第五章地质雷达教材
地质雷达基础知识(一)
地质雷达基础知识(一)一、教学内容本节课的教学内容来自小学科学教材第六册第五章节“地球的秘密”。
该章节主要介绍了地质雷达的基本概念、工作原理及其在地质探测中的应用。
具体内容包括地质雷达的定义、组成部分、工作原理、使用方法以及探测结果的解读等方面。
二、教学目标1. 让学生了解地质雷达的基本概念，知道地质雷达在地质探测中的重要作用。
2. 学生能理解地质雷达的工作原理，并能简单描述其工作过程。
3. 学生能够运用地质雷达的知识，解决实际问题。
三、教学难点与重点重点：地质雷达的基本概念、工作原理及其在地质探测中的应用。
难点：地质雷达工作原理的理解和实际应用。
四、教具与学具准备教具：PPT、地质雷达模型、实物图片等。
学具：笔记本、彩笔、练习册等。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示地震灾区现场，引导学生关注地质探测技术在灾后救援中的重要作用，进而引出地质雷达的概念。
2. 知识讲解：介绍地质雷达的定义、组成部分、工作原理及其在地质探测中的应用。
通过地质雷达模型的展示，让学生更直观地理解地质雷达的工作原理。
3. 例题讲解：分析实际探测案例，让学生了解地质雷达在地质探测中的应用，培养学生运用地质雷达知识解决实际问题的能力。
4. 随堂练习：设计一些有关地质雷达的练习题，让学生巩固所学知识。
5. 板书设计：板书地质雷达的基本概念、工作原理及其在地质探测中的应用。
6. 作业设计：题目1：请简要描述地质雷达的基本概念。
答案：地质雷达是一种利用电磁波探测地下目标的仪器，主要由发射装置、接收装置和数据处理装置组成。
题目2：请解释地质雷达的工作原理。
答案：地质雷达通过发射装置发射电磁波，当电磁波遇到地下目标时，会发生反射。
接收装置接收这些反射回来的电磁波，并通过数据处理装置分析，从而得到地下目标的信息。
题目3：请举例说明地质雷达在地质探测中的应用。
答案：地质雷达可以用于探测地下水位、查找地下管线、探测地下溶洞等地质现象。
在地震灾区，地质雷达还可以用于探测被埋压人员的生存状态。
radar3 地质雷达课件
5. 探地雷达图像的解释方法地下介质电性分布几何分布已知资料波形特征分析5.1 时间剖面的对比原则拾取反射层，依据勘察孔进行对比，建立各种地层的反射波组特征；只要地下介质存在电性差异，就可在雷达剖面上找到相应的反射波。
识别和追踪同一界面的反射波形依据：同相性、振幅显著性变化、波形特征5.2 干扰波的雷达图像特征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，严重影响目标体的挨反射波信息，波形杂乱，不规则。
5.3 常见特殊地质体的雷达图像特征1) 潜水面水平的强振幅反射波潜水面上下介质因为含水量的差别，介电常数产生较大的差异，反射系数较大。
潜水面下的反射波组衰减较大2) 不同土层的波场特征杂填土：反射波杂乱无序，粘土层：同相轴连续，波组平行粉质粘土，振幅中等淤泥质粘土，衰减大，振幅小砂层的波场特征与粘土层相似，中等及粗砂层，反射波同相轴不连续，存在有规律的绕射波3) 基岩破碎带的波场特征同相轴错断，但破碎带两侧的波组关系相对稳定破碎面上的振幅强4) 暗浜及古河道的波场特征特殊的地质现象。
成分复杂，电性差异大二者雷达图像特征相似，区别在于范围的大小反射波振幅大，波形粗黑，同相轴不连续，波形杂乱，边界明显，5.4 常见地下目的物的雷达图像特征1) 地下管线反射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，不同的材质的管线的反射波特征不同：金属管：介电常数大，导率率极强，衰减极大，金属管顶反射出现极性反转，无管底的反射信息非金属管，管顶无极性反转，有可能出现管底信息管内是否充水，其波形特征亦不同，若充水，则亦出现波形的极性反转管线的半径越大，反射弧的曲率半径就越大电缆污水管陶瓷PVC金属2) 防空洞、地下室及污水箱涵极强的反射振幅反射波的极性反转3) 桩体桩体与周围地层在垂直界面的电性差异明显，桩体两侧反射波同相轴存在明显错断。
5、地质雷达预报
地质雷达预报QB/ZTYJGYGF-SD-0205-2011广州分公司 任晓锋 屈 强1 前言1.1工艺工法概况地质雷达超前地质预报属短期超前地质预报，是对TSP 超前地质（中期）预报的补充验证。
主要目的是在隧道开挖之前，通过地质雷达探测，及时发现掌子面前方的异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖方法、支护设计参数和优化设计方案提供依据。
并为预防隧道涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备，保证施工安全。
1.2地质雷达法基本原理地质雷达探测（简称GPR ）是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及反射，根据传播速度和反射脉冲波走时进行超前地质预报的一种物探方法。
雷达发射天线向地下连续发射脉冲式高频电磁波，当遇到有电性差异的界面或目标体（介电常数和电导率不同）时即发生反射波和透射波。
接收天线接收反射波并经电缆传递给主机，在主机显示屏上形成实时的时间剖面。
根据记录到的反射波的到达时间和求得的电磁波在介质中的传播速度，确定界面或目标体的深度；同时根据反射波的形态、强弱及其变化等因素 来判定目标体的性质。
（如下图）图1 地质雷达探测原理示意图 2 工艺工法特点地质雷达工作原理图地质雷达用于隧道超前地质预报具有适用范围广、操作简单、现场测试环境要求低、预报距离短、准确度高、提交结果及时，以及预报成本低，对施工干扰小等特点。
3 适用范围地质雷达适用于对断层及其影响带、溶洞、崆区、裂隙发育带、软弱夹层，以及地下水、混凝土衬砌、地下管线等的预测预报,适用距离一般为30m以内。
4 主要引用标准4.1《铁路工程物理勘探规程》（TB10013）、《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214)、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)、《铁路隧道施工规范》(TB10204) 、《公路隧道工程施工技术规范》（JTG F60）。
最新地质雷达使用讲义
精品资料地质雷达使用讲义........................................摘要: 针对铁路隧道施工中可能出现的质量问题,利用地质雷达技术进行隧道工程质量检测。
针对铁路隧道,给出地质雷达在无损检测应用中的工作方法,包括测线布置、采集参数设定、现场检测和后期资料处理解释。
通过对现场数据处理分析,可以精确探测衬砌厚度,确定钢筋及格栅钢架的分布位置及数量,查明衬砌背后特别是拱顶存在的空洞和回填不密实区域。
使用地质雷达对隧道混凝土衬砌结构进行检测,实践证明技术方法是切实可行的前言地质雷达法以其无损性、高效率、高分辨率等优点,正逐渐成为地下隐蔽工程调查的一种有力工具,现已广泛应用于工程地质勘察、建筑结构调查、无损检测、水文地质调查、生态环境等众多领域。
随着交通事业的发展,隧道的大量建设,隧道病害也屡见不鲜。
应用地质雷达检测隧道衬砌,在铁路、公路部门中已经普遍展开。
应用地质雷达进行隧道衬砌检测已有很多研究。
检测内容主要包括:隧道衬砌的厚度、隧道衬砌背后回填物的密实状态、隧道衬砌背后与围岩的脱空区域、围岩的状态及其地下水向隧道侵入的通路等方面。
由于高频电磁波在介质中的高衰减性,使得该方法的应用受到一定的限制。
地质雷达的检测效果不仅与地质雷达本身的技术,还与较多影响因素相关,因而使得实际工程中很多检测效果并没有达到预期的目的。
因此,有必要分析影响应用地质雷达技术检测效果的主要因素,解决地质雷达在隧道检测中的有关技术问题,以便进一步提高检测水平。
1．地质雷达检测隧道衬砌目的隧道衬砌的质量检测主要包括:①隧道衬砌厚度，②隧道衬砌背后未回填的空区，③复合式衬砌中两层衬砌间较大的空段，④施工时坍方位置及坍方的处理情况，⑤衬砌混凝土回填密实度。
有时还可检测围岩中地下水向隧道侵入的位置。
近几年来采用探地雷达来做主要检测手段的越来越多。
这是由于与其它方法相比，作为沿测线作扫描检测的探地雷达工作效率较高。
地质雷达原理及应用PPT课件
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。
《探地雷达方法原理及应用》教学大纲
探地雷达方法原理及应用一、课程说明课程编号：010353Z10课程名称：探地雷达方法原理及应用/ Principle and Application of Ground Penetrating Radar课程类别：专业教育课程(专业选修课)学时/学分：32/2先修课程：地球物理场论适用专业：地球物理学教材、教学参考书：1. 《探地雷达方法原理及应用》，曾昭发等，科学出版社2. 《探地雷达方法与应用》，李大心，地质出版社二、课程设置的目的意义本课程为地球物理学专业的专业选修课，地质雷达是用高频无线电磁波来探测地下介质或物体内部分布规律的一种重要浅层地球物理方法，该课程的设置主要是考虑到地质雷达在工程、环境、资源、城市地下管线等领域越来越广泛的应用。
课程主要内容包括地质雷达探测的原理、天线、系统、测量方法技术、数据处理和模拟解释，以及在不同领域的应用。
课程所包含的内容是以上专业本科学生开展工程地球物理勘探所应具备的知识结构的重要组成部分。
三、课程的基本要求要求学生通过本课程的学习，能够清楚了解Maxwell方程的物理意义、雷达电磁波传播规律，系统的掌握探地雷达基本理论、正演方法、工程应用和资料解释。
当面对实际工程问题时，能利用所学知识选取合适雷达天线系统，设计地质雷达探测方案，并能独立进行数据处理和资料解译。
四、教学内容、重点难点及教学设计五、实践教学内容和基本要求六、考核方式及成绩评定根据《地质雷达探测》的课程性质，着重对该探测方法技术原理的理解与实际应用能力的培养；要求学生除了掌握课堂内容之外，多查找资料与文献，然后开展分组讨论。
考核方试包括：课堂小测试、课堂讨论、小论文及期末考试。
其七、大纲主撰人：大纲审核人：。
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。
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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
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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
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绝大多数岩石介质属非磁性、非导电介质，常常满
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EKKO 系列 EKKO 100增强型
E K K O 1 0 0 0 型
Noggin 250型
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SIR 系列
匹配天线
SIR3000型（最新）
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美国GSSI自行生产的天线
3207型
Next
5103型
5100型
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Radarteam定制的天线 Subecho 70型
屏蔽Subecho 200型 屏蔽天线900型
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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
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• 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PPT演示课件
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。
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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
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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。
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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
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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
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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
地质雷达培训课件下载
地质雷达培训课件下载地质雷达是一种用于地下勘探和探测的仪器，它通过发射电磁波并接收反射信号来获取地下结构的信息。
地质雷达在地质勘探、建筑工程、环境监测等领域有着广泛的应用。
为了提高地质雷达的应用效果，许多培训机构和科研机构都推出了相关的培训课件供人们学习和下载。
地质雷达培训课件是一种系统化的学习资料，它包含了地质雷达的原理、仪器的使用方法、数据处理技术等内容。
通过学习这些课件，人们可以系统地了解地质雷达的工作原理和应用方法，提高地质雷达的使用技能。
首先，地质雷达培训课件会介绍地质雷达的原理和工作机制。
地质雷达利用电磁波在地下的传播特性来获取地下结构的信息。
课件会详细介绍电磁波在地下的传播过程，以及地下不同介质对电磁波的反射和散射规律。
通过学习这些知识，人们可以了解地质雷达的工作原理，为后续的学习和应用打下基础。
其次，地质雷达培训课件会介绍地质雷达的使用方法和操作技巧。
地质雷达是一种高精度的仪器，正确的使用方法和操作技巧对于获取准确的地下信息至关重要。
课件会详细介绍地质雷达的仪器结构和操作步骤，以及在不同地质环境下的使用注意事项。
通过学习这些内容，人们可以掌握地质雷达的正确使用方法，提高勘探的准确性和效率。
此外，地质雷达培训课件还会介绍地质雷达数据的处理和解释技术。
地质雷达获取的数据需要进行处理和解释才能得到有用的地下信息。
课件会介绍地质雷达数据的处理方法，包括数据滤波、去噪、成像等技术。
同时，课件还会介绍地质雷达数据的解释方法，包括反射面识别、地下结构解析等技术。
通过学习这些内容，人们可以有效地处理和解释地质雷达数据，获取准确的地下结构信息。
最后，地质雷达培训课件还会介绍地质雷达在不同领域的应用案例。
地质雷达在地质勘探、建筑工程、环境监测等领域都有着广泛的应用。
课件会通过实际案例的介绍，展示地质雷达在不同领域的应用效果和成果。
通过学习这些案例，人们可以了解地质雷达的实际应用情况，为将来的工作和研究提供参考。
第五章 地质雷达
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ识别和追踪同一界面的反射波形依据： 同相性、振幅显著性变化、波形特征
5.2 干扰波的雷达图像特征
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。
5.3 常见特殊地质体的雷达图像特征
1) 潜水面 水平的强振幅反射波 潜水面上下介质因为含水量的差别，介电常数产生较大的 差异，反射系数较大。 潜水面下的反射波组衰减较大
2) 不同土层的波场特征
杂填土：反射波杂乱无序， 粘土层：同相轴连续，波组平行 粉质粘土，振幅中等 淤泥质粘土，衰减大，振幅小 砂层的波场特征与粘土层相似， 中等及粗砂层，反射波同相轴不连续，存在有规律的绕射波
第五章 地质雷达探测技术
地质雷达法、探地雷达法 GPR（Ground-Penetrating-Radar）， Geo-radar, Geo Probing radar
它是一种对下的或结构物内部不可见的目标体 或分界面进行定位或判别的电磁波探测技术
一、基本原理
高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入 地下，经存在电性差异的地下地层或目标体反射后返回地面， 由接收天线所接收。因为它是从地面向地下发射电磁波来实现 探测目的，所以又称探地雷达，高频电磁波在介质中传播时， 其传播路径、电磁场强度与波形将随通过介质的电性特征与几 何形态而变化。因此，通过对时域波形的采、处理和分析，可 确定地下分界面或地质体的空间位置及结构。
地质雷达原理及应用PPT课件
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GPR工作方法 – 层析成像 (钻孔雷达)
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二、地下介质的电特性
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电特性
• 要探测的介质的电特性, 决定雷达方法是否适用。 • 在用雷达进行地质勘探时, 水是决定电特性的最主要的因素。
• 电导率 (穿透深度…)
• 相对介电常数 (对比度, 信号速度, “足印”…)
采集模式：测距轮（距离）：最常用方式，结果解释准确可靠 时间：当无法沿确定测线探测时，如果GPS信号有， 可以采用。 键盘（点测）：低频天线做深部探测采用，叠加可以很高
道：在地面上某一点采集的一个完整的波形 道间距/时间间隔：根据探测需要选取 天线中心频率：每个天线都有一个频率范围，它不是单频的
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采样频率：最好大于天线中心频率的10倍（一定不要小于6倍）， 一般达到20倍就足够了，再增加采样频率信号也不会改善。
时间窗/样点数：时间窗根据你准备探测的深度确定，最好比你期望 的探测深度大30%。要增大时间窗，最好的办法是增加 样点数，尽量不要降低采样频率。
信号位置/直达波：一般把直达波的起始位置调到30个样点处（通常 自动搜索就够了，不行的话手动调整）
随着现代应用电子技术的高速发展和人们对电磁波认识进一 步加深，地质雷达的应用范围从低耗散介质扩展到土层、岩层、 混凝土等有耗散介质中，例如：地质勘查、考古、无损检测、管 线探测以及建筑结构调查等。
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非屏蔽天线可应用于：基岩 探测、地质分层、岩熔及空 洞探测、湖(河)底形态调查、 隧道超前探测、坝体深部探 测、古墓及其它未知物探测、 冰川调查、滑坡调查等土木 建筑、地质学及水文地质学 方面。
地质雷达PPT课件
地质雷达PPT课件contents •地质雷达基本原理•地质雷达探测方法•数据采集与处理•地质雷达在工程中的应用•地质雷达案例分析•地质雷达发展趋势与展望目录01地质雷达基本原理电磁波传播特性电磁波在介质中传播速度电磁波在不同介质中传播速度不同，其速度取决于介质的电磁特性。
电磁波衰减随着传播距离的增加，电磁波能量逐渐衰减，衰减程度与介质特性和频率有关。
电磁波的反射和折射当电磁波遇到不同介质的分界面时，会发生反射和折射现象，遵循斯涅尔定律。
地质雷达工作原理发射电磁波01接收反射波02信号处理与成像03发射系统接收系统控制系统数据处理与成像系统系统组成及功能02地质雷达探测方法测线布置天线频率选择数据采集与处理030201井中雷达系统采用专门设计的井中雷达系统，包括井下雷达主机、天线、电缆等。
测点布置与数据采集在井壁不同深度处布置测点，进行雷达数据采集。
数据处理与成像对采集的数据进行处理，提取井壁及周围地层的反射信号，并进行成像。
隧道超前预报法隧道掌子面前方预报数据处理与解译预报结果输出03数据采集与处理数据采集参数设置采样率设置天线频率选择确保采样率足够高，以捕获雷达波形的细节信息，通常建议采样率至少为天线频率的时窗设置消除直流偏移和低频背景噪声，提高数据质量。
背景去除应用带通滤波器，去除高频噪声和低频干扰，增强目标反射信号。
带通滤波根据信号强度动态调整增益，以平衡不同深度和不同反射体的信号幅度。
增益控制数据预处理与滤波1 2 3雷达图像生成地层解释异常识别图像生成与解释04地质雷达在工程中的应用地质构造解析岩土层划分不良地质现象识别混凝土质量检测钢筋分布与保护层厚度检测路基路面质量检测边坡稳定性监测隧道安全监测地下管线安全监测利用地质雷达对边坡内部的结构和变形进行实时监测，预警潜在滑坡风险。
05地质雷达案例分析介绍隧道的地理位置、设计参数、施工方法等背景信息。
工程背景地质条件超前预报方案预报结果分析分析隧道所处区域的地质构造、地层岩性、水文地质等条件。
地质雷达实用技术手册(20151229)
第一章
概述
拱顶衬砌掉块，险些造成严重的行车事故。为此，铁路部门每年都投入大 量的人力、物力和资金用于隧道病害的维修和整治，但隧道设备的状况仍 然没有根本好转。
图 1.1营隧道衬砌开裂病害
目前我国铁路运营隧道存在的主要问题是： ⑴隧道病害数量大而且类型多，整治难度大，所需费用多，周期长，
第二节
隧道衬砌检测和评价的技术依据
由于地质条件的复杂性，隧道设计和施工涉及到众多的技术专业和技 术标准，隧道检测评价是以设计为依据检测施工质量，同时查找在设计和 施工阶段未能发现的隐蔽的灾害性地质病害，为隧道彻底整治提供依据。 铁路隧道检测评价主要依据以下中华人民共和国行业标准： 1.《铁路工程地质勘察规范》(TB10012-2001，J117-2001) 2.《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005，J447-2005) 3.《铁路隧道施工规范》(TB10204-2002) 4.《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》(TB210108-2002) 5.《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001，J118-2001) 6.《新建时速 200 公里客货共线铁路设计》(2003.10) 7.《铁路桥隧建筑物劣化评定标准》(TB/T2820.2-1997) 8.《铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10417-2003) 9.《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》(TB10424-2003) 10.《铁路工程结构混凝土强度检测规程》(TB10426-2004)
第二章
地质雷达技术理论基础知识
第二章
地质雷达技术理论基础知识
麦克斯韦电磁场理论简介
第一节
一、位移电流假设
恒定电路中，传导电流是连续的，满足恒定电流的安培环路定理：
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•特殊的数据处理方法： 复信号分析：瞬时相位、瞬时振幅、瞬时频率 其它一些非线性技术的应用，如分形技术
特 点：
高分辨率 无损性 高效率 抗干扰能力强
雷达勘探基本原如：己知声波在空气中传播的速度是：v=340m/s, 从 呼喊开始到听见回声的时间 t=4秒, 那么障碍物离开我们的距 离 S 就可以用如下公式：
S = 1/2 v*t = ½ （340 × 4） =680(m)
1.3 分辨率（分辨最小异常体的能力）
垂向分辨率：区分一个以上反射界面的能力 四分之一波长
水平分辨率：在水平方向上所能分辨的最小异常 体的尺寸
h / 2
2. 野外信号采集方式
2.1 剖面法（反射观测方式）
2.2 透射法
发射天线
柱 墙 楼板
接收天线
2.3 宽角法（共深点法，CDP） 用于求取表层土的电磁波传播速度
传播介质的电磁特性、目标物
的形状和大小
波形
波形+面积
彩色显示
当目标物与扫描方向垂直时
当目标物与扫描方向平行时
在雷达图中 总是 会形 成一 “双曲线图案”
在雷达图中 经常 会形成一 “线状图型”
(当在目标物的顶部扫描时)
所以，需要在横向与纵向两个方向进行扫描
超高频电磁波（10MHz－5000MHz）
地面
地面
宽角法数据特点
单点探测与宽角法记录
宽角法数据处理-动校正
3 天线极化方向 （偶极天线，优选极化方向，天线剖面垂直 于目标体走向的原则）
垂直垂射
关于天线分离距及其天线排列方向的现场试验
北 楼
测线起始点
汇 文 楼
水泥路面
雨水管
0.8m
0.4m 1.2m
1.6m
0.4
0.8
1.2
4. 探地雷达图像的数字处理技术
RIS系列
RIS-2K/0型 （单道）
RIS-2K/ME型 （多道）
北京爱迪尔公司的CBS-9000型 地质雷达及天线
三、野外数据优化采集
1. 主要技术参数
1.1 雷达方程
1.2 探测距离
探测距离与选用的天线的发射功率、天线频率、地下介质的相
对介电常数、电导率相关，频率低，发射功率大，介质电
脉冲旅行时： tR ( X 2 4z 2 )1/ 2 /V
二、雷达技术的研究及探测仪器的发展
• Hulgmeyer,1904 首次使用电磁信号来确 定地下金属目标体的存在
• Leimbach, Lowy 1910, 用电磁波定位埋藏 的物体（专利）
• Hulsenbeck：脉冲技术确定地下物体的结 构，地表下任何介电常数的变化将导致 电磁波的反射
Noggin 250型
SIR 系列
匹配天线
SIR3000型（最新）
3207型
GSSI自行生产的天线
5103型
Next
5100型
Radarteam定制的天线 Subecho 70型
屏蔽Subecho 200型 屏蔽天线900型
RAMAC系列
X3M型
匹配天线
非屏蔽天线200型
非屏蔽天线100型 屏蔽天线100型
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。
探地雷达工作原理示意图
海洋与地球科学学院 工程物探室
3
共偏移距观测方法
探地雷达工作原理示意图
天线
雷达可测量信号到达目标的 传输时间
利用估算的传播速率计算出 目标的距离
x
当满足下面条件时，隐 蔽物可由雷达探出：
在天线信号范围之内 信噪比适当
时 间
天线
x
时
测深和分辨率与以下几个因素
间
有关：天线频率、发射功率、
• A.P.Annan
• 加拿大Sensor & Software Inc., EKKO (Noggin)系列
• 美国GSSI，SIR系列 • 瑞典Mala Geoscience Inc., RAMAC系列 • 意大利IDS, RIS系列
EKKO 系列 EKKO 100增强型
E K K O 1 0 0 0 型
阻率高，探测深度大。 W 2 f
地下介质 相对介电常数
空气 淡水 海水 干砂 饱和砂 石灰岩 泥岩 粉砂 粘土 花岗岩 岩盐 冰 金属 PVC材料
1 80 80 3-5 20-30 4-8 5-15 5-30 5-40 4-6 5-6 3-4 300 3.3
电导率 (ms/m) 0 0.5 30000 0.01 0.1-10 0.5-2 1-100 1-100 2-1000 0.01-1 0.01-1 0.01 1010 1.34
第五章 地质雷达探测技术
地质雷达法、探地雷达法 GPR（Ground-Penetrating-Radar）， Geo-radar, Geo Probing radar
它是一种对下的或结构物内部不可见的目标体 或分界面进行定位或判别的电磁波探测技术
一、基本原理
高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入 地下，经存在电性差异的地下地层或目标体反射后返回地面， 由接收天线所接收。因为它是从地面向地下发射电磁波来实现 探测目的，所以又称探地雷达，高频电磁波在介质中传播时， 其传播路径、电磁场强度与波形将随通过介质的电性特征与几 何形态而变化。因此，通过对时域波形的采、处理和分析，可 确定地下分界面或地质体的空间位置及结构。
雷达波速 （m/ns） 0.3 0.033 0.01 0.15 0.06 0.12 0.09 0.07 0.06 0.13 0.13 0.16 0.017 0.16
衰减系数 （dB/m) 0 0.1 1000 0.01 0.03-0.3 0.4-1 1-100 1-100 1-300 0.01-1 0.01-1 0.01 108 0.14