GR系列地質雷達/探地雷達

1．地質雷達方法介紹

1.1 地質雷達探測原理

地質雷達向地下發(fā)射脈沖形式的高頻寬帶電磁波，電磁波在地下介質傳播過程中遇到存在典型差異的地下目標體（空洞、分界面時），電磁波便發(fā)生反射，返回到地面時由接收天線所接收；對接收到的電磁波進行信號處理和分析，根據信號波形、強度、雙程走時等參數來推斷地下目標體的空間位置、結構、電性及集合形態(tài)，從而達到對地下隱蔽目標物探測的目的。

1.2 地質雷達的組成

地質雷達由主機和天線組成：

（1）主機：主要完成雷達探測采集過程中的控制、數據顯示和存儲等功能；

（2）天線：地質雷達通過天線發(fā)射和接收電磁波完成探測目的，天線氛圍一體化天線（發(fā)射和接收機都封閉在同一天線外殼內），或分體式天線（發(fā)射和接收機分別封裝在兩個天線外殼中）。

天線的頻率越低，探測的深度越大，但是相對的探測精度越低；

頻率越高，探測深度越小，但是相對的探測精度越高。

200MHz天線一般 可探測0-10米左右范圍，而800-1200MHz天線可用來探測幾十公分后的路面，達到對厘米級層位分層的目的。

1.3 地質雷達探測特點：

地質雷達作為一種新興的地球物理方法，與其他地球物理方法相比（淺層地震勘探、電阻率法、激發(fā)計劃法），具有以下特點：

（1）、分辨率高：目前地球物理方法中分辨率高的探測方法，中心頻率10~1500MHz，分辨率可達厘米級。

（2）、無損性：無損探測方法，不破壞被測物。

（3）、效率高：儀器體積小、重量輕?？牲c測、連續(xù)測量，并且處理解釋簡單。

（4）、結果直觀：可實時成像，野外可定性解釋。

1.4 GR地質雷達特點：

中國礦業(yè)大學（北京）自主研發(fā)的GR系列地質雷達，以煤炭資源與安全開采國家重點實驗室技術團隊為支持，歷經十余年開發(fā)，已研發(fā)出GR系列便攜地質雷達產品（目前型號為GR-IV），適用于井下、爆炸氣體環(huán)境中使用的ZTR系列防爆地質雷達，以及適用于快速公路、鐵路檢測的多通道地質雷達系統(tǒng)，并且將于2013年推出全新產品系統(tǒng)——城市道路探測檢測雷達，用以探測城市道路路面施工質量及道路下方病害情況。該系統(tǒng)在國內*搭載可變通道數量的天線系統(tǒng)，從而一次性完成不同探測深度目標的探測、檢測任務。極大提高了探測效率和探測精度，并且該系統(tǒng)與地圖接口連接，可以直接在地圖上圈定探測、檢測地區(qū)的病害范圍。

2. GR地質雷達道路層位探測

使用GR系列地質雷達配套高頻天線，可有效對路面層位信息進行分析，從而達到檢測施工質量的目的。如下圖為使用GRIII地質雷達和900MHz天線進行的路面層位檢測，在檢測過程中明顯區(qū)分出了該路面的面層、底層位置，及對應的深度信息，從而可以判斷路面施工質量。

圖2.1 GR系列地質雷達層位信息探測圖

3. GR地質雷達管線探測

地質雷達可應用于地下管線埋深調查，及管線滲漏范圍區(qū)域調查中，具有良好的探測效果。

中國礦業(yè)大學（北京）參與國家“十二五”國家科技支撐計劃課題——《基于風險的油氣管道事故預防關鍵技術研究》中，承擔了“可識別管道規(guī)格和材質類別的埋地管道雷達探測裝置研制”子課題。依據該子課題內容，研發(fā)、改進以GR系列雷達為基礎的雷達系統(tǒng)，達到了地下不同埋深、不同材質、不同管徑管道的探測目的。

針對PVC管的探測，開展了實驗和實際工程探測工作。

3.1 實驗探測：

將不同管徑、不同深度的管線方向平行埋藏于地下，在垂直于管線方向布設地質雷達測線，使用400MHz和600MHz天線開展探測，如圖所示：

通過使用400MHz、600MHz天線進行探測，對PVC管（不充水）都有較好的探測效果，充水后，由于會增強其反射能量，探測效果更佳。

對不同管徑及不同探測深度的不充水PVC管進行聯合探測：

對于φ110 h=500  φ90 h=500PVC管線， 600MHz以及400MHz均有異常反應。

隨后開展了多PVC管埋藏探測工程。通常在地面通過多條水平測線橫切管線，達到具體探測目的。

初步分析，不充水PVC管線在直徑90mm時、埋深1000mm以內時，可被有效探測出；

在直徑75mm，埋深600mm以內時，可被有效探測出。

4. GR地質雷達其他方向應用

除了以上應用外，使用GR系列、ZTR系列及多通道地質雷達，還在以下工程應用及科學研究中取得了一定的成果。

4.1 2009年國慶閱兵保障路線地質雷達檢測

2009年建國60周年國慶閱兵，為保障重型設備的安全通行，對保障路線的病害情況進行探測，完成了總里程29.88公里的檢測、探測工作。為我國60周年閱兵的順利進行，保駕護航。

通過本次檢測的雷達圖像分析，對不同類型缺陷異常進行較為直觀的綜合解譯。

4.2 煤厚探測調查

使用ZTR系列防爆地質雷達，在井下對煤層頂板進行探測，達到預測頂板煤厚的目的。

4.3 鐵路多通道雷達路基探測

4.4 北京和平里煤氣爆炸案后現場探測

4.5 地下水調查

4.6 青藏地下凍土調查