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GR系列地质雷达/探地雷达
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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