赫)以寬頻帶短脈衝的形式，由地面通過發射天線(T)向地下發射，當它遇到地下地質體或介質分介面時發生反射，並返回地面，被放置在地表的接收天線(R)接收，並由主機記錄下來，形成雷達剖面圖。由於電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁波場強度以及波形將隨所通過介質的電磁特性及其幾何形態而發生變化。因此，根據接收到的電磁波特徵，既波的旅行時間(亦稱雙程走時)、幅度、頻率和波形等，通過雷達圖像的處理和 分析 ，可確定地下介面或目標體的空間位置或特徵。
雷達波(電磁波)在介面上的反射和透射遵循Snell定律。實際觀測時，由於發射天線與接收天線的距離很近，所以其電磁場方向通常垂直於入射平面，並近似看作法向入射，反射脈衝信號的強度，與介面的反射係數和穿透介質的衰減係數有關，主要取決於周圍介質與反射目的體的電導率和介電常數，對於以位移電流為主的介質，既大多數岩石介質屬非磁性、非導電介質，常常滿足σ/ωε<<1，於是衰減係數(β)的近似值為：
既衰減係數與電導率(σ)及磁導率(μ)的平方根成正比，與介電常數(ε)的平方根成反比。
而介面的反射係數為：
式中Z為波阻抗，其表達式為：
顯然，電磁波在地層中的波阻抗值取決於地層特性參數和電磁波的頻率。由此可見，電磁波的頻率(ω=2πf)越高，波阻抗越大。
對於雷達波常用頻率範圍(25～1000MHz)，一般認為σ<<ωε,因而反射係數r可簡寫成:
上式表明反射係數r主要取決於上下層介電常數差異。
應用雷達記錄的雙程反射時間可以求得目的層的深度H：
式中:t為目的層雷達波的反射時間；c為雷達波在真空中的傳播速度(0.3m/ns)；εr為目的層以上介質相對介電常數均值。
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