地质雷达技术讲解(课件)
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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)PPT课件
如何识别干扰波与目标体的图像特征非常关键 干扰信号在实际探测工作不可避免 1) 地面干扰
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。
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。
地质雷达.
隧道支护质量检测---400兆天线
30×30×17cm
隧道支护质量检测---900兆天线
33×20×8cm
隧道支护质量检测---钢筋
钢筋网模拟图
地质雷达天线水泥板测试图
钢筋网实测图
隧道支护结构---地质雷达模拟图
GPR-SIM软件
反 射 系 数 变 化
隧道支护质量检测---界面(超挖欠挖)
第四章 初期支护质量检测 第三节 地质雷达在隧道中的应用
地质雷达在隧道中应用
支护 （衬砌）
厚度
背部的 回填密 实度
钢筋、钢 架分布
岩溶探测
掌子面 超前预
报
地质雷达法的原理
地质雷达法是一种用于确定地下介质分布的光谱(1MHz～1GHz) 电磁技术。地质雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一 个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时， 其路径、电磁强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而 变化。可根据接收到波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形资 料，可推断介质的结构。
高速铁路客运专线 隧道衬砌质量无损检测规程.pdf
实际上，雷达波之所以在物体界面产生反射，是因为界 面两侧的介电常数不同
隧道支护质量检测---地质雷达仪器
低频天线探测距离长、
GSSI公司地质雷达： 精度低，高频天线探测
SIR-20主机 SIR-3000主机
精度高、距离短。 地质雷达配有的有50
实测时将雷达的发射和接收天线密贴于喷层表 面，雷达波通过天线进人混凝土衬砌中，遇到钢 筋、钢拱架、材质有差别的混凝土、混凝土中间 的不连续面、混凝土与空气分界面、混凝土与岩 石分界面、岩石中的裂面等产生反射，接收天线 接收到反射波，测出反射波的入射、反射双向走 时，就可计算出反射波走过的路程长度，从而求 出天线距反射面的即离D，即有下式:
地质雷达原理及应用PPT课件
适应性强
地质雷达可以在各种复杂的环 境下进行探测，如山地、河流
、城市等。
地质雷达的缺点
成本较高
地质雷达设备成本较高，对于一些小 型项目来说可能不太经济。
对操作员要求高
地质雷达的操作需要专业人员进行， 对于普通人员来说可能需要较长时间 的学习和培训。
受环境影响较大
地质雷达的探测效果受到环境因素的 影响较大，如土壤湿度、电磁噪声等。
时域和频域分析等处理。
数据处理软件还具有地图显示 功能，可将探测结果以图像形 式展示，方便用户分析和解释
。
04
地质雷达应用实例
地下管线探测
总结词
利用地质雷达的高频电磁波探测地下管线的位置和深度，提高城市规划和建设 的安全性。
详细描述
通过向地下发射高频电磁波，并接收反射回来的信号，地质雷达能够准确测定 地下管线的位置和埋深，为城市地下管线的规划、建设和维护提供重要依据。
THANK YOU
感谢聆听
数据处理复杂
地质雷达获取的数据量较大，需要进 行复杂的数据处理和分析，对于数据 处理技术要求较高。
地质雷达的发展趋势
技术升级
数据处理智能化
随着科技的不断发展，地质雷达的技术也 在不断升级，未来将会有更高效、更精确 的探测技术出现。
随着人工智能技术的发展，未来地质雷达 的数据处理将更加智能化，能够自动识别 和提取地下物体的信息。
详细描述
地质雷达能够快速、准确地监测地质灾害的发生和发展，如滑坡、泥石流等，为 灾害预警和应急救援提供及时、准确的信息，有效降低灾害造成的损失。
矿产资源勘探
总结词
利用地质雷达的高分辨率探测矿产资源的分布和储量，为矿 产资源的合理开发和利用提供科学依据。
地质雷达可以在各种复杂的环 境下进行探测，如山地、河流
、城市等。
地质雷达的缺点
成本较高
地质雷达设备成本较高，对于一些小 型项目来说可能不太经济。
对操作员要求高
地质雷达的操作需要专业人员进行， 对于普通人员来说可能需要较长时间 的学习和培训。
受环境影响较大
地质雷达的探测效果受到环境因素的 影响较大，如土壤湿度、电磁噪声等。
时域和频域分析等处理。
数据处理软件还具有地图显示 功能，可将探测结果以图像形 式展示，方便用户分析和解释
。
04
地质雷达应用实例
地下管线探测
总结词
利用地质雷达的高频电磁波探测地下管线的位置和深度，提高城市规划和建设 的安全性。
详细描述
通过向地下发射高频电磁波，并接收反射回来的信号，地质雷达能够准确测定 地下管线的位置和埋深，为城市地下管线的规划、建设和维护提供重要依据。
THANK YOU
感谢聆听
数据处理复杂
地质雷达获取的数据量较大，需要进 行复杂的数据处理和分析，对于数据 处理技术要求较高。
地质雷达的发展趋势
技术升级
数据处理智能化
随着科技的不断发展，地质雷达的技术也 在不断升级，未来将会有更高效、更精确 的探测技术出现。
随着人工智能技术的发展，未来地质雷达 的数据处理将更加智能化，能够自动识别 和提取地下物体的信息。
详细描述
地质雷达能够快速、准确地监测地质灾害的发生和发展，如滑坡、泥石流等，为 灾害预警和应急救援提供及时、准确的信息，有效降低灾害造成的损失。
矿产资源勘探
总结词
利用地质雷达的高分辨率探测矿产资源的分布和储量，为矿 产资源的合理开发和利用提供科学依据。
地质雷达技术应用简介资料67页PPT
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢！
Hale Waihona Puke 51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
地质雷达技术应用简介资料
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢！
Hale Waihona Puke 51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
地质雷达技术应用简介资料
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
地质雷达课件(内部参考)
第一讲地质雷达的应用领域探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)，又称地质雷达，是近些年发展起来的高效的浅层地球物理探测新技术，它利用主频为数十兆赫至千兆赫兹波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，为雷达天线接受器所接受，通过对所接受的雷达信号进行处理和图像解译，达到探测前方目的体的目的。
与传统的地球物理方法相比，探地雷达最大的优点就是具有快速便捷、探测精度高以及对原物体无破坏作用。
因此，探地雷达在道路建设和公路质量检测领域已逐渐被认识到并广泛应用起来。
地质雷达自上世纪80年代中期开始应用至今将近20年了，其应用领域逐渐扩大，在考古、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空各领域都有重要的应用，解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、超前预报、地质构造等问题。
1.1 工程场地勘察地质雷达最早用于工程场地勘查，解决松散层厚度分布，基岩风化层分布，以及节理带断裂带等问题。
有时也用于研究地下水分布，普查地下溶洞、人工洞室等。
在粘土补发育的地区，探查深度可达20m以上，效果很好。
1.2 埋设物与考古探察考古是地质雷达应较早的领域，在欧洲有成功的实例，如意大利罗马遗址考古、中国长江三峡库区考古等项目都应用了雷达技术。
利用雷达探测古建筑基础、地下洞室、金属物品等。
在现今城市改造中，有时也需要了解地下管网，如电力管线、热力管线、上下水管线、输气管线、通信电缆等，这对于地质雷实是很容易的。
目前地质雷达为地下管线探测发展了高分辨3D探测系统及软件，如PATHFINDER雷达、R I S-2K/S等雷达都可以胜任这类工作，不但可探测到水平位置分布，还可以确定其深度，得到三维分布图。
雷达考古雷达探测管道1.3 工程质量检测工程检测近年应用领域急速扩大，特别是在中国的重要工程项目中，质量检测广泛采用雷达技术。
铁路公路隧道衬砌、高速公路路面、机场跑道等工程结构普遍采用地质雷达检测。
地质雷达介绍ppt课件
g
e4r
满足Qs+Q>0的距离 ，称为探地雷达的探测距离，亦 即处在距离 r 范围内的目的体的反射信号可以为雷达 系统所探测。
26
1.2 探测距离
与选用的天线频率、地下介质的相对介电常数、电导率相关
对于铜、铁等良导电媒介质，其电导率σ很大，衰减常 数β也很大，因此，电磁波在良导电媒质中传播时，场 矢量的衰减很快，电磁波只能透入良导体表面的薄层内 （电磁波只能在导体以外的空间或电介质中传播），这 种现象称为趋肤效应。电磁波透入导体内的深度称为穿
6
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
7
绝大多数岩石介质属非磁性、非导电介质，常常满
13
EKKO 系列 EKKO 100增强型
E K K O 1 0 0 0 型
Noggin 250型
14
SIR 系列
匹配天线
SIR3000型（最新）
15
美国GSSI自行生产的天线
3207型
Next
5103型
5100型
16
Radarteam定制的天线 Subecho 70型
屏蔽Subecho 200型 屏蔽天线900型
4
探地雷达工作原理示意图
发射天线
接收天线
直达波
目标体 反射波
5
• 超高频电磁波（10MHz－5000MHz） • 由于地下介质往往具有不同的物理特性，如介质的介电
性、导电性及导磁性差异，因而对电磁波具有不同的波 阻抗，进入地下的电磁波在穿过地下各地层或管线等目 标体时，由于界面两侧的波阻抗不同，电磁波在介质的 界面上会发生反射和折射，反射回地面的电磁波脉冲其 传播路径、电磁波场强度与波形将随所通过介质的电性 质及几何形态而变化，因此，从接收到的雷达反射回波 走时、幅度及波形资料，可以推断地下介质或管线的埋 深与类型。
地质雷达技术讲解
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载入数据
数据处理与资料解释 一维滤波/去直流漂移
增益/能量衰减
静校正/移动开始时间
一维带通滤波
二维滤波/抽取平均道
二维滤波/滑动平均
偏移/时深转换
图像显示称，工程名称、地点，建设单位、勘察单位、 设计单位、监理单位和施工单位，设计要求，检测目的， 检测依据，检测日期；
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现场采集 7．安全要求： 测量拱顶和拱腰位置时，工作人员和天线都要用安全带或
绳索与周边物体进行固定，防止工人高空作业时发生危险 和天线滑落摔坏。 8．地面要求： 地面平坦，无杂物、无影响车辆通行的障碍物。
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衬砌检测报检单
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衬砌检测报检单
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机械，尽可能不要采用履带式机械。建议使用市政路 灯维修车或自行搭建，但须保证行使平稳，不晃动。 2．人员配置： 工人4-5名，现场技术人员2名。
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现场采集 3．标记里程： 在数据采集之前，要每间隔5米或10米的距离用明显的标
记标明隧道里程数，要保证清晰可见。 4．操作平台： 采集拱顶和拱腰位置的数据时，其操作平台至少要能够容
数据采集记录表
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数据采集记录表
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
数据处理
雷达波在地下的传播过程中各种噪声和杂波的干扰非常严 重，正确识别各种杂波与噪声、提取其有用信息是探地雷 达记录解释的重要的环节，其关键技术是对地质雷达记录 进行各种数据处理。电磁波的传播形式与地震波十分相似， 而且数据剖面也类似于反射地震数据剖面 ，因此反射地 震数据处理的许多有效技术均可用于地质雷达的数据处理， 但由于雷达波和地震波存在着动力学差异，如强衰减性， 雷达波在湿的地层中衰减比在干的情况下要大，而
载入数据
数据处理与资料解释 一维滤波/去直流漂移
增益/能量衰减
静校正/移动开始时间
一维带通滤波
二维滤波/抽取平均道
二维滤波/滑动平均
偏移/时深转换
图像显示称，工程名称、地点，建设单位、勘察单位、 设计单位、监理单位和施工单位，设计要求，检测目的， 检测依据，检测日期；
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现场采集 7．安全要求： 测量拱顶和拱腰位置时，工作人员和天线都要用安全带或
绳索与周边物体进行固定，防止工人高空作业时发生危险 和天线滑落摔坏。 8．地面要求： 地面平坦，无杂物、无影响车辆通行的障碍物。
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衬砌检测报检单
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衬砌检测报检单
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机械，尽可能不要采用履带式机械。建议使用市政路 灯维修车或自行搭建，但须保证行使平稳，不晃动。 2．人员配置： 工人4-5名，现场技术人员2名。
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现场采集 3．标记里程： 在数据采集之前，要每间隔5米或10米的距离用明显的标
记标明隧道里程数，要保证清晰可见。 4．操作平台： 采集拱顶和拱腰位置的数据时，其操作平台至少要能够容
数据采集记录表
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数据采集记录表
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
数据处理
雷达波在地下的传播过程中各种噪声和杂波的干扰非常严 重，正确识别各种杂波与噪声、提取其有用信息是探地雷 达记录解释的重要的环节，其关键技术是对地质雷达记录 进行各种数据处理。电磁波的传播形式与地震波十分相似， 而且数据剖面也类似于反射地震数据剖面 ，因此反射地 震数据处理的许多有效技术均可用于地质雷达的数据处理， 但由于雷达波和地震波存在着动力学差异，如强衰减性， 雷达波在湿的地层中衰减比在干的情况下要大，而
地质雷达PPT演示课件
将雷达子波的周期、持续时间长度和衰减 比三个参数作为子波的波组特征。
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，后续震相略有衰减。
12
3.2 地质雷达波组识别的三个要点
反射波的振幅和方向 反射波的频谱特性 反射波同相轴的形态特征
13
3.3 反射层波组的识别
识别反射波组的标志为同相性、相似性、 反射波形特征等。
地质雷达在各种复杂的施工环境中的广泛应用， 面临着各种干扰源的影响。如何去除这些干扰成 为摆在工程人员面前日益紧要的问题之一。
提高处理方法，减少问题的多解性，减少在处理 解释中对人员经验的依赖。尤其在资料的解释过 程中，如何识别不同特征波形对应的地下异常分 布成为提高探测成果质量的关键问题。
确定具有一定形态特征的反射波组是反射 层识别的基础，而反射波组的同相性与相 似性为反射层的追踪提供依据。
通过对比地质雷达反射波图像与钻探结果， 建立测区地层的反射波组特征。根据反射 波组的特征就可以在地质雷达反射波图像 剖面中拾取反射层。
14
3.4 典型目标体的波组特征
基岩的波组特征 地层界面的波组特征 地下管道的波组特征 水底地形的波组特征 第四系含水地层的波组特征 地下空洞的波组特征 地下埋藏物的波组特征
地质雷达数据处理、解释 及其在工程勘查中的应用
地球探测科学与技术学院 指导老师：田钢教授 答辩人：范秦军
1
主要内容
一 绪论 二 地质雷达数据处理方法 三 地质雷达资料的解释 四 地质雷达在工程勘查中的应用 五 结束语
2
一 绪论
地质雷达技术发展历史 问题的提出 本文主要工作
3
1.1 地质雷达技术发展历史
水域断裂调查 陆上工程勘查试验
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，后续震相略有衰减。
12
3.2 地质雷达波组识别的三个要点
反射波的振幅和方向 反射波的频谱特性 反射波同相轴的形态特征
13
3.3 反射层波组的识别
识别反射波组的标志为同相性、相似性、 反射波形特征等。
地质雷达在各种复杂的施工环境中的广泛应用， 面临着各种干扰源的影响。如何去除这些干扰成 为摆在工程人员面前日益紧要的问题之一。
提高处理方法，减少问题的多解性，减少在处理 解释中对人员经验的依赖。尤其在资料的解释过 程中，如何识别不同特征波形对应的地下异常分 布成为提高探测成果质量的关键问题。
确定具有一定形态特征的反射波组是反射 层识别的基础，而反射波组的同相性与相 似性为反射层的追踪提供依据。
通过对比地质雷达反射波图像与钻探结果， 建立测区地层的反射波组特征。根据反射 波组的特征就可以在地质雷达反射波图像 剖面中拾取反射层。
14
3.4 典型目标体的波组特征
基岩的波组特征 地层界面的波组特征 地下管道的波组特征 水底地形的波组特征 第四系含水地层的波组特征 地下空洞的波组特征 地下埋藏物的波组特征
地质雷达数据处理、解释 及其在工程勘查中的应用
地球探测科学与技术学院 指导老师：田钢教授 答辩人：范秦军
1
主要内容
一 绪论 二 地质雷达数据处理方法 三 地质雷达资料的解释 四 地质雷达在工程勘查中的应用 五 结束语
2
一 绪论
地质雷达技术发展历史 问题的提出 本文主要工作
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1.1 地质雷达技术发展历史
水域断裂调查 陆上工程勘查试验
地下工程监测与检测技术六地下工程中的地质雷达测试技术ppt课件
测线布置一般应尽可能 与异常的走向垂直；同时测 线的间距应小于或等于目标 尺度与分辨率尺度，以防目 标漏测；对于一般的二度体， 可以布置一个方向的测线， 如需反映三度体的特性或做 成三维成像，应布置多条测 线或构成测网。
三.观测场地与环境记录
观测现场记录很重要，它是资料解释的基础。有些环境 干扰信号被记录下来，如电线杆、侧面墙要点是把那些可能产生反射干扰的地物都记录下来，注明它 们的性质、与测线的距离、位置关系等。
二.电磁波在介质中的传播规律
电磁波根据其波面的形状可以分为平面波、柱面波和球 面波，其中平面波是最基本、最具有电磁波普遍规律的电磁 波类型。
探地雷达所发射的的电磁波可经傅立叶变换换算一系列 的谐波，这些谐波近似为平面波，则探地雷达电磁波传播以 平面谐波的传播规律为基础。
在探地雷达应用中，通常比较关心电磁波的传播速度和衰减因子 。若介质为低损耗介质，此时，平面波的电场强度近似等于磁场强 度；大多数岩石介质为非磁性、非导电介质，此时电磁波的速度主 要取决于介质的介电常数；衰减常数与电导率成正比，与介电常数 的平方根成反比，电磁波能量的衰减主要是由于感生涡流损失引起 的。若介质为良导体，此时，随着电导率、磁导率增加，以及电磁 波频率升高，电磁波的衰减越快。波速与频率的平方根成正比，与 电导率的平方根成反比，波速是频率和电导率的函数。
地质雷达反射剖面示意图
一.麦克斯韦电磁场理论简介
E
.D
B t
.B 0
H
J
D t
麦克斯韦方程组表明，随着时间变化的磁场会产生时间变化的电 场，随着时间变化的电场又会产生随着时间变化的磁场。简言之， 就是变化的磁场和变化的电场相互激发，并且变化的磁场和变化的 电场以一定的速度向外传播，这就形成了电磁波。
三.观测场地与环境记录
观测现场记录很重要，它是资料解释的基础。有些环境 干扰信号被记录下来，如电线杆、侧面墙要点是把那些可能产生反射干扰的地物都记录下来，注明它 们的性质、与测线的距离、位置关系等。
二.电磁波在介质中的传播规律
电磁波根据其波面的形状可以分为平面波、柱面波和球 面波，其中平面波是最基本、最具有电磁波普遍规律的电磁 波类型。
探地雷达所发射的的电磁波可经傅立叶变换换算一系列 的谐波，这些谐波近似为平面波，则探地雷达电磁波传播以 平面谐波的传播规律为基础。
在探地雷达应用中，通常比较关心电磁波的传播速度和衰减因子 。若介质为低损耗介质，此时，平面波的电场强度近似等于磁场强 度；大多数岩石介质为非磁性、非导电介质，此时电磁波的速度主 要取决于介质的介电常数；衰减常数与电导率成正比，与介电常数 的平方根成反比，电磁波能量的衰减主要是由于感生涡流损失引起 的。若介质为良导体，此时，随着电导率、磁导率增加，以及电磁 波频率升高，电磁波的衰减越快。波速与频率的平方根成正比，与 电导率的平方根成反比，波速是频率和电导率的函数。
地质雷达反射剖面示意图
一.麦克斯韦电磁场理论简介
E
.D
B t
.B 0
H
J
D t
麦克斯韦方程组表明，随着时间变化的磁场会产生时间变化的电 场，随着时间变化的电场又会产生随着时间变化的磁场。简言之， 就是变化的磁场和变化的电场相互激发，并且变化的磁场和变化的 电场以一定的速度向外传播，这就形成了电磁波。
地质雷达-PPT课件
2009.10
中国矿业大学。地球探测与信息技术
对地下雷达探测目标的解释,离不开必要的地 质理论和地质工程知识，更确切地说，探测地下 目标的雷达系统应称为“地质雷达系统 ”(Geologic radar system)。
2009.10
中国矿业大学。地球探测与信息技术
一、基本原理
地质雷达由发射部分和接收部分组成。发射部分由 产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线(Tx) 组成。通过发射天线电磁波以60°～90°的波束角向地下 发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反 射。反射波被设置在某一固定位置的接收天线（Rx） 接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的直 达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将两 种显示出来。
2009.10
中国矿业大学。地球探测与信息技术
四、数据处理与资料解释
载入原始数据
1 维 滤 波 /去 直 流 漂 移
增 益 /能 量 衰 减
静 校 正 /移 动 开 始 时 间
一维带通滤波
二 维 滤 波 /抽 取 平 均 道
二 维 滤 波 /滑 动 平 均
偏 移 /时 深 转 换
2009.10
图像显示和解释
2009.10
中国矿业大学。地球探测与信息技术
探地雷达（Ground Penetrating Radar）是一种高科 技的地球物理探测仪器，目前已经广泛的应用于高速公路 ，机场的路面质量检测；隧道，桥梁，水库大坝检测；地 下管线，地下建筑的检测等诸多的工程领域。
探地雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个 天线接受来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传 播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性 质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间（ 亦称双程走时）、幅度与波形资料，可推断地下介质的分 布情况。
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数据处理 地震波却恰好相反；地质雷达的穿透深度比地震波要浅得
多。所以单一地移植、借鉴地震资料处理技术是不够的。 通常我们得到的雷达数据是原始数据，为了更容易的识别 目标体和得到更清晰的反射信号，还需要对雷达原始数据 进行进一步的后处理。这里以瑞典 MALA 公司的 Ground Vision采集处理软件为例，简要说明数据处理的过程。
隧道检测
Page 11
准备工作
初支或二衬壁上每5m做一标记（红点或红竖杠），每20m 做一里程标记（如DK123+880）；
搭设检测台架，可以以3-10km/h速度移动，台架上要能站 立2人且有护栏，站在台架上的人员要能触摸到拱顶和拱 腰位置；
配备了解现场情况的工程技术人员2人，司机1人，安全防 护人员1人，配合检测工人4人；
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地质雷达应用领域
市政设施及管线探测
铁路工程探测
公路探测
建筑结构、桥梁、隧道检测
Page 9
地质与环境探测 考古探测
军事安全探测
Page 10
隧道检测
隧道探测要解决的主要问题 隧道衬砌厚度检查 隧道内部结构物检查—钢筋、钢拱架等 隧道衬砌混凝土质量检查 隧道衬砌混凝土密实度检查 隧道衬砌防水板检查 隧道超前预报
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现场采集 7．安全要求： 测量拱顶和拱腰位置时，工作人员和天线都要用安全带或
绳索与周边物体进行固定，防止工人高空作业时发生危险 和天线滑落摔坏。 8．地面要求： 地面平坦，无杂物、无影响车辆通行的障碍物。
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衬砌检测报检单
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衬砌检测报检单
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2.检测原理及方法； 3.检测里程汇总； 4.问题缺陷汇总表； 5.结论及建议； 6.附表--检测厚度汇总表； 7.附图--厚度检测曲线图、雷达检测图像。
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隧道应用实例
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良好的衬砌检测图像
检测图像解释
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超挖地段雷达图像（隧道）
检测图像解释
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载入数据
数据处理与资料解释 一维滤波/去直流漂移
增益/能量衰减
静校正/移动开始时间
一维带通滤波
二维滤波/抽取平均道
二维滤波/滑动平均
偏移/时深转换
图像显示和解释
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报告编写
1. 委托方名称，工程名称、地点，建设单位、勘察单位 、设计单位、监理单位和施工单位，设计要求，检测目的 ，检测依据，检测日期；
机械，尽可能不要采用履带式机械。建议使用市政路 灯维修车或自行搭建，但须保证行使平稳，不晃动。 2．人员配置： 工人4-5名，现场技术人员2名。
Page 14
现场采集 3．标记里程： 在数据采集之前，要每间隔5米或10米的距离用明显的标
记标明隧道里程数，要保证清晰可见。 4．操作平台： 采集拱顶和拱腰位置的数据时，其操作平台至少要能够容
数据采集记录表
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数据采集记录表
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Page 22
仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
数据处理
雷达波在地下的传播过程中各种噪声和杂波的干扰非常严 重，正确识别各种杂波与噪声、提取其有用信息是探地雷 达记录解释的重要的环节，其关键技术是对地质雷达记录 进行各种数据处理。电磁波的传播形式与地震波十分相似， 而且数据剖面也类似于反射地震数据剖面 ，因此反射地 震数据处理的许多有效技术均可用于地质雷达的数据处理， 但由于雷达波和地震波存在着动力学差异，如强衰减性， 雷达波在湿的地层中衰减比在干的情况下要大，而
强光手电3把，安全绳2套，安全帽； 如果要检测仰拱，清理干净填充面，做到无水、
无泥、无太多杂物覆盖、无大型障碍物；
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现场采集 （一）测线布置 采用纵向布置测线的方式，在隧道内布设了七条测
线，对其衬砌厚度进行检测。隧道地质雷达测线布 置示意图如下：
Page 13
现场采集
（二）测量技术要点 1．设备要求： 测量拱顶和拱腰位置时，测量所用车辆须采用胶轮式
Page 3
电磁波的传播过程
当地下介质中的波速v为
已知时，可根据精确测得 的走时t，由上式求得目
标体的深度z。式中x值即
收发距，在剖面测量中是
固定的；v值可用宽角法
直接测量
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地质雷达检测原理
也可以根据近似计算公式：
地质雷达检测原理
c v
r
c为光速；
r 为地下介质的相对介电常数。
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2013年1月
地质雷达检测原理 地质雷达是利用超高频窄脉冲（106－109Hz）电磁波在
介质中传播规律的一种无损检测设备，它能够快速获得 相关探测区域的详细信息。地质雷达主要由主机和天线 组成，其中天线又包括发射端和接收端两部分。
Page 2
地质雷达检测原理
地质雷达系统采集数据时，天线的发射端向测量表面以下 发送以球面波形式传播的电磁波，同时，天线的接收端接 收由不同电介质特性的层面反射的回波，经电缆或光纤传 输到终端连接的计算机上，实时显示雷达图像。电磁波在 介质中传播时，其路径、波形将随所通过介质的电性质和 几何形态的不同而变化。
检测图像解释 脱空地段（雷达波的波幅反向，波的反射强烈，呈现
出连续的脱空）
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检测图像解释 混凝土不密实（衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧
形，且不连续较分散）
常见介质的 ' 和 V
地质雷达检测原理
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地质雷达的组成
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地质雷达仪器的特点 地质雷达仪器的特点是：系统高度集成化、数字化，操作简
单化，天线屏蔽干扰小，探测范围广，分辨率高，具有实时 数据处理和信号增强，现场实时显示二维彩色图像。其配置 的探测天线系列化，可应用与各类地下目的体及目的层的检 测与探测。
纳3人，有足够的活动空间。
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现场采集
5．人员要求： 负责举天线的工人要保证天线在衬砌表面平稳前进，不要
倾斜；负责固定测量轮的工人要保证测量轮与衬砌表面接 触良好，能够正常计数；负责安全的工人一定要保护好其 他工作人员和自己的安全。 6．打标： 当天线经过标记里程时，要有一名技术人员负责通报给设 备操作工程师，以便在数据上进行打标。
数据处理 地震波却恰好相反；地质雷达的穿透深度比地震波要浅得
多。所以单一地移植、借鉴地震资料处理技术是不够的。 通常我们得到的雷达数据是原始数据，为了更容易的识别 目标体和得到更清晰的反射信号，还需要对雷达原始数据 进行进一步的后处理。这里以瑞典 MALA 公司的 Ground Vision采集处理软件为例，简要说明数据处理的过程。
隧道检测
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准备工作
初支或二衬壁上每5m做一标记（红点或红竖杠），每20m 做一里程标记（如DK123+880）；
搭设检测台架，可以以3-10km/h速度移动，台架上要能站 立2人且有护栏，站在台架上的人员要能触摸到拱顶和拱 腰位置；
配备了解现场情况的工程技术人员2人，司机1人，安全防 护人员1人，配合检测工人4人；
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地质雷达应用领域
市政设施及管线探测
铁路工程探测
公路探测
建筑结构、桥梁、隧道检测
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地质与环境探测 考古探测
军事安全探测
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隧道检测
隧道探测要解决的主要问题 隧道衬砌厚度检查 隧道内部结构物检查—钢筋、钢拱架等 隧道衬砌混凝土质量检查 隧道衬砌混凝土密实度检查 隧道衬砌防水板检查 隧道超前预报
Page 16
现场采集 7．安全要求： 测量拱顶和拱腰位置时，工作人员和天线都要用安全带或
绳索与周边物体进行固定，防止工人高空作业时发生危险 和天线滑落摔坏。 8．地面要求： 地面平坦，无杂物、无影响车辆通行的障碍物。
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衬砌检测报检单
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衬砌检测报检单
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2.检测原理及方法； 3.检测里程汇总； 4.问题缺陷汇总表； 5.结论及建议； 6.附表--检测厚度汇总表； 7.附图--厚度检测曲线图、雷达检测图像。
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隧道应用实例
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良好的衬砌检测图像
检测图像解释
Page 32
超挖地段雷达图像（隧道）
检测图像解释
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载入数据
数据处理与资料解释 一维滤波/去直流漂移
增益/能量衰减
静校正/移动开始时间
一维带通滤波
二维滤波/抽取平均道
二维滤波/滑动平均
偏移/时深转换
图像显示和解释
Page 29
报告编写
1. 委托方名称，工程名称、地点，建设单位、勘察单位 、设计单位、监理单位和施工单位，设计要求，检测目的 ，检测依据，检测日期；
机械，尽可能不要采用履带式机械。建议使用市政路 灯维修车或自行搭建，但须保证行使平稳，不晃动。 2．人员配置： 工人4-5名，现场技术人员2名。
Page 14
现场采集 3．标记里程： 在数据采集之前，要每间隔5米或10米的距离用明显的标
记标明隧道里程数，要保证清晰可见。 4．操作平台： 采集拱顶和拱腰位置的数据时，其操作平台至少要能够容
数据采集记录表
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数据采集记录表
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
数据处理
雷达波在地下的传播过程中各种噪声和杂波的干扰非常严 重，正确识别各种杂波与噪声、提取其有用信息是探地雷 达记录解释的重要的环节，其关键技术是对地质雷达记录 进行各种数据处理。电磁波的传播形式与地震波十分相似， 而且数据剖面也类似于反射地震数据剖面 ，因此反射地 震数据处理的许多有效技术均可用于地质雷达的数据处理， 但由于雷达波和地震波存在着动力学差异，如强衰减性， 雷达波在湿的地层中衰减比在干的情况下要大，而
强光手电3把，安全绳2套，安全帽； 如果要检测仰拱，清理干净填充面，做到无水、
无泥、无太多杂物覆盖、无大型障碍物；
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现场采集 （一）测线布置 采用纵向布置测线的方式，在隧道内布设了七条测
线，对其衬砌厚度进行检测。隧道地质雷达测线布 置示意图如下：
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现场采集
（二）测量技术要点 1．设备要求： 测量拱顶和拱腰位置时，测量所用车辆须采用胶轮式
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电磁波的传播过程
当地下介质中的波速v为
已知时，可根据精确测得 的走时t，由上式求得目
标体的深度z。式中x值即
收发距，在剖面测量中是
固定的；v值可用宽角法
直接测量
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地质雷达检测原理
也可以根据近似计算公式：
地质雷达检测原理
c v
r
c为光速；
r 为地下介质的相对介电常数。
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地质雷达检测原理 地质雷达是利用超高频窄脉冲（106－109Hz）电磁波在
介质中传播规律的一种无损检测设备，它能够快速获得 相关探测区域的详细信息。地质雷达主要由主机和天线 组成，其中天线又包括发射端和接收端两部分。
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地质雷达检测原理
地质雷达系统采集数据时，天线的发射端向测量表面以下 发送以球面波形式传播的电磁波，同时，天线的接收端接 收由不同电介质特性的层面反射的回波，经电缆或光纤传 输到终端连接的计算机上，实时显示雷达图像。电磁波在 介质中传播时，其路径、波形将随所通过介质的电性质和 几何形态的不同而变化。
检测图像解释 脱空地段（雷达波的波幅反向，波的反射强烈，呈现
出连续的脱空）
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检测图像解释 混凝土不密实（衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧
形，且不连续较分散）
常见介质的 ' 和 V
地质雷达检测原理
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地质雷达的组成
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地质雷达仪器的特点 地质雷达仪器的特点是：系统高度集成化、数字化，操作简
单化，天线屏蔽干扰小，探测范围广，分辨率高，具有实时 数据处理和信号增强，现场实时显示二维彩色图像。其配置 的探测天线系列化，可应用与各类地下目的体及目的层的检 测与探测。
纳3人，有足够的活动空间。
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现场采集
5．人员要求： 负责举天线的工人要保证天线在衬砌表面平稳前进，不要
倾斜；负责固定测量轮的工人要保证测量轮与衬砌表面接 触良好，能够正常计数；负责安全的工人一定要保护好其 他工作人员和自己的安全。 6．打标： 当天线经过标记里程时，要有一名技术人员负责通报给设 备操作工程师，以便在数据上进行打标。