GR系列地质雷达/探地雷达

1．地质雷达方法介绍

1.1 地质雷达探测原理

地质雷达向地下发射脉冲形式的高频宽带电磁波，电磁波在地下介质传播过程中遇到存在典型差异的地下目标体（空洞、分界面时），电磁波便发生反射，返回到地面时由接收天线所接收；对接收到的电磁波进行信号处理和分析，根据信号波形、强度、双程走时等参数来推断地下目标体的空间位置、结构、电性及集合形态，从而达到对地下隐蔽目标物探测的目的。

1.2 地质雷达的组成

地质雷达由主机和天线组成：

（1）主机：主要完成雷达探测采集过程中的控制、数据显示和存储等功能；

（2）天线：地质雷达通过天线发射和接收电磁波完成探测目的，天线氛围一体化天线（发射和接收机都封闭在同一天线外壳内），或分体式天线（发射和接收机分别封装在两个天线外壳中）。

天线的频率越低，探测的深度越大，但是相对的探测精度越低；

频率越高，探测深度越小，但是相对的探测精度越高。

200MHz天线一般 可探测0-10米左右范围，而800-1200MHz天线可用来探测几十公分后的路面，达到对厘米级层位分层的目的。

1.3 地质雷达探测特点：

地质雷达作为一种新兴的地球物理方法，与其他地球物理方法相比（浅层地震勘探、电阻率法、激发计划法），具有以下特点：

（1）、分辨率高：目前地球物理方法中分辨率高的探测方法，中心频率10~1500MHz，分辨率可达厘米级。

（2）、无损性：无损探测方法，不破坏被测物。

（3）、效率高：仪器体积小、重量轻。可点测、连续测量，并且处理解释简单。

（4）、结果直观：可实时成像，野外可定性解释。

1.4 GR地质雷达特点：

中国矿业大学（北京）自主研发的GR系列地质雷达，以煤炭资源与安全开采国家重点实验室技术团队为支持，历经十余年开发，已研发出GR系列便携地质雷达产品（目前新型号为GR-IV），适用于井下、爆炸气体环境中使用的ZTR系列防爆地质雷达，以及适用于快速公路、铁路检测的多通道地质雷达系统，并且将于2013年推出全新产品系统——城市道路探测检测雷达，用以探测城市道路路面施工质量及道路下方病害情况。该系统在国内*搭载可变通道数量的天线系统，从而一次性完成不同探测深度目标的探测、检测任务。极大提高了探测效率和探测精度，并且该系统与地图接口连接，可以直接在地图上圈定探测、检测地区的病害范围。

2. GR地质雷达道路层位探测

使用GR系列地质雷达配套高频天线，可有效对路面层位信息进行分析，从而达到检测施工质量的目的。如下图为使用GRIII地质雷达和900MHz天线进行的路面层位检测，在检测过程中明显区分出了该路面的面层、底层位置，及对应的深度信息，从而可以判断路面施工质量。

图2.1 GR系列地质雷达层位信息探测图

3. GR地质雷达管线探测

地质雷达可应用于地下管线埋深调查，及管线渗漏范围区域调查中，具有良好的探测效果。

中国矿业大学（北京）参与国家“十二五”国家科技支撑计划课题——《基于风险的油气管道事故预防关键技术研究》中，承担了“可识别管道规格和材质类别的埋地管道雷达探测装置研制”子课题。依据该子课题内容，研发、改进以GR系列雷达为基础的雷达系统，达到了地下不同埋深、不同材质、不同管径管道的探测目的。

针对PVC管的探测，开展了实验和实际工程探测工作。

3.1 实验探测：

将不同管径、不同深度的管线方向平行埋藏于地下，在垂直于管线方向布设地质雷达测线，使用400MHz和600MHz天线开展探测，如图所示：

通过使用400MHz、600MHz天线进行探测，对PVC管（不充水）都有较好的探测效果，充水后，由于会增强其反射能量，探测效果更佳。

对不同管径及不同探测深度的不充水PVC管进行联合探测：

对于φ110 h=500  φ90 h=500PVC管线， 600MHz以及400MHz均有异常反应。

随后开展了多PVC管埋藏探测工程。通常在地面通过多条水平测线横切管线，达到具体探测目的。

初步分析，不充水PVC管线在直径90mm时、埋深1000mm以内时，可被有效探测出；

在直径75mm，埋深600mm以内时，可被有效探测出。

4. GR地质雷达其他方向应用

除了以上应用外，使用GR系列、ZTR系列及多通道地质雷达，还在以下工程应用及科学研究中取得了一定的成果。

4.1 2009年国庆阅兵保障路线地质雷达检测

2009年建国60周年国庆阅兵，为保障重型设备的安全通行，对保障路线的病害情况进行探测，完成了总里程29.88公里的检测、探测工作。为我国60周年阅兵的顺利进行，保驾护航。

通过本次检测的雷达图像分析，对不同类型缺陷异常进行较为直观的综合解译。

4.2 煤厚探测调查

使用ZTR系列防爆地质雷达，在井下对煤层顶板进行探测，达到预测顶板煤厚的目的。

4.3 铁路多通道雷达路基探测

4.4 北京和平里煤气爆炸案后现场探测

4.5 地下水调查

4.6 青藏地下冻土调查