基于探地雷達(dá)的鹽漬土探測研究綜述

覃育祥 白育銘 胡昕 李瑤瑤

摘 要：近年來，探地雷達(dá)作為一種具有無損探測、高效、高分辨率等優(yōu)勢的物理勘探手段，被廣泛應(yīng)用于道路勘探、工程質(zhì)量檢查、災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域，地質(zhì)雷達(dá)在獲取普通非鹽漬土信息方面的技術(shù)相對趨于完善與成熟，而與鹽漬土相關(guān)的探地雷達(dá)探測及其成果卻少見，僅有少數(shù)研究人員在此方面進(jìn)行探索研究。本文對探地雷達(dá)基本原理進(jìn)行簡述，介紹國內(nèi)學(xué)者利用地質(zhì)雷達(dá)探測鹽漬土的研究進(jìn)展與成果，總結(jié)研究現(xiàn)狀并提出進(jìn)一步研究展望。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá);鹽漬化;含鹽量

0 前言

鹽漬土是人們習(xí)慣地對鹽化土壤、堿化土壤、鹽土和堿土的總稱，是指土壤因含鹽量過高而導(dǎo)致植物無法正常生長發(fā)育的土地，可分為鹽土和堿土兩個(gè)土類。目前主要分布在西北干旱地區(qū)如新疆、寧夏、青海等地，東北、華北和沿海地區(qū)也有相當(dāng)面積。鹽漬土形成的原因眾多，主要?dú)w結(jié)為自然因素與人為因素，因每個(gè)地區(qū)形成的鹽漬土類型不同，其具體原因也不同。鹽漬土土壤含鹽量高，造成土壤貧瘠、農(nóng)作物產(chǎn)量下降，嚴(yán)重制約著土地資源的利用，影響農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及造成區(qū)域生態(tài)環(huán)境的惡化。準(zhǔn)確獲取鹽漬土鹽分信息，對于改良土壤鹽堿化、促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展以及改善生態(tài)環(huán)境具有重大意義。對于評價(jià)區(qū)域鹽漬土狀況，我國傳統(tǒng)的方法是取樣分析，該方法需進(jìn)行取樣并帶到實(shí)驗(yàn)室測量分析，耗時(shí)、周期長、成本高而且過程復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)高精度的快速測定。

1 探地雷達(dá)原理及在鹽漬土探測中的應(yīng)用

探地雷達(dá)是一種探測地表下結(jié)構(gòu)和埋設(shè)物的新型勘測技術(shù)，利用電磁波對地表的穿透能力，向地下發(fā)射某種形式的電磁波，電磁波進(jìn)入地層后遇到電性變化界面后反射回波信號，反射信號接收天線通過主機(jī)處理以波形狀態(tài)在顯示器上顯示[1-4]。

1904年，德國科學(xué)家Hutsemeyer首次使用電磁波探測地下隱埋的金屬物，由此揭開了電磁波探測的序幕[5-7]。1926年Hdlsenbeck第一個(gè)提出應(yīng)用電磁脈沖技術(shù)探測地下目標(biāo)物，并指出介電常數(shù)變化界面會(huì)產(chǎn)生電磁波反射[8]。隨后由于地下介質(zhì)比空氣具有更強(qiáng)的電磁能量衰減特性，加之地質(zhì)情況的復(fù)雜性，電磁波在地下的傳播要比空氣中的傳播復(fù)雜得多。因此探地雷達(dá)應(yīng)用初期，僅限于對電磁波吸收很弱的冰層、巖鹽等介質(zhì)的探測[2， 8]。我國在近十幾年也開始對探地雷達(dá)進(jìn)行了研究并取得了豐碩的成果，如1994年李大心[4]教授編寫了《探地雷達(dá)方法與應(yīng)用》，該書介紹了探地雷達(dá)的理論和基本檢測方法，為推動(dòng)探地雷達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用起到了重要的作用。同時(shí)，我國也有自主研發(fā)的探地雷達(dá)系統(tǒng)，如中國電波所、東南大學(xué)等有研發(fā)出了自己的產(chǎn)品，有力地促進(jìn)了探地雷達(dá)技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展。

探地雷達(dá)應(yīng)用在公路路基、測定土壤含水量等領(lǐng)域已趨于完善與成熟并取得較豐碩的成果，但探地雷達(dá)應(yīng)用在探測鹽漬土方面的技術(shù)研究較少，僅有少量的學(xué)者進(jìn)行探索與研究，目前國內(nèi)主要研究成果如下：

2001年，徐白山等學(xué)者首先在吉林西部鹽堿與沙化地區(qū)利用探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行探測，提出通過雷達(dá)圖像給出鹽堿化土壤的變化詳細(xì)資料和土層結(jié)構(gòu)特征，辨別出鹽堿化程度不同的區(qū)域，同時(shí)也為類似地區(qū)的開展工作奠定了可行性論證的基礎(chǔ)[9]。2002年，再次研究地質(zhì)雷達(dá)信息與土壤含鹽量、pH值、有機(jī)質(zhì)含量、含水量等參數(shù)的相關(guān)關(guān)系及探測與檢測技術(shù)方法，結(jié)果顯示該方法是具有可行性的[10， 11]。

2005年，薛建等學(xué)者利用探地雷達(dá)在吉林西部地區(qū)對土壤堿化層進(jìn)行探測，提出鹽堿土對雷達(dá)波的吸收主要是對低頻分量的吸收，通過觀察頻譜中高頻峰值與土壤有機(jī)含量的相關(guān)性可大體判定土壤的鹽堿化程度[12]。但研究側(cè)重于在雷達(dá)剖面上對耕地、鹽堿地以及過渡帶邊界的劃分，而對于鹽漬化土壤以及改良后的鹽漬化土壤評估在探地雷達(dá)應(yīng)用上是否具有有效性以及精度性如何尚未有一個(gè)定論。在此基礎(chǔ)上，2009年，彭亮等學(xué)者在白銀市平川區(qū)鹽漬土地區(qū)運(yùn)用探地雷達(dá)與地球化學(xué)方法對鹽漬化土壤進(jìn)行探測，提出雷達(dá)圖像對鹽堿地在垂向上可分為積累的和包氣帶，同時(shí)對改良后的鹽漬土進(jìn)行了探測而形成對比以更好地佐證鹽漬土的雷達(dá)圖像的精確度[13]。

2 展望與結(jié)語

目前國內(nèi)對于探地雷達(dá)應(yīng)用在探測鹽漬土情況方面的研究主要集中在干旱與半干旱地區(qū)以及吉林西部鹽堿地區(qū)，濱海地區(qū)研究相對較少，研究學(xué)者可進(jìn)一步對濱海地區(qū)評定鹽漬土情況展開進(jìn)一步的研究，同時(shí)探地雷達(dá)應(yīng)用在凍土地區(qū)的鹽漬土評定也存在可能性。大部分研究人員使用單一頻率的電磁波探測鹽漬土層，建議采用不同頻率的電磁波探測鹽漬土層，進(jìn)行多次探測，獲取精度更高的數(shù)據(jù)以保證實(shí)驗(yàn)具有更高的準(zhǔn)確性。建議在采探測鹽漬土層的同時(shí)進(jìn)行實(shí)地取樣分析，對雷達(dá)分析結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證以獲取更權(quán)威的結(jié)論。

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