CN102012509A - 地质结构面产状的雷达探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地质结构面产状的雷达探测方法。本发明所要解决的技术问题是：该方法可提高探地雷达地质超前预报或地质雷达探测的准确性和精度，避免因使用视走向或视倾角而出现较大的偏差。解决该问题的技术方案是：针对探测目标结构面布置至少两条雷达测线，用探地雷达沿该测线进行测试，将测试获得的数据分析处理后进行时深转换形成雷达图像，找出同一地质结构面的各雷达反射波同相轴，根据上述测线的方位、间距及各桩号测点所探测的反射界面深度，求解结构面的方程，进而根据结构面的真实产状确定结构面的空间位置。本发明可用于隧洞(道)地质超前预报和地质探测。

Description

地质结构面产状的雷达探测方法

技术领域

本发明涉及地质勘探，尤其是一种地质结构面产状的雷达探测方法。适用于用于隧洞(道)地质超前预报和地质探测。

背景技术

地质结构面是面状地质体的总称，如断层、节理面、岩性界面等，产状表示岩体结构面的空间几何状态，包括走向、倾向和倾角三个要素。

雷达探测技术已广泛应用于隧道(洞)地质超前预报或地质探测，主要用于预报或探测地质结构面和目标地质体(具有一定规模的探测对象，如岩溶、矿床)。根据电磁波镜面反射原理，一般探地雷达预报或探测的非陡立结构面(缓倾角的结构面)的产状为视倾角(假倾角)，视倾斜线与其在水平参考面上的投影线的夹角，叫视倾角。真倾角与视倾角之间的关系，可由下列公式表示和换算：tanβ＝tanαcosω。其中β为视倾角，α为真倾角，ω为剖面方向(即视倾向)与倾向之夹角。视走向和视倾角的大小与雷达测线(按一定比例尺，用雷达天线沿一条直线逐点观测，由测点组成的观测线)和结构面空间位置有关，并不反映结构面的真实产状。根据视走向或视倾角确定的结构面空间位置将与结构面真实产状具有较大的差异，会导致错误的预报或探测结果，或产生较大的探测误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种地质结构面产状的雷达探测方法，旨在提高探地雷达地质超前预报或地质雷达探测的准确性和精度，避免因使用视走向或视倾角而出现较大的偏差。

本发明所采用的技术方案是：一种地质结构面产状的雷达探测方法，其特征在于按如下步骤进行：

1)针对探测目标结构面布置至少两条雷达测线，A测线和B测线，测线应具有一定的长度，各测线应有一定的间隔距离或不同方向；

2)分别沿A测线和B测线进行雷达测试，获得雷达探测A、B两测线的原始记录；

3)用备份数据文件进行频谱、滤波和增益恢复的分析处理，选择合适的该地层介质的相对介电常数进行时深转换形成雷达图像；

4)用雷达图像处理软件切除图像边缘，设置纵横1∶1比例，按测线位置与相同比例在CAD图中建立雷达图像；

5)综合分析雷达图像与地层及地质情况，识别同一地质结构面的各雷达反射波同相轴；

6)读取各测点桩号及对同一结构面的探测深度；

7)根据A测线和B测线方位、间距及各桩号测点所探测的反射界面深度，求解结构面的方程；

8)根据结构面的真实产状确定结构面的空间位置。

本发明的有益效果是：根据电磁波镜面反射原理，结合空间几何原理及数值拟合求解理论，通过对不同部位多条雷达测线的探测，利用编制软件对获取的各测线的雷达反射波同相轴进行运算，进而求解结构面的真实产状，确定结构面的空间位置，有效地提高了探地雷达地质超前预报或地质雷达探测的准确性和精度，避免了因使用视走向或视倾角而出现的较大偏差。

附图说明

图1是本发明探地雷达法布置雷达测线及出现雷达反射波的示意图。

图2是本发明实施例中A、B测线雷达反射波记录及同相轴。

图3是本发明实施例中A、B测线雷达反射波图象及同相轴。

图4是本发明实施例中A测线雷达反射界面深度剖面图。

图5是本发明实施例中B测线雷达反射界面深度剖面图。

图6是本发明实施例中利用A、B测线计算的结构面方程及产状。

具体实施方式

本发明的设计思路是：在不同位置或高程布置雷达测线，施测后提取各测线所反映的同一结构面的雷达反射波同相轴，根据测线的空间位置及与雷达反射波同相轴的相对距离，以空间几何原理及数值拟合求解结构面的真实产状，进而确定结构面的空间位置。

工作原理如下：

不同位置或高程的雷达测线的雷达反射波同相轴，即雷达记录上各道反射波相位相同的极值(俗称波峰或波谷)的连线，反映结构面的不同部位，根据空间几何原理，结构面的方程可写为：

ax+by+cz+d＝0

式中，a、b、c、d为结构面空间常数，x、y、z是空间坐标变量。

由数值拟合求解理论，采用最小二乘法求解f(a，b，c，d)函数的最小值。当函数f(a，b，c，d)最小值时对应的a、b、c、d值就是需要求解的结构面常参数值：

$f(a,b,c,d)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[\frac{|a{x}_{0i}+b{y}_{0i}+c{z}_{0i}+d|}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}}-{\stackrel{\‾}{L}}_i]}^2$

结构面法线与X轴、Y轴、Z轴的夹角余弦l、m、n可按下式分别计算：

$l=\frac{a}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}}$

$m=\frac{b}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}}$

$n=\frac{c}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}}$

则结构面的倾角α与方位角β(倾角是平面与水平面所成的角，或者一直线与其在平面上的射影所成的角等；方位角是地平坐标系的经向坐标)：

α＝sin^-1n

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{m}{l}$

下面将通过具体的实施方案来进一步说明：

地质结构面产状的雷达探测方法，按如下步骤进行，

1)如图1所示，本例在隧道(洞)内用探地雷达探测前方结构面的空间位置。隧洞包括左侧壁1、右侧壁3及前方的施工掌子面2，在左侧壁1上针对要探测的地质结构面7布置两条雷达测线，A测线4和B测线5，测线应具有一定的长度，各测线应有一定的间隔距离或不同方向。本例中，A测线方位：N58°W，长度50m，高程1563m；B测线方位：N58°W，长度40m，高程1560m。

2)分别沿A测线和B测线用雷达天线6进行雷达测试，对应于A测线4，

有A测线雷达反射面8；对应于B测线5，有B测线雷达反射面9。图2是获得的A、B两测线雷达探测原始记录。

3)用备份数据文件进行频谱、滤波和增益恢复等的分析处理，选择合适的该地层介质的相对介电常数进行时深转换形成雷达图像；本例A测线有3条雷达反射波同相轴，B测线有4条雷达反射波同相轴(见图3)。

4)用雷达图像处理软件切除图像边缘，设置纵横1∶1比例，按测线位置与相同比例在CAD图中建立雷达图像(见图4、图5)。

5)综合分析雷达图像与地层及地质情况，识别同一地质结构面的各雷达反射波同相轴。经分析，图3中A测线雷达反射波同相轴1和B测线雷达反射波同相轴1属于同一结构面的雷达反射波同相轴(见图4、图5)。

6)读取各测点桩号及对同一结构面的探测深度。根据图4和图5分别读取各桩号的反射界面深度，见下表。

7)根据A测线和B测线方位、间距及各桩号测点所探测的反射界面深度，

求解结构面的方程；请见图6，计算结果得到：a＝2.303、b＝3.689、c＝0.025、d＝13.122，结构面方程为：F(x，y，z)＝-2.303x-3.689y-0.025z+13.122。

8)根据结构面的真实产状确定结构面的空间位置。该结构面的走向为N58°W，结构面的倾向为∠SW90°，如图6所示。

Claims (1)

1.一种地质结构面产状的雷达探测方法，其特征在于按如下步骤进行：

1)针对探测目标结构面布置至少两条雷达测线，A测线和B测线，测线应具有一定的长度，各测线应有一定的间隔距离或不同方向；

2)分别沿A测线和B测线进行雷达测试，获得雷达探测A、B两测线的原始记录；

3)用备份数据文件进行频谱、滤波和增益恢复的分析处理，选择合适的该地层介质的相对介电常数进行时深转换形成雷达图像；

4)用雷达图像处理软件切除图像边缘，设置纵横1∶1比例，按测线位置与相同比例在CAD图中建立雷达图像；

5)综合分析雷达图像与地层及地质情况，识别同一地质结构面的各雷达反射波同相轴；

6)读取各测点桩号及对同一结构面的探测深度；

7)根据A测线和B测线方位、间距及各桩号测点所探测的反射界面深度，求解结构面的方程；

8)根据结构面的真实产状确定结构面的空间位置。

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