鉆孔地質(zhì)雷達(dá)

在雷達(dá)反射探測方式中，發(fā)射天線和接收天線都放置于同一鉆孔中，且間距固定，用于傳輸信號觸發(fā)和數(shù)據(jù)采集的光纜可以消除普通電纜對收發(fā)天線的附加干擾，鉆孔雷達(dá)常用天線為偶極子天線，它能輻射和接收來自360°空間的信號。和地面地質(zhì)雷達(dá)一樣，鉆孔雷達(dá)的解譯是在數(shù)據(jù)處理后所得的地質(zhì)雷達(dá)圖像剖面中，根據(jù)反射波組的波形與強(qiáng)度特征，通過同相軸的追蹤，確定反射波組的地質(zhì)特征。當(dāng)巖體中存在不良地質(zhì)體（如裂隙、層理、斷裂、破碎帶、巖溶和地下水等）時(shí)，不良地質(zhì)體與周圍巖體的電性差異較大，容易形成強(qiáng)烈的反射波，同時(shí)，還可能由于巖性的差異產(chǎn)生繞射波，并在時(shí)間剖面上形成雙曲線特征。鉆孔雷達(dá)解譯的不同之處主要在于對空間的解釋，對于地面地質(zhì)雷達(dá)來說，所有的反射都來自半空間，而對于鉆孔雷達(dá)來說，反射來自360°的徑向范圍。一般情況下，利用單孔雷達(dá)反射數(shù)據(jù)很難確定反射體的方位，而只能確定反射體的距離。當(dāng)反射體為平面時(shí)，平面和鉆孔的夾角也可確定下來。對于點(diǎn)目標(biāo)來說，反射信號的特征為雙曲線，對于未穿過鉆孔的裂縫來說，反射特征為一條斜線。斜線和鉆孔的夾角由裂縫與鉆孔的夾角決定。當(dāng)裂縫穿過鉆孔時(shí)，反射特征像張開的剪刀，利用這些特征可以推斷裂縫的形態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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鉆孔地質(zhì)雷達(dá)

鉆孔雷達(dá)方法是一種確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁技術(shù)，它能在巖土介質(zhì)中穿透一定的距離，使用的頻率通常在50～250MHz。鉆孔雷達(dá)與地面使用的地質(zhì)雷達(dá)原理相同，它利用一個(gè)天線發(fā)射高頻寬帶電磁波，另一個(gè)天線接收來自地下巖土介質(zhì)的發(fā)射波。雷達(dá)波的傳播受到巖土電磁性質(zhì)及幾何形態(tài)的影響，接收端電磁波強(qiáng)度和波形將隨之發(fā)生變化。據(jù)此，根據(jù)接收端電磁波的雙程走時(shí)（Travel Time）、振幅（Amplitude）和波形（Waveform）資料，可以推測出地下巖土介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征。另外，如果地下巖土介質(zhì)電導(dǎo)率超過某一數(shù)值，雷達(dá)單孔反射測量（Single-hole Radar）將失去效用。由于在高導(dǎo)介質(zhì)中電磁波不能以波的形式進(jìn)行傳播，此時(shí)只能進(jìn)行跨孔測量（Crosshole Radar）或孔中－地面測量（Vertical Radar Profiling, VPR），這兩種探測方法主要根據(jù)首波振幅和到達(dá)時(shí)間來獲取重要的地質(zhì)信息。

地質(zhì)雷達(dá)可用來劃分地層、查明斷層破碎帶、滑坡面、巖溶、土洞、地下硐室和地下管線，也可用于水文地質(zhì)調(diào)查。由于地質(zhì)雷達(dá)在電阻率小于100Ω·m的覆蓋層地區(qū)，探測深度小于3m，嚴(yán)重阻礙了地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用。因此，在低電阻率區(qū)如何加大探測深度，仍是一個(gè)研究課題。20世紀(jì)80年代末，還主要用于高電阻率的基巖地區(qū)、鉆孔和坑道中。2100433B

地質(zhì)雷達(dá)儀是一種利用高頻電磁波技術(shù)探測地下物體的電子設(shè)備。利用超高頻電磁波探測地下介質(zhì)分布，它的基本原理是:發(fā)射機(jī)通過發(fā)射天線發(fā)射中心頻率為12.5M至1200M、脈沖寬度為0.1 ns的脈沖電磁波訊號。當(dāng)這一訊號在巖層中遇到探測目標(biāo)時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)反射訊號。直達(dá)訊號和反射訊號通過接收天線輸入到接收機(jī)，放大后由示波器顯示出來。

由于地質(zhì)雷達(dá)儀的探測是利用超高頻電磁波，使得其探測能力優(yōu)于例如管線探測儀等使用普通電磁波的探測類儀器，所以地質(zhì)雷達(dá)儀通常廣泛用于考古、基礎(chǔ)深度確定、冰川、地下水污染、礦產(chǎn)勘探、潛水面、溶洞、地下管纜探測、分層、地下埋設(shè)物探察、公路地基和鋪層、鋼筋結(jié)構(gòu)、水泥結(jié)構(gòu)、無損探傷等檢測。2100433B

地質(zhì)雷達(dá)法用來進(jìn)行野外觀測的專用儀器，一般包括發(fā)射天線和發(fā)射機(jī)，接收天線和接收機(jī)，以及內(nèi)裝微處理機(jī)或直接用便攜式微機(jī)的控制部件。發(fā)射機(jī)將直流電源供給的直流電轉(zhuǎn)換為高頻、窄脈沖的交流信號，通過發(fā)射天線向被探測介質(zhì)定向發(fā)射固定頻率的電磁波。接收天線接收回波信號后輸入到接收機(jī)，經(jīng)放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸?shù)娇刂撇考M(jìn)行疊加、計(jì)算、存貯，由液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示斷面圖像，并可打印、拷貝。觀測數(shù)據(jù)可存貯在軟盤上，也可通過機(jī)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)接口傳輸?shù)酵饨佑?jì)算機(jī)進(jìn)行更詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理、彩色顯示和繪制彩色斷面圖。為了同時(shí)進(jìn)行不同深度的探測，提高施工效率，可以用一臺發(fā)射機(jī)或多臺接收機(jī)同時(shí)觀測。最新儀器都配置多種頻率的發(fā)射和接收天線，可根據(jù)不同地質(zhì)任務(wù)和施工條件選用或作幾種頻率觀測，取得更多的地質(zhì)信息。

地質(zhì)雷達(dá)按使用場合不同可分為空中地質(zhì)雷達(dá)(又稱機(jī)載地質(zhì)雷達(dá))、地面地質(zhì)雷達(dá)、礦井地質(zhì)雷達(dá)和鉆孔地質(zhì)雷達(dá)。其中，機(jī)載雷達(dá)是裝在飛機(jī)上的地質(zhì)雷達(dá)的總稱，主要有側(cè)視雷達(dá)、前視雷達(dá)、平面位置顯示器雷達(dá)等，它具有快速覆蓋和全天候工作的優(yōu)點(diǎn)，主要用于測繪地形、地面巖性識別、判別地質(zhì)構(gòu)造特征等。煤炭工業(yè)部門常用的是地面地質(zhì)雷達(dá)、礦井地質(zhì)雷達(dá)和鉆孔地質(zhì)雷達(dá)。

地面地質(zhì)雷達(dá)在地面進(jìn)行觀測，是地質(zhì)雷達(dá)中使用最多的一種方法。它用發(fā)射機(jī)和發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波在地下土層、巖層中有明顯電性差異的界面上反射，在地面用接收機(jī)和接收天線接收回波信號，并對其進(jìn)行計(jì)算處理、解釋、成圖，得到地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的顯示圖象和深度資料。地面地質(zhì)雷達(dá)測線、測點(diǎn)布置靈活，可根據(jù)需要布設(shè)成規(guī)則網(wǎng)狀、不規(guī)則網(wǎng)狀或任意單條剖面。既可逐點(diǎn)觀測，也可沿剖面連續(xù)觀測。

礦井地質(zhì)雷達(dá)具有防爆功能。在礦井巷道中進(jìn)行觀測。可以對巷道下方、上方、兩側(cè)及前方進(jìn)行探測。向下方探測時(shí)，工作方法與地面觀測相同。巷道有支架支護(hù)時(shí)，向上和向兩側(cè)探測的天線要特殊設(shè)置。向采掘前方探測是在巷道揭露的煤層或巖石斷面上垂直布設(shè)發(fā)射天線和接收天線，可探測采掘前方的斷層、巖溶及其它異常體。礦井中的干擾因素 (各種電纜、金屬物等)較多，現(xiàn)場觀測時(shí)要盡可能避開或減少干擾源的影響，以提高信噪比。資料解釋要正確區(qū)分有效信號和干擾信號，以保證地質(zhì)解釋結(jié)果的可靠性。

礦井地質(zhì)雷達(dá)在煤礦區(qū)一般用于探測厚煤層采后的剩余厚度，煤層下面的石灰?guī)r層或其它需要探測巖層的深度、喀斯特發(fā)育情況，巷道或工作面前方的小斷層、老窯水、喀斯特陷落柱、火成巖巖墻、煤層夾矸和其它地質(zhì)異常體。

鉆孔地質(zhì)雷達(dá)把發(fā)射及接收裝置放入鉆孔中進(jìn)行觀測，有單孔測量和跨孔測量兩種方式。①單孔測量。把發(fā)射和接收裝置放于同一鉆孔中，兩者的間距保持不變，沿鉆孔剖面進(jìn)行測量。電磁波向鉆孔壁介質(zhì)發(fā)射，遇有電性差異的界面反射回來被接收，即可發(fā)現(xiàn)鉆孔未揭露到的周圍介質(zhì)中的斷層、破碎帶、喀斯特、金屬礦體等，并確定其距鉆孔的位置、延伸方向。②跨孔測量。把發(fā)射裝置和接收裝置分別放入相鄰兩個(gè)鉆孔中(也可采用一孔發(fā)射、多孔接收方式)，雷達(dá)脈沖從發(fā)射鉆孔傳輸?shù)浇邮浙@孔，通過對透射波傳播速度、振幅等的分析，以及對反射波的分析，可以了解兩個(gè)鉆孔之間介質(zhì)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)異常體的情況?？缈椎刭|(zhì)雷達(dá)的工作方法與鉆孔無線電波透視法相似。