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钻孔雷达简介

钻孔雷达步骤是一种确定地下介质散布的广谱电磁技术，它能在岩土介质中穿透肯定的距离，使用的频率通常在50～250MHz。钻孔雷达与地面使用的地质雷达道理一样，它利用一个天线发射高频宽带电磁波，另一个天线接管来自地下岩土介质的发射波。雷达波的传布受到岩土电磁性质及几何状态的影响，接管端电磁波强度和波形将随之产生变动。据此，凭据接管端电磁波的双程走时（Travel Time）、振幅（Amplitude）和波形（Waveform）资料，能够揣摩出地下岩土介质的结构特点。

地面雷达的使用时时由于地表导电性的存在，其穿透深度限度在几米领域内。而孔中雷达不存在此问题，它是孔中雷达的一个重要优势。与传统的测井技术（它的探测领域很短，<0.3m）相比，孔中雷达的探测领域从1到50米以上（它与岩体的电导率、频率及工作方式有关）？字欣状锊街枋峭ɡ牟饩际醯牟钩。

另表，若是地下岩土介质电导率超过某一数值，雷达单孔反射丈量（Single-hole Radar）将失去效用。由于在高导介质中电磁波不能以波的大局进行传布，此时只能进行跨孔丈量（Crosshole Radar）或孔中－地面丈量（Vertical Radar Profiling, VPR），这两种探测步骤重要凭据首波振幅和达到功夫来获取沉要的地质信息。

图1 瑞典Geoscanners公司BA-500钻孔雷达天线，主频485MHz

对于单孔反射方式，雷达提供钻孔周围基岩的不陆续的图像，蕴含基岩面、分歧的岩性界面、裂隙及溶洞。凭据天线和设备的类型，能够用方向性天线或非方向性天线进行丈量。对于层析方式，发射和接管在分歧的孔中，雷达提供钻孔间的平面图像。调查的半径取决于天线的频率和介质的电导率。对于一个中心频率为100兆的天线，做反射时的探测距离在大阻抗的岩石中是10——40米，在导体、富粘土或泥岩中要幼于5米。

图2 单孔反射实测现场

在雷达反射探测方式中，发射天线和接管天线都搁置于统一钻孔中，且间距固定，用于传输信号触发和数据采集的光缆能够消通常电缆对收发天线的附加滋扰，钻孔雷达常用天线为偶极子天线，它能辐射和接管来自360°空间的信号。和地面地质雷达一样，钻孔雷达的解译是在数据处置后所得的地质雷达图像剖面中，凭据反射波组的波形与强度特点，通过同相轴的追踪，确定反射波组的地质特点。当岩体中存在不良地质体（如裂隙、层理、断裂、破碎带、岩溶和地下水等）时，不良地质体与周围岩体的电性差距较大，容易形成强烈的反射波，同时，还可能由于岩性的差距产生绕射波，并在功夫剖面上形成双曲线特点。钻孔雷达解译的分歧之处重要在于对空间的诠释，对于地面地质雷达来说，所有的反射都来自半空间，而对于钻孔雷达来说，反射来自360°的径向领域。通常情况下，利用单孔雷达反射数据很难确定反射体的方位，而只能确定反射体的距离。当反射体为平面时，平面和钻孔的夹角也可确定下来。对于点指标来说，反射信号的特点为双曲线，对于未穿过钻孔的裂缝来说，反射特点为一条斜线。斜线和钻孔的夹角由裂缝与钻孔的夹角决定。当裂缝穿过钻孔时，反射特点像张开的剪刀，利用这些特职能够揣度裂缝的状态。

图3 单孔反射钻孔雷达纪录和现实裂隙对比

跨孔层析成像用于对两孔间二维模型的物理个性进行处置，层析成像探测时，发射天线在一个钻孔中，接管天线在另一个钻孔中，发射天线在一个固定地位，接管天线在另一个钻孔中沿固定距离向下移动。典型的跨孔扫描如图4，探测一次必要移动几百或几千个次发射和接管天线。对每一个扫描，丈量从发射天线到接管天线传布的传布功夫和振幅。这些数据用于缔造两孔之间电磁波传布速度的层析成像图和衰减个性。速度和衰减的变动能够用来诠释破碎带，分歧岩性的界面和浮泛。

图4 雷达跨孔层析成像实测数据

使用钻孔雷达天线是GPR丈量中比力难以进行数据采集和诠释的。其中一个重要的原因是钻孔雷达天线长短屏蔽和非定向天线。一个单孔采集的数据现实上是来自沿着井壁的360度平面，而非某个特定方向。这导致由天线距离来判定一个指标体的准则被减弱，井孔指标体的距离半径和方位角无关。这也导致一个有趣和很容易被误判的反射模式，即是两个或更多在井孔某深度点统一半径分歧方位角的指标体反射叠合成一个。

解决这个问题的一个法子是使用统一天线在统一区域的分歧井孔采集数据。这能够通过后期数据处置三角定位指标体的真实地位。另一个建议是使用两根天线，发射和接管天线别离放在两个孔中，成立指标区域的层析图像。

图5 单孔反射钻孔雷达实测数据

参考文件

[1] 李大心, 探地雷达步骤与利用, 地质出版社, 1994.

[2] 曾昭发, 刘四新, 王者江等编, 探地雷达步骤道理及利用，科学出版社，2006.

[3] 钟声, 王川婴, 吴立新等. 钻孔雷达与数字摄像技术在地质勘探中的综合利用[J]. 地球物理学进展, 2011.26(1):335-341.

[4] F.P.Haeni，Lucien Halleux等. 孔祥春编译. 用孔中雷达对裂隙和溶洞进行探测和成图. 地质雷达技术及其在工程检测中的利用学术钻研会, 2005.