探地雷达讲义-张胜利讲解
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• 美国地球物理探测设备公司(GSSI)的SIR系列 • 微波联合公司(M/A—Com，Inc.)的Terrascan MK系列 • 日本应用地质株式会社(0Y0公司)的GEORADAR系列 • 加拿大探头及软件公司(SSI)的PulseEKKO系列 • 瑞典地质公司(SGAB)的RAMAC钻孔雷达系统 • 大量的国产仪器等。
1.探地雷达原理
• 探地雷达：是一种浅层工程勘探方法
（通过天线发射高频电磁波，当高频电磁波遇到 介电常数不同的界面时，产生反射回波；根据接 收天线接收到反射回波的时间确定反射界面的距 离和根据反射回波形态判定反射体的性质）。
特点
无损探测方式；
数据直接拼接成像；
高分辨率。
探测距离小。
结束
3
• 结构物质量检测，如堤坝内空洞、隧道衬砌完整 性、地基回填裂缝等；
• 地质灾害勘查。如武汉市陆家街地区岩溶塌陷以 及汉阳县蔡店地面塌陷，三峡巴东滑坡，襄樊公 路滑坡勘测；
• 考古探测。如湖北大冶钢录山古铜矿老窿勘探。
结束
9
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工程地质工作者的评价
• 探地雷达是一种较新的地球物理方法
• 利用脉冲形式的宽带电磁波，用频率介于 106～109Hz的无线电波来确定地下介质分布； 探测地表之下或确定不可视物体的内部结 构。
探地雷达技术
Ground Penetrating Radar Technology
结束
1
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主要内容
• 一、概论及基础知识 • 1.探地雷达原理 • 2.雷达波在工程材料介质中传播 • 3.工作方法和成果判释 • 二、在铁路路基工程中的应用 • 三、在隧道超前预报中的应用 • 四、在隧道质量检测中的应用
雷达剖面亦同样存在反射波的偏移与绕射波的归位问题。故雷达图形Biblioteka Baidu
也需作偏移处理。反射脉冲信号的强度，与界面的波反射系数和穿透 介质的波吸收程度有关
结束
7
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探地雷达的下列技术特性
(1) 探地雷达是一种非破坏性的探测技术，可以安全地用于 城市和正在建设中的工程现场。工作场地条件宽松，适 应性强(对于轻便类的仪器)；
技术，大大改善了信噪比和图像显示性能。今后的趋势是向多天线高速扫描接收和进一步
改善天线对各种目的体的回波响应性能，以实现更精确、小尺寸、高工效、低成本以及图 像联系真实地质情况等总的要求。
结束
11
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2.雷达波在工程材料介质中传播
探地雷达利用高频电磁波(主频为数十 兆赫至数百兆赫以至千兆赫)以宽频带短 脉冲形式，由地面通过天线T送入地下， 经地下地层或目的体反射后返回地面，为 另一天线R所接收(图1)。脉冲波行程需 时：
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探地雷达发展历史
• 将雷达原理用于探地，早在1910年就已提出，当时德国 的G.Leimback和Lowy曾以专利形式阐明这一问题。以 后J.C.Cook在1960年用脉冲雷达，在矿井中做了试验。
• 早期,由于地下介质比空气具有强得多的电磁波衰减特性， 加之地下介质情况的多样性，波在地中的传播特性比在空 气中要复杂得多。因此，探地雷达的初期应用仅限于波吸 收很弱的冰层、岩盐矿等介质中。如s.Evans1963年用雷 达测量极地冰层的厚度；Harrison 1970年在南极冰面上 取得了穿透800～2200m的资料；1974年L.T.Procello 用雷达研究月球表面结构；Unbterberger探测冰川和冰 山的厚度等。
(2) 抗电磁干扰能力强，可在城市内各种噪声环境下工作， 环境干扰影响小；
(3) 具有工程上较满意的探测深度和分辨率.现场直接提供 实时剖面记录图，图像清晰直观；
(4) 便携微机控制数字采集、记录、存储和处理。轻便类仪 器现场仅需3人或更少人员即可工作，工作效率高。
结束
8
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目前部分应用领域
• 地质勘察，如隧道超前预报、地基探测，包括溶 蚀带、裂隙面、溶洞等的探查；岩层埋深及组成； 隧道前方岩性的完整性和隐患 ；管缆探查等；
结束
4
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探地雷达发展历史（续）
随着仪器信噪比的大大提高和数据处理技术的应用，70年代以 后，探地雷达的实际应用范围迅速扩大，其中： • 石灰岩地区采石场的探测(1971年Takazi；1973年Kitahra) • 二程地质探测(1974年R.M.Morey；1976年，1977年A.P.Annan和 J.L.Davis，1978年01hoeft，Dolphin等，1979年Benson等) • 煤矿井探测(1975年J，C.Cook)、泥炭调查(1982年C.P.F.Ulri ksen) • 放射性废弃物处理调查(1982年D.L.wright，R.D.Watts；1985年 0.Olsson) • 地面和钻孔雷达用于地质构造填图、水文地质调查、地基和道路下 空洞及裂缝调查、埋设物探测和水坝、隧道、堤岸、古墓遗迹探查 等(1982～1987年加拿大、日本、美国、瑞典等报道)。
结束
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探地雷达工作方式
• 实际检测时，雷达天线沿测线从左向右移动， 如左图；发射天线不断发射雷达电磁波，接 收天线接收到一条条雷达回波。将雷达回波 按顺序排列展开，便可准确、形象地反映出 地下探测目的体及反射界面的位置结束（见返右回 图6
方法原理
雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正负峰分别以黑、 白色表示，或者以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰度、等色线 即可形象地表征出地下反射面。上图为波形记录的示意图。图上对照 一个简单的地质模型.，画出了波形的记录。在波形记录图上各测点均 以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面。与反射地震剖面相似，
• 经过几十年的发展，探地雷达逐渐趋于成 熟，由于具有高分辨率、高效率等优点， 因而广泛应用于工程与环境和资源等浅部 地球物理领域，并取得了很好的效果。
结束
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探地雷达仪器进展
随着微电子技术的迅速发展，现在的探地雷达设备已由庞大、笨重的结构改进为现场 适用的轻便工具。目前，已推出的商用探地雷达有：
这些商用的探地雷达所使用的中心工作频率在10～1000MHz范围，时窗在O～ 20000ns。根据不同的地质条件，地面系列的探测深度约在30～50m，分辨率可达数厘米， 深度符合率小于±5cm。探地雷达由于采用了宽频短脉冲和高采样率，使其探测的分辨率高 于所有其它地球物理探测手段，采用可程控高次叠加(多达4000次)和多波形处理等信号恢复
1.探地雷达原理
• 探地雷达：是一种浅层工程勘探方法
（通过天线发射高频电磁波，当高频电磁波遇到 介电常数不同的界面时，产生反射回波；根据接 收天线接收到反射回波的时间确定反射界面的距 离和根据反射回波形态判定反射体的性质）。
特点
无损探测方式；
数据直接拼接成像；
高分辨率。
探测距离小。
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• 结构物质量检测，如堤坝内空洞、隧道衬砌完整 性、地基回填裂缝等；
• 地质灾害勘查。如武汉市陆家街地区岩溶塌陷以 及汉阳县蔡店地面塌陷，三峡巴东滑坡，襄樊公 路滑坡勘测；
• 考古探测。如湖北大冶钢录山古铜矿老窿勘探。
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工程地质工作者的评价
• 探地雷达是一种较新的地球物理方法
• 利用脉冲形式的宽带电磁波，用频率介于 106～109Hz的无线电波来确定地下介质分布； 探测地表之下或确定不可视物体的内部结 构。
探地雷达技术
Ground Penetrating Radar Technology
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主要内容
• 一、概论及基础知识 • 1.探地雷达原理 • 2.雷达波在工程材料介质中传播 • 3.工作方法和成果判释 • 二、在铁路路基工程中的应用 • 三、在隧道超前预报中的应用 • 四、在隧道质量检测中的应用
雷达剖面亦同样存在反射波的偏移与绕射波的归位问题。故雷达图形Biblioteka Baidu
也需作偏移处理。反射脉冲信号的强度，与界面的波反射系数和穿透 介质的波吸收程度有关
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探地雷达的下列技术特性
(1) 探地雷达是一种非破坏性的探测技术，可以安全地用于 城市和正在建设中的工程现场。工作场地条件宽松，适 应性强(对于轻便类的仪器)；
技术，大大改善了信噪比和图像显示性能。今后的趋势是向多天线高速扫描接收和进一步
改善天线对各种目的体的回波响应性能，以实现更精确、小尺寸、高工效、低成本以及图 像联系真实地质情况等总的要求。
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2.雷达波在工程材料介质中传播
探地雷达利用高频电磁波(主频为数十 兆赫至数百兆赫以至千兆赫)以宽频带短 脉冲形式，由地面通过天线T送入地下， 经地下地层或目的体反射后返回地面，为 另一天线R所接收(图1)。脉冲波行程需 时：
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探地雷达发展历史
• 将雷达原理用于探地，早在1910年就已提出，当时德国 的G.Leimback和Lowy曾以专利形式阐明这一问题。以 后J.C.Cook在1960年用脉冲雷达，在矿井中做了试验。
• 早期,由于地下介质比空气具有强得多的电磁波衰减特性， 加之地下介质情况的多样性，波在地中的传播特性比在空 气中要复杂得多。因此，探地雷达的初期应用仅限于波吸 收很弱的冰层、岩盐矿等介质中。如s.Evans1963年用雷 达测量极地冰层的厚度；Harrison 1970年在南极冰面上 取得了穿透800～2200m的资料；1974年L.T.Procello 用雷达研究月球表面结构；Unbterberger探测冰川和冰 山的厚度等。
(2) 抗电磁干扰能力强，可在城市内各种噪声环境下工作， 环境干扰影响小；
(3) 具有工程上较满意的探测深度和分辨率.现场直接提供 实时剖面记录图，图像清晰直观；
(4) 便携微机控制数字采集、记录、存储和处理。轻便类仪 器现场仅需3人或更少人员即可工作，工作效率高。
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目前部分应用领域
• 地质勘察，如隧道超前预报、地基探测，包括溶 蚀带、裂隙面、溶洞等的探查；岩层埋深及组成； 隧道前方岩性的完整性和隐患 ；管缆探查等；
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探地雷达发展历史（续）
随着仪器信噪比的大大提高和数据处理技术的应用，70年代以 后，探地雷达的实际应用范围迅速扩大，其中： • 石灰岩地区采石场的探测(1971年Takazi；1973年Kitahra) • 二程地质探测(1974年R.M.Morey；1976年，1977年A.P.Annan和 J.L.Davis，1978年01hoeft，Dolphin等，1979年Benson等) • 煤矿井探测(1975年J，C.Cook)、泥炭调查(1982年C.P.F.Ulri ksen) • 放射性废弃物处理调查(1982年D.L.wright，R.D.Watts；1985年 0.Olsson) • 地面和钻孔雷达用于地质构造填图、水文地质调查、地基和道路下 空洞及裂缝调查、埋设物探测和水坝、隧道、堤岸、古墓遗迹探查 等(1982～1987年加拿大、日本、美国、瑞典等报道)。
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探地雷达工作方式
• 实际检测时，雷达天线沿测线从左向右移动， 如左图；发射天线不断发射雷达电磁波，接 收天线接收到一条条雷达回波。将雷达回波 按顺序排列展开，便可准确、形象地反映出 地下探测目的体及反射界面的位置结束（见返右回 图6
方法原理
雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正负峰分别以黑、 白色表示，或者以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰度、等色线 即可形象地表征出地下反射面。上图为波形记录的示意图。图上对照 一个简单的地质模型.，画出了波形的记录。在波形记录图上各测点均 以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面。与反射地震剖面相似，
• 经过几十年的发展，探地雷达逐渐趋于成 熟，由于具有高分辨率、高效率等优点， 因而广泛应用于工程与环境和资源等浅部 地球物理领域，并取得了很好的效果。
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探地雷达仪器进展
随着微电子技术的迅速发展，现在的探地雷达设备已由庞大、笨重的结构改进为现场 适用的轻便工具。目前，已推出的商用探地雷达有：
这些商用的探地雷达所使用的中心工作频率在10～1000MHz范围，时窗在O～ 20000ns。根据不同的地质条件，地面系列的探测深度约在30～50m，分辨率可达数厘米， 深度符合率小于±5cm。探地雷达由于采用了宽频短脉冲和高采样率，使其探测的分辨率高 于所有其它地球物理探测手段，采用可程控高次叠加(多达4000次)和多波形处理等信号恢复