試論電力工程勘探中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用

張曉哲

摘 要 本文重點(diǎn)討論了地質(zhì)雷達(dá)的基本工作原理，常見技術(shù)方法和使用應(yīng)用領(lǐng)域，闡述了地質(zhì)雷達(dá)在電力工程勘探中的具體應(yīng)用措施。

關(guān)鍵詞 電力工程勘探;地質(zhì)雷達(dá);原理;應(yīng)用

1 地質(zhì)雷達(dá)的原理和技術(shù)特性

1.1 地質(zhì)雷達(dá)的原理

地質(zhì)雷達(dá)檢測主要是利用高頻電磁波，以寬頻帶短脈沖的形式進(jìn)行操作。工作過程是由置于地面的發(fā)射天線發(fā)送入地下以高頻電磁脈沖波，地層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)電子特性來進(jìn)行有效區(qū)分。地層的結(jié)構(gòu)如果電子特性不同，就會(huì)將界面的信號反射到地面，一部分電磁波能量被界面反射回來，另一部分會(huì)繼續(xù)穿透界面，進(jìn)入到下一層。每一層有的不同結(jié)構(gòu)就會(huì)在界面發(fā)生透射和反射，雷達(dá)信號的反應(yīng)是越來越弱，以此來判定地層結(jié)構(gòu)。雷達(dá)的組成主要由天線發(fā)射機(jī)，接收機(jī)信號處理器和終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）組成，各個(gè)界面反射的電磁波，由接收器進(jìn)行接收記錄，之后轉(zhuǎn)化為信號處理。從測試結(jié)果剖面圖得到的數(shù)據(jù)是發(fā)射經(jīng)地下界面反射會(huì)接收天線的過程，各個(gè)測試點(diǎn)快速連續(xù)探測，根據(jù)反射波組成的波形和強(qiáng)度特征，通過數(shù)據(jù)處理來獲得雷達(dá)的剖面圖像。雷達(dá)探測多數(shù)采用的是多條測線探測，可明確的了解目標(biāo)體平面分布情況。采用的分析方法是根據(jù)電磁波反射信號的石品特征，正負(fù)特征和相位特征來分析，可以更好地獲得地層的特征，有效明確地層是否有介電常數(shù)層厚和空洞等情況。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)特性

地質(zhì)雷達(dá)是一種非破壞性的探測技術(shù)，可以安全用于城市建設(shè)和正在建設(shè)的工程現(xiàn)場。工作條件較為寬松，適應(yīng)性強(qiáng)。地質(zhì)雷達(dá)的抗電磁干擾力強(qiáng)，可在各個(gè)噪聲環(huán)境下工作，減少環(huán)境的污染。地質(zhì)雷達(dá)在工程上探測的深度和分辨率較高，可以實(shí)時(shí)提供剖面記錄圖，圖像清晰直觀。地質(zhì)雷達(dá)有利于有效的控制數(shù)據(jù)采集記錄和存儲處理。地質(zhì)雷達(dá)使用高頻率電磁波，能量的衰減較強(qiáng)烈，在高導(dǎo)覆蓋條件下，探測范圍會(huì)受到一定限制。地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用的范圍較廣，一般可以應(yīng)用到場地勘察，工程質(zhì)量檢測和病害診斷，地下埋設(shè)物與考古探查隧道，超前跟蹤探測及預(yù)報(bào)，也可以應(yīng)用在礦井中探測地層結(jié)構(gòu)[1]。

2 地質(zhì)雷達(dá)在電力工程勘探中的具體應(yīng)用

2.1 在電廠巖溶勘探中的應(yīng)用

地質(zhì)雷達(dá)對于電力工程勘探最為明顯的應(yīng)用就是對巖溶地質(zhì)的勘探。電力工程勘探常規(guī)的方法是采用鉆探的技術(shù)，但是隨著電力技術(shù)的發(fā)展，山區(qū)輸電線和山區(qū)風(fēng)電場以及巖溶區(qū)的發(fā)電廠較多，地質(zhì)雷達(dá)在溶洞地下暗河斷層破碎帶采空區(qū)等都可以有效解決勘探的任務(wù)。對巖溶區(qū)域的勘探可以充分發(fā)揮地質(zhì)雷達(dá)的積極作用。巖溶區(qū)域展示出來的狀態(tài)是中等風(fēng)化白云巖，在溶石溝槽中可以見到第4系地層（如圖2所示）1.2米，巖性主要以黃棕色黏土為主。

在地質(zhì)雷達(dá)勘探前需要做好前期的勘探工作，可以采用高密度電法對廠區(qū)進(jìn)行不良地質(zhì)情況勘察，根據(jù)廠房主廠房鍋爐區(qū)域的電阻率高情況進(jìn)行測驗(yàn)，初步判斷區(qū)域是否存在嚴(yán)重的狀況。采用地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用主要是更加明確認(rèn)清巖溶發(fā)育的實(shí)際情況，探測區(qū)內(nèi)巖層為導(dǎo)電磁導(dǎo)率較高的白云巖和部分灰?guī)r，在探測過程中需要明確電信和磁性之間的差異，這樣就可以明確地質(zhì)雷達(dá)探測是否具有一定的基礎(chǔ)。在現(xiàn)場應(yīng)用中采用的是瑞典的MBA地質(zhì)雷達(dá)（RAMAC/GPR）探測，技術(shù)參數(shù)主要選用50MHz非屏蔽天線，天線間距4.2米，采樣不長，0.5米疊加128次，可以根據(jù)實(shí)際情況做好適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在采用點(diǎn)測量方式中雷達(dá)探測的區(qū)域首先要講究平整，表層選擇基巖或者回天的濕土面施工現(xiàn)場。有施工機(jī)械和電纜雷達(dá)信號會(huì)存在一定的干擾，在數(shù)據(jù)處理時(shí)候就要采用疊加次數(shù)的方式，根據(jù)實(shí)際情況做出調(diào)整，在測試點(diǎn)選用對應(yīng)的測試方式。雷達(dá)剖面和碳坑資料進(jìn)行對比，明確雷達(dá)剖面是否能夠反映出地層層面的變化。根據(jù)風(fēng)機(jī)探坑的資料顯示0.2米為碎石，2.45米為強(qiáng)分化巖石，下面為中等的分化基巖。雷達(dá)圖中對碎石面和反射面都有清晰的資料，從雷達(dá)圖可以看出碎石界面非常清晰，可以明確認(rèn)定強(qiáng)風(fēng)化基巖界面的基本情況。

2.2 對電場基巖面的勘探應(yīng)用

地質(zhì)雷達(dá)在風(fēng)電廠的基巖面勘探上可以發(fā)揮其應(yīng)有的效果，一般是采用非屏蔽天線，天線間距4.2米，采樣不長為0.2米，根據(jù)疊加次數(shù)采樣率進(jìn)行調(diào)整。采用點(diǎn)的測量方式，在進(jìn)行探測雷達(dá)剖面和探坑資料進(jìn)行對比，也可以明確看出雷達(dá)剖面是否反映出覆蓋層和及巖面的變化。在具體的實(shí)施過程中可以根據(jù)地形進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如山區(qū)丘陵地帶，要明確地貌的特征。需要根據(jù)涉及的線路來認(rèn)清地質(zhì)的情況，是否是砂巖、石灰?guī)r、白云巖等情況（見圖3）。探測任務(wù)書和施工圖設(shè)計(jì)階段要求精度較高，在勘探中充分利用地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測，探測的分化狀況和巖層的厚度都可以有數(shù)據(jù)進(jìn)行反應(yīng)。地質(zhì)雷達(dá)勘探采用的是250MHz屏蔽天線和50MHz非屏蔽天線，天線間距分別為0.31米和4.2米疊加次數(shù)，采樣率可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，雷達(dá)剖面需要準(zhǔn)確反映出覆蓋層的厚度和積巖面的變化。

2.3 對地下管線電纜的勘探排查

有些電廠的設(shè)計(jì)過于老舊，地質(zhì)雷達(dá)需要對地下的管線情況進(jìn)行排查。在建設(shè)的過程中，各種管道電纜和其他設(shè)備日趨重要，地質(zhì)雷達(dá)可以進(jìn)行直接精確的判定。在勘察時(shí)，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的剖面可以發(fā)現(xiàn)管線的基本情況，有效明確測定地下管道的鋪設(shè)狀態(tài)，可以清晰地勘察到電纜的鋪設(shè)情況。例如雨水管道（見圖4）的剖面圖，就清晰的反映了地下的實(shí)際情況，電廠建設(shè)時(shí)，就要規(guī)避地下管理的問題[2]。

3 結(jié)束語

從工程實(shí)踐可以看出，地質(zhì)雷達(dá)具有較強(qiáng)的勘察功效。雷達(dá)探測的成果能夠反映出不同地區(qū)的地下介質(zhì)的界面，可以根據(jù)結(jié)果來推斷精度和深度，地質(zhì)的特征和層次輪廓就可以清晰地反映出來。地質(zhì)雷達(dá)與其他的物探方法一樣具有一定的探測前提，雷達(dá)圖和其他的探測方法也可以從多個(gè)方面進(jìn)行解析。工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)探測可以擁有較強(qiáng)的分辨率，可以充分滿足工程勘察的要求。在地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用過程中可以進(jìn)一步探測目標(biāo)系數(shù)，提高分辨率，擴(kuò)大探測深度，提高雷達(dá)的圖像反映效果?？梢岳^續(xù)深化雷達(dá)的電磁波反射技術(shù)，根據(jù)實(shí)際情況來適應(yīng)新的地球物理勘測技術(shù)，推進(jìn)工程技術(shù)的快速進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 何君述.地質(zhì)雷達(dá)在電力工程勘探中的應(yīng)用研究[J].建材發(fā)展導(dǎo)向（上），2015，13（10）：301-302.

[2] 李東升.電力工程勘探中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2015， （37）：292-293.