２０１１年第６期 西部探矿工程 １５１ 探地雷达方法的原理及工作方法技术简介 杨 可 ，赵新生，赵钦 （新疆大学地质与勘查工程学院，新疆乌鲁木齐８３００４７） 摘要：探地雷达方法是工程地质勘察中应用较多的一种勘探方法，基于电磁波在不同介质中传播时 其路径、电磁场强度与波形随所通过的介质的电性质及几何形态而变化，据电磁波的双程走时、幅度 与波形推断介质（地质体）的结构。它的高分辨率使其在浅层与超浅层地质调查中有着广阔的应用前 景。 关键词：探地雷达；装置；技术指标；方法技术 中图分类号：Ｐ６３１．３文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２Ｏ１１）Ｏ６一Ｏ１５１一Ｏ２ １原理及特点 探地雷达（Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄａｒ，简称ＧＰＲ） 方法是一种用于确定地下介质分布的广谱（１ＭＨｚ～ １ＧＨｚ）电磁技术。探地雷达利用一个天线发射高频宽 频带电磁波，另一个天线接收来自地下介质面的反射 波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波 形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此， 根据接收到的波双程走时、幅度与波形资料，可推断计 算出地质体的形状、大小、埋深等要素。 类似于探空雷达，探地雷达也是利用高频电磁波束 的反射探测目标体。然而探空雷达所发射的高频电磁 波在无耗介质中传播，探测距离大；相反，探地雷达所发 射的高频电磁波在有耗介质中传播，探测距离受到很大 限制。和探空雷达相比较，探地雷达的目标体通常为地 下埋藏的非金属体，回波能量小，且不需要快速跟踪技 术。因而，探地雷达有自己的发射波形和天线设计特 点。现如今探地雷达的发展日新月异，如博泰克ＲＩＳ 探地雷达在兼具了传统探地雷达各项优点的同时，增添 了高灵敏度、高分辨率的天线阵，使浅层和深层探测一 次完成，实现了三维立体探测，大大提高了工作效率，具 有数据采集完整、快速、低误差等特点。 ’ 探地雷达方法，发射天线与接收天线之间距离小甚 至合二为一。当地层倾角较小时，反射波的全部路径几 乎是垂直地面的，在测线不同位置上反射时间的变化实 际反映了地下地层的构造形态。探地雷达工作频率高， 在地质介质中以位移电流为主。高频宽频带波传播过 程中很少频散，速度基本由介质的介电常数确定。所以 说电磁波的传播理论和弹性波有许多相似地方。因此， 在地震法勘探中广泛使用的某些技术可以直接用于探 地雷达方法。 ２探地雷达仪器结构及特点 探地雷达主要由控制器、发射与接收天线组成。控 制器是雷达的核心部分，它是在计算机的基础上配合信 号发生触发器、Ａ／Ｄ转换器共同组成（见图１）。 ３技术指标 ３．１分辨率 分辨率决定了地球物理方法（探地雷达方法）分辨最 ／Ｊ、异常介质的能力，分辨率分为垂直分辨率和水平分辨率。 ３．２探测距离 探地雷达能探测到的最深的目的体的深度称为探 地雷达的探测距离。当雷达系统选定后，系统的增益 （系统增益一仪器发射功率／接收系统背景噪声功率）已 知，因此只要到达接收器的回波信号幅度大于接收系统 背景噪声功率，那么来自该物体的回波就可以为雷达系 统识别。于是探测距离的预测就归结为求目的体的回 波的大小。 ３．３电偶极子天线辐射图 当水平电偶极子源Ｐ位于地面上方时，接收点Ｍ 可以接受到从源出发取３条路径到达接收点的波（见图 ２）：直达波、反射波与侧面波。 ＊收稿日期：２０１０－０８－１４修回日期：２０１０－０８—２３ 第一作者简介：杨￣ｒ（１９８５一），男（汉族），安微宿州人，新疆大学在读硕士研究生，研究方向：工程地质构造。
・其它・
探地雷达的工作原理和检测应用
张玉海
‘槲二局集团有限翻Ａ原。３００２４’Ｗ（７岁Ａ
摘要探地雷达是一种高科技无损检测设备，具有其它检测设备无法比拟的优越性。详细介绍了Ⅲｓ一２Ｋ探地雷达厦其对隧道、桥梁、路基等工程的检测应用，实践表明这种仪器能更加方便地了解结构内部的情况，更加形象直观地控制工程质量。关键词无损检测探地雷达天线阵电磁波介质孔洞
自改革丌放以来，随着国民经济持续稳定向前
发展，工程建设项目大幅上升，人们对丁程质量也日
益关注，传统的榆测手段已远远落后于现有的施工水平，先进的检测技术使应运而生。探地雷达足一
种采用高科技—ｒ段，具有高分辨率、高准确率、快速、方便、高效等特点的．）己损检测没备，经过长期实践和
不断发展，现已形成一套完整的榆测系统。
１ＲＪＳ２Ｋ探地雷达
意大利牛产ＲＴｓ２Ｋ探地雷达是种Ｉ寄科技无
损检测没备，巾现场采集单元、发射和接收灭线、后
处理软件３部分组成，配备有８０Ｍ比、６００ＭＨｚ、
ｌ６０（）Ｍ｝ｌｚ低、中、高频率的单天线和ＨＩＲＥｓｓ天线
阵，１『）ｓＧＲＥＩ）／Ｉ＾／ＲｏＡＤ软件。ＨＩＲＥｓ天线阵足由４个ｌ６００Ｍ１１ｚ的单天线组成的天线阵，有７个通道，
能够检测不同层次的日标体，６００Ｍｈｚ和１６００ＭＩＩｚ
收稿只甥：２【ｘ犯Ⅷ２４２个单天线可以组成３通道的天线阵，也能够检测
不同层次的目标体。８０ＭＨｚ天线测深３０ｍ，６００Ｍｍ天线测深２ｍ，ｌ６（】０Ｍｈｚ天线测深ｏ５ｍ，ＨｍＥＳｓ天线阵测深ｏ５‰频率高的天线发射雷达
波主频高，分辨率高，穿透距离浅；频率低的灭线发
射雷达波主频低，分辨率低，穿透距离深。实际检测巾应根据拟检测深度来选择天线频率。
ＲＩｓ～２Ｋ探地雷达的特性：使用Ａｕｃｕ３三通
道主机，能同时连接３个单天线，兼顾单天线和天线
阵，一次扫描可以同时检测浅层和深层目标，可以大量节约测量工程的人力和物力。选用高、中、低频天
线，可以检测深浅不同层次的目标。后期分析软件
一ｒ姒对波形自动分析、合成，并绘制检测图。在后期
探地雷达的原理及前景展望
摘 要：探地雷达是一种对位于地球浅层的内部结构进行探测的技术，它利用地下各物质自身介质参数的差异，以短高频电磁脉冲波作为媒介，根据反射波的振幅、波形和频率等的变化实现对地表以下物体结构特征的分析。探地雷达所使用的频率远低于一般的探空雷达，其主要研究领域为电磁脉冲波在有损介质中的传输特性。由于地表下各种介质分布的不确定性，探地雷达相比传统探空雷达的研究要更为复杂。与传统的探测方式相比，它具有便捷、高效、组成简单、抗干扰能力强、地形适应能力强、高分辨率等优点。
关键词：高频脉冲波；雷达；介质
1 探地雷达的发展历史及研究现状
对探地雷达的研究开始于二十世纪初。1904年，德国进行了首次用电磁波信号对地下金属进行探测的研究。由于地下介质的强衰减特性，加上地下介质组成复杂多样，引起严重的电磁波干扰，研究起来非常困难。加之两次世界大战的影响，所以在首次应用后的几十年间，该项技术的发展一直迟滞不前。直到上世纪50年代以后，探地雷达才重新被各国提上发展日程。随着电子技术特别是数字磁带记录问世以后，依托现代数据处理技术的新型实用性探地雷达迅速发展，许多商业化的数字产品先后问世。这些雷达仪器的基本原理大同小异，主要具有多维显示、多通道采集、变频天线、实时处理、多波形处理、多次叠加等功能，另外还有用于井下探测的特种探地雷达等。国内对于探地雷达的研究开始于二十世纪七十年代，当时，伴随着煤矿各部委科研院所探矿工作的开展，急需进行探地雷达研究工作，但由于种种原因，这些研究未能深入进行。进入到九十年代以后，在引进了多种国外先进探测设备的基础上，我国的探地雷达研究事业有了长足的进步。
由于雷达波进入到地下复杂地质环境后传播变得难以预测，再加上地下各种介质产生的噪声对有用信号的干扰，如何滤除各种噪声与杂波，从中提取到有用的信息是探地雷达记录工作面临的主要技术难题。关于在于运用多种数据处理技术对所得到的信号进行科学滤波处理。由于发射的探地雷达波位于高频带，使得研究者对于电磁波在不同高频段上所反映出的不同地质构成要有深入的了解。这个也是探地雷达研制过程中的一个难点问题。
２０ｌ２ Ｖｏ１．７ Ｎｏ．２ ２０ｌ２ 李远强：Ｐｕｌｓｅ ＥＫＫＯ Ｐｒｏ探地雷达勘查地质灾害的原理和方法 第７卷第２期
Ｐｕｌｓｅ ＥＫＫＯ Ｐｒｏ探地雷达勘查地质灾害的原理和方法
李远强
（北京市地质研究所，北京１００１２０）
摘 要：探地雷达法是一种以电磁波为基础的地球物理勘探方法。本文以北京昌平白羊沟崩塌勘查为例，利用探地雷 达查明了危岩体顶部裂隙灾害分布范围及发育状况，为危岩体的稳定性评价提供了科学依据。
关键词：探地雷达；崩塌；裂隙
中图分类号：Ｐ６３１．３ ２５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００７—１ ９０３（２０１ ２）０２—００４９—０３
山区崩塌地质灾害的勘查及其稳定型的判断显得至
关重要。由于山区地表风化层覆盖，很难发现隐伏的裂缝
和裂隙，常规槽探工作效果不理想。探地雷达方法是一种
无损、轻便、高效率的探测方法，在崩塌地质灾害勘查中 应用取得了较好成效。
１探地雷达法
应用探地雷达（Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄａｒ，简称 ＧＰＲ）勘查已有３０多年，经过技术人员探索，其方法技术
得到了长足的进展，现已广泛应用于地质、环境、考古等
诸多领域，均取得了良好的探测效果。 （１）原理
探地雷达属于地球物理勘探中的电磁波法，它利用
一个天线发射高频率短脉冲宽频带电磁波，用另一个天
线接收来自地下介质界面的反射波，根据接收到波的旅
行时间（亦称双程走时）、幅度与波形等参数，探测埋设物 等介质。探地雷达法是利用介质的电性差异划分介质界
面，探测目的物。探地雷达采用广谱电磁波，其工作频率
１ＭＨｚ－ＩＧ ＭＨｚ。探地雷达脉冲波的行程 见图１，其脉冲
波走时呵用下式求解。 ｔ：、 ＇ ｜
式中：卜一一脉冲波走时（ｎｓ）；ｚ一—反射体深度㈤；
与Ｒ的距离㈤；ｙ一一雷达脉冲波速（ｍ／ｎｓ）。 （２）探测方法
探地雷达探测方法主要有共深度点法（ＣＭＰ）、透射
波剖面法。其中共深度点法用于地层雷达波速分析，透射
