探测技术 | 地质雷达对断层破碎带、裂隙带、富水带、岩溶、岩性变化带等的应用分析|岩体|岩溶|裂隙|雷达

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在工程勘察中，常见的不良地质现象有：断层破碎带、裂隙带、富水带、岩溶洞穴、岩性变化带等。以下分别采用了来自不同工区的地质雷达波形图对以上几种典型地质现象与地质雷达特征图像的对应关系进行分析。

完整岩体

完整岩体一般介质相对均匀，电性差异很小，没有明显的反射界面，雷达图像和波形特征通常表现为：能量团分布均匀或仅在局部存在强反射细亮条纹；电磁波能量衰减缓慢，探测距离远且规律性较强；一般形成低幅反射波组，波形均匀，无杂乱反射，自动增益梯度相对较小。该类岩体的探测和解释精度通常比较高，其典型图像见图 1。图 1 中最上面的几条水平强反射波同相轴为直达波和地表层受爆破松弛影响所致(6)。

断层破碎带和裂隙带

断层是一种破坏性地质构造，其内通常发育有破碎岩体、泥或地下水等，介质极不均匀，电性差异大，且断层两侧的岩体常有节理和褶皱发育，介质均一性差。而裂隙带通常存在于断层影响带、岩脉以及软弱夹层内，裂隙内也有各种不同的非均匀充填物，介电差异大。他们一般都有明显的反射界面，这就为地质雷达创造了良好的应用条件。在断层或裂隙带，其地质雷达图像和波形特征较为相似，通常表现为断层和裂隙界面反射强烈，反射面附近振幅显著增强且变化大；能量团分布不均匀，破碎带和裂隙带内常产生绕射、散射，波形杂乱，同相轴错断，在深部甚至模糊不清；电磁波能量衰减快且规律性差，特别是高频部分衰减较快，自动增益梯度较大；一般反射波同相轴的连线为破碎带或裂隙带的位置。其典型地质雷达特征图像如图 2 和图3 所示。

虽然两者的雷达特征图像相似，但通过对比分析可大致把它们分辨开来：

a. 断层破碎带的影响范围通常比裂隙带宽，在地质雷达图像上有较宽的异常反应。相反的，裂隙带异常在雷达图像上一般表现为相对较窄的条带。

b. 断层破碎带的波幅变化范围通常比裂隙带大，而裂隙带的振幅一般为高幅。

c. 在相对干燥情况下，断层破碎带在地质雷达图像上同相轴的连续性不如裂隙带，它的同相轴错断更明显，其波形更加杂乱，而裂隙带在地质雷达图像上同相轴的连续性反映了裂隙面是否平直、连续。

d. 探测时可参考当地的区域地质背景资料和钻孔资料，对可能遇到的地质现象做出大致的判断，为图像解释时对这两种地质现象的分辨识别提供依据。

富水带

地下水经常存在于断层带、裂隙密集带以及岩溶发育带中，含水程度和储水条件主要受构造控制。在常见物质中，水的相对介电常数最大为 80，与基岩介质相比存在明显的电性差异。富水带地质雷达图像和波形特征一般表现为：地质雷达波在含水层表面发生强振幅反射；电磁波穿透含水层时将产生一定规律的多次强反射，在富水带内产生绕射、散射现象，并掩盖对富水带内及更深范围岩体的探测；电磁波频率由高频向低频剧烈变化，脉冲周期明显增大，电磁波能量快速衰减,能量团分布不均匀，自动增益梯度很大；因含水面通常分布连续，反射波同相轴连续性较好，波形相对较均一；从基岩到含水层是高阻抗到低阻抗介质的变化，因而反射电磁波与入射电磁波相位相反。其典型地质雷达特征图像见图 4。

岩溶洞穴

岩溶洞穴一般出现在灰岩地层中，洞穴中可能为空、含水或填充其他物质，其地质雷达图像和波形特征通常表现为：岩溶洞穴在地质雷达图像上的形态特征主要取决于洞穴的形状、大小以及填充物的性质，一般表现为由许多双曲线强反射波组成；在洞穴侧壁上一般为高幅、低频、等间距的多次反射波组，特别是无填充物或充满水时反射波更强，而洞穴底界面反射则不太明显，只有当洞穴底部部分充填水或粘土、粉砂、砂砾性物质时底部反射波会有所增强，可见一组较短周期的细密弱反射；如果洞穴为空洞或充水洞则在洞体内部几乎没有反射电磁波；有充填物时电磁波能量迅速衰减，高频部分被吸收，反射的多为低频波，自动增益梯度大。其典型地质雷达特征图像见图 5。岩溶洞穴的地质雷达图像特征比较明显，相对容易判断，一般根据当地岩体类型、水文地质资料及前期岩溶地质调查资料等，都能做出准确的解释。以上典型地质现象与地质雷达图像和波形特征的对应关系简单总结于表 2。

对不同地区的工程勘查，结合钻探和其它物探资料证实，利用这种地质雷达特征图像与典型地质现象的对应关系进行解释是比较准确的。当前期地质、水文及钻探资料不健全时，借助于这种地质雷达图像判别经验和其它物探方法，也可以最大程度地减少多解性，提高解释的准确性。

主要判定特征：

1.密实：衬砌信号幅值较弱，波形均匀，甚至没有界面反射信号；

2.不密实：衬砌界面反射信号强，信号为强反射信号，同相轴不连续，错断，一般区域化分布；

3.空洞：衬砌界面反射信号强，呈典型的孤立体相位特征，通常为规整或不规整的双曲线波形特征，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大；

4.脱空：衬砌界面反射信号强，呈带状长条形或三角形分布，三振相明显，通常有多次反射信号；

5.钢筋网:有规律的连续的小月牙形强反射信号,月牙波幅较窄；

6.钢拱架：单个的月牙形强反射信号,月牙波幅较宽；

7.钢格栅：连续的两个双曲线强反射信号。

检测数据图：

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东合南是装配式钢结构基坑支护技术专家，