2005年GSSI地质雷达

2005年GSSI地质雷达应用技术研讨会

通讯

美国劳雷工业有限公司

北京代表处2005年4月

目录

一．“2005年GSSI地质雷达应用技术研讨会”前言------袁明德（1）二．“2005年GSSI地质雷达应用技术研讨会”主题报告

1．地质雷达检测技术应用要点

------------------------------------------------------------------------赵永贵（）2．透地雷达在隧道工程质量检测中的应用效果

----------------------------------------------------孟凡强，梁培新，葛如冰（）3．地质雷达技术用于公路隧道结构检测

----------------------------------------------------王连成，涂耘，蒋树屏（）4．探地雷达技术在工程勘测方面的应用

-----------------------------------------------------------------------米晓利（）5．地质雷达的最新进展------------------------------------------袁明德（）6．弹性波检测和透视雷达21世纪最新进展-----------------袁明德（）7．道路探测雷达的必备品质要素------------------------------袁明德（）8．探地雷达探测地下管线的能力-----------------------------袁明德（）9．公路地质雷达在我国的使用现状-------------------------袁明德（）10．发掘历史遗迹的好帮手——地质雷达应用之四--------袁明德（）11．探地雷达检测中如何计算速度-----------------------------袁明德（）12．浅析探地雷达的分辨率--------------------------------------袁明德（）

2005年GSSI地质雷达应用技术研讨会前言

袁明德

（美国劳雷工业有限公司）

各位代表、专家、朋友：

地质雷达在我国推广应用已经十多年，由劳雷公司独家代理的GSSI地质雷达独领风骚跟大家一起走过了风风雨雨的10多年。

如今地质雷达的应用几乎遍及地质和环境工程各个领域，因此很有必要找个机会，让我们聚在一起作一次广泛的技术交流，甚或是市场交流。

承蒙各界朋友们的支持和关爱，劳雷公司十分荣幸为有这样的机会，给大家创造一个相互交流的平台。会前已有不少代表寄来了他们的论文发言稿，在此我谨代表会议筹委会表示真挚的感谢，并代为刊印以便交流参阅。对于到会之后，即席在会议上的发言和讨论，会后我们还将持续报道。

本次会议旨在交流地质雷达的应用技术，因为仪器和应用是相辅相成的两个方面，有时应用方法研究、应用范围的拓展甚至比拥有仪器更加重要和关键。10多年来，地质雷达从单纯测量地基发展到今天，出现了公路测量雷达、建筑钢筋扫描雷达，其应用范围也拓展到地基分层、公路隐患检测、环境调查、大坝和边坡稳定性分析、隧道质检和开挖预测、地下水和溶洞调查、市政管线和地下设施调查、探寻地下未爆炸物和考古等，并且随着国家经济建设发展，尤其是城市化建设的发展，可以预见，其应用将更加广阔。

我们期望通过这次会议，大家对地质雷达的认识将更趋成熟，使用技艺将更加提高，应用地质雷达的市场更加宽广。

预祝会议顺利、圆满！

地质雷达 原理

地质雷达是目前分辨率最高的工程地球物理方法，在工程质量检测、场地勘察中被广泛采用，近年来也被用于隧道超前地质预报工作。地质雷达能发现掌子面前方地层的变化，对于断裂带特别是含水带、破碎带有较高的识别能力。在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一个很好的预报手段。 1、基本原理 探地雷达是一种用于确定地下介质分布情况的高频电磁技术，基于地下介质的电性差异，探地雷达通过一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收地下介质反射的电磁波，并对接收到的信号进行处理、分析、解译。其详细工作过程是：由置于地面的天线向地下发射一高频电磁脉冲，当其在地下传播过程中遇到不同电性（主要是相对介电常数）界面时，电磁波一部分发生折射透过界面继续传播，另一部分发生反射折向地面，被接收天线接收，并由主机记录，在更深处的界面，电磁波同样发生反射与折射，直到能量被完全吸收为止。反射波从被发射天线发射到被接收天线接收的时间称为双程走时t，当求得地下介质的波速时，可根据测到的精确t值折半乘以波速求得目标体的位置或埋深，同时结合各反射波组的波幅与频率特征可以得到探地雷达的波形图像，从而了解场地内目标体的分布情况。

一般，岩体、混凝土等的物质的相对介电常数为4—8，空气相对介电常数为1，而水体的相对介电常数高达81，差异较大，如在探测范围内存在水体、溶洞、断层破碎带，则会在雷达波形图中形成强烈的反射波信号，再经后期处理，能够得到较为清晰的波形异常图。 在众多地质超前预报手段中，使用探地雷达预报属于短期预报手段，预报距离与围岩电性参数、测试环境干扰强弱有关。一般，探地雷达预报距离在15~35米。 2、探地雷达在勘查中的基本参数 ①数电磁脉冲波旅行时

(劳雷会议)地质雷达处理解释的一点体会杨峰

地质雷达处理解释的一点体会 中国矿业大学（北京校区）杨峰 地质雷达应用得到广泛的发展和应用。本文主要论述近几年来在地质雷达处理、解释等应用方面的其中一部分做一些探讨，希望得到广大专家的指导。 1 水平预测滤波 从地质雷达采集的信号来看，存在普遍的水平同相轴信号的干扰。这些水平干扰信号对不同深度信号影响效果不同，越深的信号影响越大。这主要是由于高频电磁波在地层传播过程中存在指数形式的衰减和能量扩散等。因而，在相对变化较小的水平干扰信号的作用下，深部反射信号信噪比明显低于浅部信号的信噪比。因此对水平干扰信号的去除，就显得非常重要。如何去除水平信号，其实方法也很多，常用的方法有：（1）背景道去除；（2）窗口滑动平均高通滤波；（3）二维滤波；（4）二维谱的反变化等。不同的方法都有各自的有点，同时也有各自的缺点。不同地区、不同仪器、不同勘探目的、不同采集方法可能都有不同的方法选取。作者在研究去除水平信号过程中，也尝试了不同的数据处理方式，在大量数据试验的基础上，提出水平预测滤波，将信号预测和滤波结合在一起达到去除水平信号的目的。 一、常规不同水平信号去除方法的对比 1．原始信号 2、背景去除 背景去除中背景噪声的计算是对背景道范围进行求均值运算得出的。这种处理方式对由仪器本身或偶合差异引起的噪声具有较好的效果。 采用背景去噪。背景去噪是一种常用的处理方法，尤其对数据量大的剖面运算，速度快，操作简单。但是：在进行背景去噪之前，一定要将剖面上没有的数据（如：天线停滞采集的数据，隧道的蔽塞洞等）删除掉，避免这些信号对综合背景信号的干扰。 3、窗口滑动平均高通滤波 滑动平均高通滤波，其实并不是真正意义上的滤波处理，其原理与背景去除相同，无非该方法的背景噪声是随道数窗口移动，对局部信号的突出有更显著的效果。 4、二维滤波 二维滤波就是利用F－K域中视速度的不同来提取滤波因子，从而达到压制水平信号的目的。 5、二维谱反变化 首先计算出信号的二维谱值，在对二维谱进行编辑，将去除干扰信号的谱值清楚，在通过反变化达到压制干扰信号的目的。由于二维谱运算量较大，这种方法比较适合短剖面的处理。 二、水平预测滤波 水平预测滤波只需要输入一个参数即可，即预测步长。通过不同的预测步长就可以达到水平信号压制程度不同的目的。预测步长越小，其水平信号压制能力越强，否则相反。 2 城市区域雷达勘探高压线缆信号的识别与去除 在城市区域进行地质雷达勘探，无论屏蔽天线还是非屏蔽天线都会受到高压线缆的干扰，如果不对这些干扰信号识别和去除，可能将干扰信号错误地解释为地层信号，甚至整个剖面都不能解释。这里讨论的识别和去除并不是针对所有的信号都有效，这里只是抛砖引玉，希望大家能提出更多的方法，扩大我们的思路。 一、高压电缆信号的识别 当天线从高压电线杆经过时，在雷达剖面上会形成一个清晰的双曲线异常，如果不做分析，可能会将该异常解释为地下金属管线。其实识别的方法很简单，就是利用反射双曲线弧度来求出异常双曲线的速度，根据速度大小，来确定异常的来源。如果所求出速度大于0.2m/ns，

地质雷达培训

地质雷达学习资料 一．雷达理论基本要点 1.1地质雷达的波组特征 雷达天线发射的是子波而不是单脉冲，子波由几个震荡波形组成，占有一定的时间宽度，反射与折射波依然保持有原来子波的特点，只是幅值上有所变化。这里将雷达子波的周期、持续时间长度和衰减比三个参量作为子波的波阻特征。子波的频率成分与天线的主频相近，持续一个半到两个周期，后续振相略有衰减。例如对于100MHz天线的子波，持续时间可到15-20ns，对于1GHz的天线，持续时间约2ns。子波的波形的确定对于后期处理是非常重要的，它是小波处理的基础。有很多方法可以获得各种频率天线的子波，最简单的方法是利用金属板反射。将一块较大的金属板放置于地面上，发射与接受天线与金属板平行，相距为3个周期的时程，进行数据采集，即可获得子波记录。不同类型的雷达、不同型号的天线，雷达子波的形状是不同的。天线与介质的距离、介质的电导特性对子波的形态和特点也有一定的影响，应根据现场工作条件从记录中分离子波。从下边的记录中也可以辨认出子波的特征。表面反射波、内界面反射波都是近联各州其的衰减波形。对其进行分析可以得到子波的波组特征 为获得雷达探测的结果，需要对雷达记录进行处理与判读，判读是理论与实践相结合的综合分析，需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。雷达记录的判读也叫雷达记录的波相识别或波相分析，它是资料解释的基础。在此首先介绍波相分析的基本要点。 1.2雷达波资料解释三要素 要点1：反射波的振幅与方向 从反射系数的菲涅耳（Fresnel）公式中可以看出两点，第一点，界面两侧介质的电磁学性质差异越大，反射波越强。从反射振幅上可以判定两侧介质的性质、属性；。第二点，波从介电常数小进入介电常数大的介质时，即从高速介质进入低速介质，从光疏进入光密介

地质雷达记录的波相识别

7地质雷达记录的波相识别 地质雷达反射记录的波形比地震波复杂的多，一方面是由于地质雷达分辨率高记录的信号丰富，另一方面是由于电磁波的干扰因素多，此外还由于雷达发射的子波比较复杂，并非简单的脉冲。因而雷达资料的处理与解释是一项复杂细致的工作。特别是各种地层、目标体、干扰波的识别需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。 7.1 地质雷达的波组特征 雷达天线发射的是子波而不是单脉冲，子波由几个震荡波形组成，占有一定的时间宽度，反射与折射波依然保持有原来子波的特点，只是幅值上有所变化。这里将雷达子波的周期、持续时间长度和衰减比三个参量作为子波的波阻特征。子波的频率成分与天线的主频相近，持续一个半到两个周期，后续振相略有衰减。例如对于100MHz天线的子波，持续时间可到15-20ns，对于1GHz的天线，持续时间约2ns。子波的波形的确定对于后期处理是非常重要的，它是小波处理的基础。有很多方法可以获得各种频率天线的子波，最简单的方法是利用金属板反射。将一块较大的金属板放置于地面上，发射与接受天线与金属板平行，相距为3个周期的时程，进行数据采集，即可获得子波记录。不同类型的雷达、不同型号的天线，雷达子波的形状是不同的。天线与介质的距离、介质的电导特性对子波的形态和特点也有一定的影响，应根据现场工作条件从记录中分离子波。从下边的记录中也可以辨认出子波的特征。表面反射波、内界面反射波都是近联各州其的衰减波形。对其进行分析可以得到子波的波组特征 7.2 地质与工程介质结构及反射特征 雷达的探测对象通常是多界面结构，如各类地层、岩性，松散层、风化层等都是多层结构。隧道中的围岩、初衬、二衬等，也是多界面结构。雷达波向介质内传播时，被称为下行波，经反射回表面的波称为上形波。下行波每遇到一个界面就发生一次反射和折射，入射波能量即被分成两部分，一部分经折射继续向下传播，另一部分经反射掉头向上，变成上行波。反射与折射能量的分配与反

地质雷达

地质雷达在隧道超前地质预报中的应用 摘要：本文简要介绍了地质雷达基本原理及其探测深度、精度，并结合实例阐述了地质雷达的工程应用。 关键词：地质雷达；隧道超前地质预报；掌子面 引言 目前，我国修建大量穿越山岭的特长隧道。由于这些隧道大都处于地下各种复杂的水文地质、工程地质岩体中。为了摸清和预知周围的水文地质和工程地质条件，隧道地质超前预报显示出越来越重要的作用。在隧道开挖掘进过程中，提前发现隧道前方的地质变化，为施工提供较为准确的地质资料，及时调整施工工艺，减少和预防工程事故的发生非常重要。一、地质雷达基本原理及探测深度、精度 地质雷达( Ground Penetrating Radar, 简称GPR, 也称探地雷达) 是利用超高频(106Hz～109Hz)电磁脉冲波的反射探测地下目的体分布形态及特征的一种地球物理勘探方法。发射天线( T) 将信号送入地下，遇到地层界面或目的体反射后回到地面再由接收天线( R) 接收电磁波的反射信号，通过对电磁波反射信号的时域特征和振幅特征进行分析来了解地层或目的体特征(见图1)

图1 地质雷达反射探测原理图 根据波动理论，电磁波的波动方程为： P = │P│e-j（αx-αr）﹒e-βr（1）（1）式中第二个指数-βr是一个与时间无关的项，它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，β为吸收系数。式中第一个指数幂中αr表示电磁波传播时的相位项，α为相位系数，与电磁波传播速度V的关系为： V = ω/α（2）当电磁波的频率极高时，上式可简略为： V = c/ε1/2（3）式中c为电磁波在真空中的传播速度；ε为介质的相对介电常

第二讲 国内外地质雷达技术发展状况

第二讲国内外地质雷达技术发展状况（历史与现状） 探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初，1904年，德国人Hulsmeyer首次将电磁波信号应用与地下金属体的探测。1910年Leimback和Lowy以专利形式在1910年的专利，他们用埋设在一组钻孔里的偶极子天线探测地下相对高的导电性质的区域，并正式提出了探地雷达的概念。1926年Hulsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，指出只要介电常数发生变化就会在交界面会产生电磁波反射，而且该方法易于实现，优于地震方法[1,2]。但由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，使得探地雷达技术和应用受到了很多的限制，初期的探测仅限于对波吸收很弱的冰层厚度（1951，B.O.Steenson，1963，S.Evans）和岩石和煤矿的调查（J.C.Cook）等。随着电子技术的发展，直到70探地雷达技术才重新得到人们的重视，同时美国阿波罗月球表面探测实验的需要，更加速了对探地雷达技术的发展，其发展过程大体可分为三个阶段： 第一阶段，称为试验阶段，从20世纪70年代初期到70年代中期，在此期间美国，日本、加拿大等国都在大力研究，英国、德国也相继发表了论文和研究报告，首家生产和销售商用GPR的公司问世，即Rex Morey和Art Drake成立的美国地球物理测量系统公司（GSSI），日本电器设备大学也研制出小功率的基带脉冲雷达系统。此期间探地雷达的进展主要表现在，人们对地表附近偶极天线的辐射场以及电磁波与各种地质材料相互作用的关系有了深刻的认识，但这些设备的探测精度、地下杂乱回波中目标体的识别、分别率等方面依然存在许多问题。 第二阶段，也称为实用化阶段，从20世纪70年代中后其到80年代，在次期间技术不段发展，美国、日本、加拿大等国相继推出定型的探地雷达系统，在国际市场，主要有美国的地球物理探测设备公司（GSSI）的SIR系统，日本应用地质株式社会（OYO）的YL－R2地质雷达，英国的煤气公司的GP管道公司雷达，在70年代末，加拿大A－Cube公司的Annan和Davis等人于1998年创建了探头及软件公司（SSI），针对SIR系统的局限性以及野外实际探测的具体要求，在系统结构和探测方式上做了重大的改进，大胆采用了微型计算机控制、数字信号处理以及光缆传输高新技术，发展成了EKKO Ground Penetrating Radar 系列产品，简称EKKO GPR系列。瑞典地质公司（SGAB）也生产出RAMAC 钻孔雷达系统，此外，英国ERA公司、SPPSCAN公司，意大利IDS公司、瑞典及丹麦也都在生产和研制各种不同型号的雷达。80年代全数字化的GPR问世，具有划时代的意义，数字化GPR不仅提供了大量数据存储的解决方案，增强了实时和现场数据处理的能力，为数据的深层次后处理带来方便，更重要的是GPR 因此显露出更大的潜力，应用领域得以向纵身拓展。 第三阶段，从上个世纪80年代至今，可称为完善和提高阶段。在此期间，GPR技术突飞猛进，更多的国家开始关注探地雷达技术，出现了很多探地雷达的研究机构，如荷兰的应用科学研究组织和代尔夫大学，法国_德国的Saint-Louis 研究所（ISL），英国的DERA，瑞典的FOA，娜威科技大学和地质研究所，比利时的RMA，南非的开普敦大学，澳大利亚昆士兰大学，美国的林肯实验室和Lawrence Livermore国家实验室以及日本的一些研究机构等等。同时，探地雷达也得到了地球物理和电子工程界的更多关注，对天线的改进、信号的处理、地下目标的成像等方面提出了许多新的见解。GSSI公司在商业上取得了极大的成功，

浅谈地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的运用

浅谈地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的运用 蒋帅男 （1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059） 摘要：近年来，随着我国交通事业的迅猛发展和西部大开发战略的实施,在岩溶地区修筑的隧道越来越多，而在岩溶地区隧道施 工中，对掌子面前方一定范围的地质情况进行准确超前预报却是保证隧道施工安全的关键。本文以中坝隧道为例,通过对拟掘进段 隧道勘察资料及工程地质条件的解读、隧道掌子面地质编录情况的判别和解译结果的综合分析，预判拟掘进段存在溶腔，并通过 超前钻孔揭示验证，得以及时采取有效措施，确保了生命及生产安全，表明在岩溶地区采用地质雷达进行超前地质预报是可行的。关键词：隧道；超前地质预报；地质雷达；岩溶； 1 前言 由于地面水和地下水的溶蚀作用，在碳酸盐岩地区发育着各种类型的岩溶地貌和岩溶形态，给工程建设带来一定的复杂性，每年都因不同程度的岩溶危害而造成巨大的经济损失和危及人身安全，而随着我国交通事业的迅猛发展和西部大开发战略的实施,在岩溶地区修筑的隧道越来越多，因此在岩溶地区隧道施工中，对掌子面前方一定范围的地质情况进行准确超前预报是保证隧道施工安全的关键。 超前地质预报方法用来准确预测隧道开挖工作面前方工程地质状况，可以减少施工的盲目性。采用科学的、先进的隧道超前隧道岩溶超前预报的手段有很多种，比如TSP、超前地质钻孔和地质雷达等。而地质雷达探测具有分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示、处理速度快等优点，近年来在国内外岩溶预报上，比较受亲睐[1]。 本文以中坝隧道为例,具体阐述了地质雷达的基本工作原理及其在岩溶隧道超前地质预报中的测试方法,并针对岩溶预报雷达图像进行了具体的解译。最后通过对拟掘进段隧道勘察资料及工程地质条件的解读、隧道掌子面地质编录情况的判别和解译结果的综合分析[2]，预判拟掘进段存在溶腔，并通过超前钻孔验证预判的准确性，得以及时采取有效措施，确保了生命及生产安全，实例表明在岩溶地区采用地质雷达进行超前地质预报是可行的。下面就将地质雷达在中坝隧道超前地质预报应用情况做一些阐述，并将其在岩溶预报上的规律进行总结，以期望对后续类似的工作具有借鉴意义。 2地质雷达的探测原理及方法 2.1探测原理 地质雷达是利用频率介于106～109Hz的无线电波来确定地下介质的一种地球物理探测仪器。岩溶洞穴、破碎带、岩溶水与完整围岩存在明显的电性差异, 对地质雷达发射的电磁波能形成强反射界面, 以此来探测不良地质体。地质雷达的基本原理如图1所示。 发射天线将高频短脉冲电磁波定向送入地下, 电磁波的传播取决于地质体的电性如电导率μ和介电常数ε。电导率μ主要影响电磁波的穿透深度, 介电常数ε决定电磁波在地质体中的传播速度。电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的地层或目标体就会发生反射和透射, 接收天线收到反射波信号并将其数字化, 然后由电脑以反射波波形的形式记录下来。对所采集的数据进行相应的处理后, 可根据反射波的传播时间、幅度和波形, 判断地下目标体的空间位置、结构及其分布。探地雷达是在对反射波形特性分析的基础上来判断地下目标体的, 所

重要劳雷地质雷达处理步骤

GSSI软件RADAN地质雷达资料处理步骤 视图—工具栏（前四个打勾） 视图---状态栏（打勾）状态栏是屏幕显示窗口最下面的那一栏 剖面的线扫描图是每道的波形压缩成一条直线然后用颜色显示出来的。 1.打开软件RADAN，选择文件夹View?Customize（自定义）?Directories（存 放数据的地方）. 2.编辑文件属性，去除只读属性。打开文件File?Open(*.dzt)（原始数据）。 此选项为可选项，一般的.dzt文件不是只读的。 3.扫描信息预编辑：利用图标Edit?Select（选择时避开打的标记， 若选定段包含标记，可把标记避开分几次选）, 选择一段扫描剖面，切除多余扫描信息Cut，或者保存特定扫描剖面 Save。 4.文件测量方向掉转。打开文件，选择File?Save As ，打勾。 5.（针对连测）添加距离信息。测量轮测量直接获取距离概念。连续测量方式 加距离需要三步A) 编辑文件头内的距离信息Edit?File Header, 扫描/ 米[scans/m], 米/标记[m/mark]，B)编辑用户标记（用中文randan5软件时，标记编辑：1）标记类型user 2）编辑模式：添加 3）在线扫描图上需要标记的地方点一下，扫描数自动变化 4）转换—用户标记都转换为 复合标记），C)并利用距离归一化函数进行处理,Process?Distance Norm, ,打勾。（文件前、后没有被标记进去的，归一化后自动去掉。所以标记时一定要从有用的信息开始标，尾部有用信息结束处也要做标记。Usermark用户手标，diatmark测量轮自动打标。） 6.添加里程信息.A)Edit?File Header ?3D option?X start输入里程起点坐标. B)Edit?Edit database?regions ? x origGlobal输入里程起点坐标 ----apply.（此步骤可随时做） 7.水平刻度调整。 Process?Horizontal scale.叠加stacking、抽道 skipping（显示长剖面的整体效果）、加密stretching（波形比例加大，使小的目标体显示清楚）。 8.确定地面反射波信号位置Edit?File Header?position(ns)（把垂直刻度 调成时间显示，然后点地面位置（波尖），状态栏右下角有数值显示，把此数值的负值填到头文件的position里，然后实际深度从调整后的0向下算）。 9.调整信号延时信息，找到地面Process?Correct Position?delta pos (ns). 10.设置和修改介电常数，计算深度信息Edit?File Header?DielConstant。 （测量时的介电常数是虚的，但测出来的剖面图像是真的。通过软件改介电常数，然后软件自动算出来的深度是跟此介电常数相匹配的深度。介电常数求法：1.经验值2、钻孔法，若用钻孔时利用其钻孔深度来修正介电常数-----在头文件里填入不同的介电常数，然后看是否和钻孔真的深度匹配，然后修正介电常数直到和钻孔深度匹配为止。）

浅谈煤矿开采中地质勘探技术的重要作用

摘要：矿产资源是国民经济和社会发展的重要物质基础，，如何准确有效的进行矿产勘查是摆在地质工作者面前的一个问题，因此我们应重视新理论、新技术、新方法的利用，同时结合以往多种勘查手段，以期提高各类矿床发现能力，取得良好的经济效益。文分析了煤田矿井开采中的地质勘探问题,论述了当前煤田矿井地球物理勘探主要技术方法的应用及特点, 提出了多波多分量地震勘探、矿井高密度直流电法、矿井瞬变电磁法及地质雷达等新技术新方法及其综合应用将在煤矿地质因素预测预报中发挥重要作用。 关键词：矿产勘查成矿理论技术研究煤矿开采地质勘探工作面

浅谈煤矿开采中地质勘探技术的重要作用 一、前言 （一）煤矿开采技术的介绍 矿井由于受地质条件差、断层发育、煤厚变化大等地质因素的影响，造成生产接续紧张，采用综合勘探方法,多种勘探手段结合并用，地面采用三维物探手段,井下先期施工多用途探巷，整理配合钻探及井下物探等手段，针对影响生产的地质因素开展各项专题研究，不断进行资料的动态综合分析，取得了较好的地质效果，为矿井的安全高效生产提供了有利的地质勘探预报保障。 1、开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。以提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。 2、开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，主要通过岩层定向水力压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术，研制既有利于顶煤破碎和顶板控制，又有利于放顶煤的新型液压支架，合理确定后部输送机能力。两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采回采工艺，优化工序，缩短放煤时间，提高工作面的推进度，实现高产高效。5～5.5m宽煤巷锚杆支护技术，通过宽煤巷锚杆支护技术的研究开发和应用，有利于综采配套设备的大功率和重型化，有助于连续采煤机的应用，促进工作面的高产高效。 3、缓倾斜薄煤层长壁开采。主要研究开发：体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究开发薄煤层工

地质雷达报告

福州绕城公路东南段 南峰隧道超前地质预报 （地质雷达） 编号：BG-CQYB-A16-001 合同段：A16合同段 施工单位：中铁十七局集团第一工程有限公司探测范围：右线出口LYK8+335～LYK8+310 编制： 校核： 检测单位：中国科学院武汉岩土力学研究所 检测日期：2013年12月27日 报告日期：2013年12月27日

一、工作概况 2013年12月27日，中国科学院武汉岩土力学研究所对福州绕城公路东南段A16合同段南峰隧道出口右洞进行了超前地质预报，采用GSSI 公司生产的SIR-20地质雷达进行数据采集，配属100MHZ 的屏蔽天线进行了探测。本次探测范围为右线出口LYK8+335～LYK8+310，共25m 。 二．预报的方法技术 （一） 地质雷达超前预报的基本原理 地质雷达(Ground Penetrating Radar ，简称GPR)是近年来应用于浅层地质构造、岩性检测的一项新技术，其特点是快速、无损、连续检测，并以实时成象方式显示地下结构剖面，使探测结果一目了然，分析、判读直观方便。因探测精度高、样点密、工作效率高而倍受关注。随着该项技术的不断完善和发展，其应用领域不断扩展。 隧道地质雷达超前预报方法是一种用于确定隧道掌子面前方介质分布变化的广谱电磁波技术。如图1所示，利用一个天线向掌子面前方发射无载波电磁脉冲，另一个天线接收由岩体中不同介质界面反射的回波，利用电磁波在岩体介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性 质(如介电常数Er) 及几何形态的变化差异，根据接收到的回波旅行时间、幅度和波形等信息，来探测掌子面前方介质的地层结构与异常地质体。 理论研究与实验室模拟试验证明，电磁波在物体或介质中的传播速度v 、走时t 、与介质的相对介电常数Er 有如下关系： v x z t 2 24+= r c v ε=

浅谈探地雷达法检测路面结构层

浅谈探地雷达法检测路面结构层 【摘要】以探测雷达在某高速公路上的路面结构层缺陷检测为例，阐述了探测雷达在路面结构检测的原理、方法、数据结果分析等。 【关键词】探测雷达；路面结构；检测 １路面结构层缺陷检测的意义 随着我国道路交通量日益增大，车辆迅速大型化以及超载现象，使公路路面面临严峻的考验。因此路面病害检测的作用凸显出来，其中路面结构层缺陷检测是路面病害检测的一项重要内容，通过探地雷达的检测可以达到识别地下目标物和道路结构层内隐伏缺陷的目的。根据病害程度采取相应的补救措施，保证路面的通行质量同时也有利于对公路路面的设计、施工等各方面提供有力的资料和经验。本文通过探地雷达法对某高速部分路段检测为例浅谈路面结构层缺陷检测。 2设备原理 图2.1探地雷达工作原理示意图 探地雷达方法（Ground Penetration Radar，简称GPR）是一种采用短脉冲宽带高频电磁波信号检测地下介质分布的新技术。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，通过天线连续拖动的方式以宽频带短脉冲的形式向地下发射高频电磁波，电磁波信号在地下介质内部传播时遇到不同介质的界面时，就会发生反射、透射，其反射系数（反射信号的强度）主要由上、下层介质的相对介电常数决定。上、下层介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反之，越小。反射的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的运动特征，获得地下介质的扫描图像，通过对扫描图像进行处理，对地质雷达剖面上目标层（体）的反射波时间延迟、波形特征以及剖面的宏观和微观形态组合进行解译，达到识别地下目标物和道路结构层内隐伏缺陷的目的。 电磁波在特定介质中的传播速度V是不变的，因此，根据探地雷达记录上的地面反射波与地下反射波的时间差△Ｔ，即可据下式算出地下异常的埋藏深度Ｈ： Ｈ＝V·△Ｔ／２（1） 式中，Ｈ即为目标层厚度；V是电磁波在地下介质中的传播速度，由下式表示： V＝Ｃ／■（2） 式中，Ｃ是电磁波在大气中的传播速度，约为３×１０８ｍ／ｓ；ε为相对介电常数，取决于地下各层构成物质的介电常数。 雷达波反射信号的振幅与反射系数成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数ｒ可表示为： ｒ＝■（3） 式中，ε1、ε2为界面上、下介质的相对介电常数。对公路检测而言，ε1为面层的相对介电常数，ε2为基层的相对介电常数。由公式（3）可知，雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小，反之亦然。反射信号的强度主要取决于上、下介质的电性差，电性差越大，反射信号越强；反之，越小。对沥青混凝土面层而言，面层与基层（稳定层）存在明显的电性差，可以预期面层底部会有强反射出现。不同面层（上、中、下）之间所用材料也存在细微差别，因此也可以得到较弱的

浅析地质雷达的分辨率-图

浅析地质雷达的分辨率 美国劳雷工业公司 袁明德 近年来，地质雷达无损检测技术的应用不断推广，经常有人提起其分辨率的问题。分辨率或称分辨能力，指将两个靠得非常近的异常区分开的能力。通俗地讲，就是能清楚识别的最小目标大小，更小就分不清了或“看”不出来了。 目标如地层、空洞、管道都是三度体，都具有长、宽、高，从地面看下去，有横向延展度和垂向延展度。因此，判别分辨率，就有横向分辨率和垂直分辨率之分。两者既不同又相互关联。 <垂向分辨率> 先说垂向分辨率。无论地层或具体目标，都有上下两个面，假设这两个面跟围岩或上下地层有明显的电性差异，则在顶、底面上都能形成反射波。那么分辨率的概念就是分别从顶、底反射回来的两个脉冲不重叠，或重叠的不厉害，能分得开(如图1)。显然，两者太靠拢了就分不开(如图2)。我们将这段能分得开的最小距离称为垂直分辨率。 将地下各个层面的反射系数按反射波到达时间编制成图，即为反射系数序列（如图1）。在数字化过程中，一条雷达扫描数据能用反射系数序列跟雷达讯号脉冲的褶积方程来表达： X(t)=R(T) * e(t) + n(t)----------------------------------(1) （图1）雷达扫描线可用反射系数 序列跟雷达脉冲的褶积来表示 X(t)------雷达扫描线 R(t)------雷达脉冲 n(t)------噪音 e(t)------反射序列 e(t) R(t) X(t) n(t)

借用地震反射理论，一般认为对离散的反射界面，根据瑞雷标准定义的分辨率的极限是λ/4，其中λ是主频波波长，怀特定义分辨率极限则为λ/8；对无限延展的平面层，极限分辨率为λ/30。这里并没有考虑噪音的影响，有没有噪音大不一样，而实际上都是有噪音的。所以有人用讯号的功率谱与噪音的功率谱的比S 2/N 2来表示分辨率，也有人用道间互相关C 和自相关A 的关系来衡量分辨率，因为C/(A-C)=S/N 。所以实际上，离散目标的垂直分辨率大约为λ/2左右，平面层在λ/20左右(图2)。 在地质雷达天线的设计中，一般选择天线的中心频率fp 等于天线的通频带 Δf ，即fp/Δf=1,因此，雷达的分辨率近似于C/2Δf(εr )1/2=λ/2，其中C 为空气中雷达波波速，εr 为地层介电常数。 （图2）能分辨的地层厚度跟脉冲波长之间的关系。(a)表示目标地层的波阻抗高于两侧的地层，(b)表示目标地层的波阻抗处于两侧地层之间。从左至右随着目标地层变薄，两个脉冲合二为一，最终无法分辨。 e(t) R1(t) X(t) = R2(t) R1(t) + R2(t) e(t) R1(t) X(t)= R2(t) R1(t)+ R2(t)

一般地质雷达数据处理步骤

一般地质雷达数据处理步骤

分界面厚度变化时可用此法，一般不用2）有倾斜地层时可用此法3）使钢筋显示更清楚用此法⑹主要用此法的地方1）测工字钢个数，埋深，形态，间隔2）测空洞3）测钢筋网个数 1.反褶积、一维频率滤波（取默认值。垂直方向上出现一串时（等间隔的多次 波）用此）。Process→Deconvolution；Process→IIR Filter. 2.偏移归位Process→Migration，选择偏移类型kirchhoff，调整曲线形态。 3.希尔伯特变化Process→Hilbert Xform，选phase显示瞬态相位信息。 4.添加地面高程信息，并利用高程归一化函数进行处理。Process→Surface Norm。 5.静态校正Process→Static，mode选择manual手动调整方式。 6.文件拼接。打开Radan软件，选择File→Append files。 7.通道合并，多通道资料对比分析。打开Radan软件，选择File→Combine channels。 8.交互式解释View→Interactive，生成*.lay文件。 步骤1）点2）如果从没解释时就选generate new pick file，如果是在原来的基础上对此文件进行解释就选pick file找到lay文件3）选目标体（如钢筋类的， 解释后可以看出有多少根）：①在剖面上点右键---target options—new target—双击目标体名字----然后在target parameters里改各个要改的参数②在剖面上 点右键---pick options---在pick options里填参数（若拾取工具选block时，在剖面上选一块然后点右键然后加点，）4）选分层①在剖面上点右键----layer options---改layer options里的参数然后确定②在剖面上点右键---pick options---在pick options里填参数（若拾取工具选block时，在剖面上选一块然后点右键然后加点，若当中有空的没有连起来则点右键，插值）5）在剖面上点右键----spreadsheet（表格）6）在剖面上点右键----save changes---current file---保存为lay文件7）用excel打开此lay文件（打开时分割符号选tab键和逗号），打开后去掉头文件然后画图。 速度的选取：在剖面上点右键---ground truth（钻孔）----z（分界面距地面的埋深） 9.绘制地质剖面图.利用电子表格Excel或者Surfer 8软件绘制地质图件。 一：连接文件 File----append files----把每个文件双击------done 二：单个文件宏处理 1）打开文件 2）New macro---保存为宏文件cmf

隧道衬砌地质雷达无损检测技术

隧道衬砌质量地质雷达无损检测技术 1 前言 1.1工艺概况 铁路隧道衬砌是隐蔽工程，用传统的目测或钻孔对其质量进行检测有较大的局限性；应用物理勘探的方法对隧道衬砌混凝土进行无损检测，可取得快速、安全、可靠的效果。 1.2工艺原理 电磁反射波法（地质雷达）由主机、天线和配套软件等几部分组成。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，当发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波时，电磁波遇到不均匀体(接口)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的(图 1)。 图1 地质雷达基本原理示意图 电磁波在特定介质中的传播速度是不变的 ，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间ΔT ，即可据下式算出异常介质的埋藏深度H ： H V T =??2 (1) 式中，V 是电磁波在介质中的传播速度，其大小由下式表示： V C =ε (2) 式中，C 是电磁波在大气中的传播速度，约为3.0×108m/s ； ε为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。 雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数可表示为： 212 1εεεε+-=r (3) 反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高，穿透深度

越小；频率越高，穿透深度越小。 2 工艺特点 电磁反射波法（地质雷达）能够预测隧道施工中衬砌的各种质量问题，分辨率高，精度高，探测深度一般在0.5m～2.0m左右。利用高频电磁脉冲波的反射，中心工作频率400MHz/900 MHz/1500 MHz； 采用宽带短脉冲和高采样率，分辨率较高； 采用可调程序高次迭加和多波处理等信号恢复技术，大大改善了信噪比和图像显示性能。 （1）操作简单，对工作环境要求不高； （2）对衬砌隐蔽工程质量问题性质判断一般精度较高，分辨率可达到2～5cm，检测的深度、结构尺寸以及里程偏差或误差小于10%，缺陷类型识别准确度达95%以上； （3）通过专业的RADAN 6.0分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数据处理等。 3 适用范围 地质雷达有其适用范围和适用条件，目标体与周围介质是否存在足够的电性差异，是探测工作是否有效的前提，这种电性差异就是介电常数；应根据不同的检测对象和检测要求选用不同的天线类型；适用条件，探测的目标体与周围介质有较大的介电常数差异并具有较好的反射条件；上覆层导电性较弱；目标体具有一定的体积，引起的异常有一定的强度；具有一定的探测对比资料。 该技术适用于隧道衬砌质量施工过程控制和竣工验收的无损检测。 4 主要引用标准 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB 10753-2010） 《铁路隧道工程施工质量验收标准》TBl0417-2003 《铁路隧道衬砌质量无损检测规程施工规范》（TB10223-2004） 《铁路工程物理勘探规程》（TB10013-2004） 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001） 《云桂铁路石林隧道地质雷达无损检测实施细则》 云桂铁路石林隧道相关设计图纸以及相关施工资料。 5 施工方法 1、检测前的准备工作: 收集隧道工程地质资料、施工图、设计变更资料和施工记录；

c GSSI软件RADAN地质雷达处理步骤

地质雷达软件RADAN用户手册美国地球物理测量系统公司 美国劳雷工业公司 2010年10月

RADAN处理软件安装 安装采集软件RADAN66和RADAN5，并且激活采集软件 输入软件序列号serialnumber 输入处理软件产品ID代码:radan 计算获取软件激活码 Windows7系统安装radan5 安装radan程序，找到setup.exe鼠标右键要求以系统管理员身份运行； RADAN软件第一次运行要以系统管理员身份打开。 Windows7系统调整显示效果 选择控制面板->所有控制面板项->显示->更改配色方案->windows经典->高级，对话框如下： 选择颜色 项目->桌面->颜色->设置红绿蓝

资料整理 1打测量，布置网格和测线，数据采集 2数据拷贝与备份： 从地质雷达主机把数据复制在个人电脑上，并利用2种以上存储介质对原始数据进行备份。 3野外记录整理： 整理野外记录本（包括各种参数，利用数码相机或者扫描仪 对原始纪录扫描拍照，并制作成PDF格式文件便于日后随时查看野外现场原始资料），工作照片，收集的各种第三方资料（设计图纸、设计厚度、第三方检测资料），现场钻孔资料（里程桩号、芯样实物和照片、长度）。 利用钻孔资料反算电磁波传播速度或者材料介电常数。 4数据编辑与初步整理RADAN 5资料处理RADAN 6资料解释 7图片制作 8探测报告编写

IGSSI地质雷达探测资料处理流程图数据备份,资料整理,资料处理,资料解释

IIGSSI处理软件功能模块介绍 基本工具 打开数据文件，显示雷达数据剖面。 保存数据文件，保存雷达剖面。 选择数据块，选择目标数据剖面。 剪切数据块，切除多余数据剖面。 保存数据块，单独保存雷达数据剖面。 复制剖面图像至剪贴板，地质雷达剖面制作图片。 编辑数据文件头，输入相关参数：标记间隔、扫描数、介电常数、信号位置； 编辑标记信息、补充漏打的标记、删除多余标记信息。 线扫描显示方式、以灰阶图或者彩色图形式显示雷达剖面。 波形加变面积显示方式、以波列图形式显示雷达剖面。 线扫描+波形显示方式 波形显示方式，以波形方式显示雷达剖面，做频谱分析，显示雷达工作频段。 三维数据体显示 时间切片显示方式 多通道显示方式、多个雷达剖面做比对处理和信息显示。 交互式解释、进行地质解释，绘制地质剖面图、给出钢筋位置。 调整显示参数，设置各种显示参数，保存、调用显示参数文件，设置长标记。 打印雷达剖面 关于RADAN程序版本信息 命令参数按钮

美国GSSI地质雷达隧道超前预报介绍与资料处理

美国地质雷达隧道超前预报工作介绍目前我们国家地下隧道建设工作量大，地质条件复杂，有灰岩地区、花岗岩地区、黄土高原、第四季覆盖等等。 隧道开挖中常常遇到岩溶发育、出现大的空洞，充水或者充泥，有时地下暗河发育；也会遇到构造带，或者岩石破碎，同时地下水发育，这给隧道开挖和建设造成很多困难，同时也给隧道运营造成一定的隐患。因此需要采用一定的手段对这些地质构造和地质灾害进行探测和预报，提前采取措施来排除灾害。 工作任务 为了能够探明隧道开挖面(俗称"掌子面")前方的地质构造，通常采用多种方法进行综合分析、探测、预报。常见的方法有：地质分析，地球物理探测(声波法、直流电法、电磁波方法)，钻孔方法，或者超前导洞等等。采用各种地球物理方法进行探测，分别给出探测结果，综合地质构造情况，进行综合解释，给出掌子面前方的地质构造和可能的地质灾害信息。 探测前提条件 隧道开挖中遇到的地下材料或者介质，主要有石灰岩、花岗岩、大理岩、砂岩、第四季覆盖、沙土、黄土，还有地下水、空洞等等。由于这些材料的物理性质有很多种，比如密度、导电率、介电常数、磁导

率等等。 声波超前预报。由于密度不同、声波传播速度不同，可以采用声波法进行探测，出现了地震波超前预报。 直流电法超前预报。根据导电率的差异采用直流电法，预报掌子面前方材料的导电率差异，尤其是含盐份的地下水表现为良导体、而空气为高阻体； 地质雷达预报。根据导电率、介电常数、磁导率的差异，采用地质雷达高频电磁波方法进行探测，获取掌子面前方材料的介电常数差异信息， 瞬变电磁预报。由于岩石、土壤、水、空气的电磁响应不同，采用瞬变电磁方法探测材料的差异。 目前这4种方法在隧道超前预报中都有使用，尤其是地质雷达超前预报方法得到了普遍使用，利用地质雷达方法在隧道掌子面上进行探测，对隧道开挖超前预报，下面介绍这部分内容。 探测仪器 地质雷达方法通常采用高频电磁波发射法工作，频带范围为几兆赫兹到几千兆赫兹，不同的频率探测深度不同，低频电磁波探测深度较大，因而出现了不同中心频率的天线，商业地质雷达通常采用窄脉冲宽频带电磁波信号工作，一般情况下100兆天线在土壤、破碎的岩石、基岩上探测深度范围从几米到十几米甚至30米左右。 目前隧道开挖地质超前预报距离正好是要求在十几米到30米左

地质雷达探测技术说明C.doc

减免税进口仪器、设备说明 今有中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院进口Scintrex公司CG-5型重力仪一套。 一、仪器主要部分 1.灵敏系统：主要部件由一个矩形石英框架支撑着，用一个支杆固定在密封器顶盖上。灵敏系统的位移方式属角位移。 2.测量系统：由测读装置、测程调节装置及纵、横水准器等组成，测量出弹簧长度变化后经过电子系统转化成电流的大小，从而数字化将测量值显示到主机显示屏上。 二、仪器性能 相比较其他传统金属弹簧重力仪而言Scintrex公司生产的CG-5型重力仪不容易产生掉格现象从而保证了更高的测量精度和稳定性： （一）石英材料的滞后作用比金属材料小。对于悬挂承重的石英弹簧来说，一旦去掉承重，弹簧就会精确地恢复原状，而一个金属弹簧则会保持一定的记忆。Scintrex所制造的石英传感器是整体铸造，包括石英弹簧及其悬挂连接点是一个整体结构，它的滞后作用比类似的金属部件要小许多。

（二）传感器的所有联结点，象悬挂弹簧的支点和石英弹簧本身焊成一个整体。相反，金属弹簧重力仪的各种功能部件都是通过机械连接装配在一起的。所以整体熔凝的石英传感器不会出现部件之间的滑移或内部变形。这是使石英传感器不易产生掉格的又一个重要原因，也使它很少出现测试数据混乱的现象。 （三）石英弹簧比金属弹簧具有比较大的温度系数，并且石英弹簧传感器是垂直悬挂式弹簧，对于相同的重力值，它的弹簧伸长比金属弹簧重力仪中的金属弹簧小。三、仪器工作原理 Scintrex公司CG-5型重力仪采用无静电熔凝石英材料做为传感器，是基于一种垂直悬挂式石英弹簧，弹簧末端的重锤上悬挂一根测量弹簧。当作用在重锤上的重力发生变化时，可以伸缩测量弹簧，使摆杆改变原来的静平衡位置。这样通过测量弹簧的伸缩量来测定重力的变化。重力变化同弹簧的伸缩量成线性关系，从而勘探地表重力场变化的先进仪器。 通过测定地表各点上的重力加速度的值，对地下介质和地质体的分布做出推断。 四、仪器技术参数 传感器类型：无静电熔凝石英 测量范围：8000mGal，不用重置 自动修正：潮汐、仪器倾斜、温度、噪声、地震噪声 尺寸：30cmX21cmX22cm 重量（含电池）：8kg 电池容量：2X6Ah(10.78V) 袖珍锂电池 功耗：25°C时4.5W 工作温度：-40～+45°C 环境温度修正：通常0.2microGal/°C 大气压力修正：通常0.15microGal/kPa 磁场修正：通常1microGal/Gauss(微伽/高斯) 五、仪器在教学中的应用 该仪器是我院“地球物理学”专业和“地球探测与信息技术”专业勘探地质构造、