《7地质雷达记录的波相识别.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《7地质雷达记录的波相识别.doc（50页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、7地质雷达记录的波相识别地质雷达反射记录的波形比地震波复杂的多，一方面是由于地质雷达分辨率高记录的信号丰富，另一方面是由于电磁波的干扰因素多，此外还由于雷达发射的子波比较复杂，并非简单的脉冲。因而雷达资料的处理与解释是一项复杂细致的工作。特别是各种地层、目标体、干扰波的识别需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。7.1 地质雷达的波组特征 雷达天线发射的是子波而不是单脉冲，子波由几个震荡波形组成，占有一定的时间宽度，反射与折射波依然保持有原来子波的特点，只是幅值上有所变化。这里将雷达子波的周期、持续时间长度和衰减比三个参量作为子波的波阻特征。子波的频率成分与天线的主频相近，持续一个半到两个周期，后
2、续振相略有衰减。例如对于100MHz天线的子波，持续时间可到15-20ns，对于1GHz的天线，持续时间约2ns。子波的波形的确定对于后期处理是非常重要的，它是小波处理的基础。有很多方法可以获得各种频率天线的子波，最简单的方法是利用金属板反射。将一块较大的金属板放置于地面上，发射与接受天线与金属板平行，相距为3个周期的时程，进行数据采集，即可获得子波记录。不同类型的雷达、不同型号的天线，雷达子波的形状是不同的。天线与介质的距离、介质的电导特性对子波的形态和特点也有一定的影响，应根据现场工作条件从记录中分离子波。从下边的记录中也可以辨认出子波的特征。表面反射波、内界面反射波都是近联各州其的衰减波
3、形。对其进行分析可以得到子波的波组特征 7.2 地质与工程介质结构及反射特征雷达的探测对象通常是多界面结构，如各类地层、岩性，松散层、风化层等都是多层结构。隧道中的围岩、初衬、二衬等，也是多界面结构。雷达波向介质内传播时，被称为下行波，经反射回表面的波称为上形波。下行波每遇到一个界面就发生一次反射和折射，入射波能量即被分成两部分，一部分经折射继续向下传播，另一部分经反射掉头向上，变成上行波。反射与折射能量的分配与反射、折射系数的平方成正比。上一界面的折射波就是下一界面的入射波，因而下行波的能量不断减少，同时每一界面都在产生反射的上行波。同理，每一界面反射形成的上行波，也会遇到介质的界面，形成二
4、次的反射与折射。介质中每一上行波和下行波都是独立运行的，当遇到界面时都会按照Snell定律，进行折射和反射。因而多层介质中，多次反射与折射波是无尽的，只是反射、折射的经历越多能量越小。上行波与下行波传播时，独立震相的能量逐渐减少，除由于界面反射与折射造成能量的分散、使每一独立波相的振幅减小之外，还由于介质的吸收，也就是传导电流引起的损耗。这种介质吸收引起的振幅变化是指数形式的，呈e-x形式，其中x代表传播路径的累计长度，为衰减系数，在前文中已有交待。上图是雷达波传播的示意。在雷达记录中记录的都是不同路径上行到表面的反射波，内容十分丰富，但实际上并非所有的反射震相都能识别出来，主要识别的是层面的
5、一次反射真相。一方面是由于能量比太小，超出了仪器的动态范围，另一方面多次反射干扰大、层面连续性差。在一些特殊的观测条件下，界面反差大，浅部结构简单时，二次波有时也非常清楚，处理中还要采取特殊措施进行压制。接收到的反射信号f(t)是发射的雷达子波与介质折射系数、反射系数和介质损耗的褶积，即各层反射信号的叠加。每层反射信号到达时间不同，其幅值是路径介质损耗、下行折射系数、上行折射系数、折返层的反射系数和几何衰减的乘积。其数学表达式为：F(t)=AOe-2h Ri e-i(t-2h/v) ixjisk/2h式中：AO 子波初始幅值；e-2h传播路径衰减； Ri折返层反射系数；e-i(t-2h/v)反
6、射波对应相位；ixj下行折射系数的联乘；isk上行折射系数的联乘。 雷达下行上行波传播示意图 雷达多层反射记录 介质结构与反射特性示意7.3 雷达记录中波组与结构反射特征的叠加在多层结构探查中，雷达探测记录中包含多层反射波。由于雷达子波有一定的宽度和衰减震相，这样当地层厚度较小时，反射波与子波互相叠加，变得难于识别。这就限制了雷达的垂相分辨能力。假如雷达子波的持续时间为，那末，雷达垂向所能分辨的最小尺度为h，有如下关系： hv/2式中v为电磁波速。该式的含义是层厚中的双程走时应大于子波的持续时间。当时用小波变换时可以最大限度的压制子波，在反射信号起点形成一个窄脉冲，因而可以大大地提高垂向分辨率
7、。目前小波变换技术在资料处理中已逐渐被采用，可以有效地解决多层反射与子波干扰的问题。 多层反射波与子波相叠加7.4 雷达目标波相识别的三项基本要点为获得雷达探测的结果，需要对雷达记录进行处理与判读，判读是理论与实践相结合的综合分析，需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。雷达记录的判读也叫雷达记录的波相识别或波相分析，它是资料解释的基础。在此首先介绍波相分析的基本要点。要点1：反射波的振幅与方向从反射系数的菲涅耳（Fresnel）公式中可以看出两点，第一点，界面两侧介质的电磁学性质差异越大，反射波越强。从反射振幅上可以判定两侧介质的性质、属性；。第二点，波从介电常数小进入介电常数大的介质时，即从高
8、速介质进入低速介质，从光疏进入光密介质时，反射系数为负，即反射波振幅反向。反之，从低速进入高速介质，反射波振幅与入射波同向。这是判定界面两侧介质性质与属性的又一条依据；如从空气中进入土层、混凝土反射振幅反向，折射波不反向。从混凝土后边的脱空区再反射回来时，反射波不反向，结果脱空区的反射与混凝土表面的反射方向正好相反。如果混凝土后边充满水，波从该界面反射也发生反向，与表面反射波同向，而且反射振幅较大。混凝土中的钢筋，波速近乎为零，反射自然反向，而且反射振幅特别强。因而，反射波的振幅和方向特征是雷达波判别最重要依据。 钢筋反射波的振幅与方向要点2：反射波的频谱特性不同介质有不同的结构特征，内部反射
9、波的高、低频率特征明显不同，这可以作为区分不同物质界面的依据。如混凝土与岩层相比，比较均质，没有岩石内部结构复杂，因而围岩中内反射波明显，特别是高频波丰富。而混凝土内部反射波较少，只是有缺陷的地方有反射。又如，表面松散土电磁性质比较均匀，反射波较弱；强风化层中矿物按深度分化布，垂向电磁参数差异较大，呈现低频大振幅连续反射；其下的新鲜基岩中呈现高频弱振幅反射，从频率特性中可清楚地将各层分开。如围岩中的含水带也表现出低频高振幅的反射特征，易于识别。节理带、断裂带结构破碎，内部反射和闪射多，在相应走时位置表现为高频密纹反射。但由于破碎带的散射和吸收作用，从更远的部位反射回来的后续波能量变弱，信号表现
10、为平静区。 反射波的频谱特性要点3：反射波同向轴形态特征： 雷达记录资料中，同一连续界面的反射信号形成同相轴，依据同向轴的时间、形态、强弱、方向反正等进行解释判断是地质解释最重要的基础。同向轴的形态与埋藏的物界面的形态并非完全一致，特别是边缘的反射效应，使得边缘形态有较大的差异。对于孤立的埋设物其反射的同向轴为向下开口的抛物线，有限平板界面反射的同向轴中部为平板，两端为半支下开口抛物线。7.5工程勘察中典型目标的波组特征识别 基岩波相特征形态浅埋基岩起伏大，反射波强，断续特征明显，与空洞反射有类似之处，是高速体反射波，波相与地面波反向。基岩陷漏柱边界形态清楚，与岩层水平产状反射波形态形成明显对
11、比。地层界面波相特征 强反射同相轴连续，分层清晰，有一定韵律，低频成分为主。具有明显的地层产状特征。下图为第四系松散地层及挖管道沟形成的地质结构及雷达反射波形态。地下管道波相特征地下管道，尤其是金属管道反射极强，反射弧形较窄，呈半展开伞形。中间反射强，向两侧很快衰减。水底地形波相特征 水与岩土为强反射界面，反射波强，同相轴连续，水中部分杂波很少，岩土地层中可见薄分布，穿透不深。波相为2-3组强反射小波，同相轴形态起伏变化较大。第四系含水地层波相特征 含水层为电磁波底速层，与上下地层波阻抗差异大，界面清晰，正反相位成组出现，层面连续，以低频波为主，波相为3-4个强振动的小波。地下含水层形态多为简
12、单倾斜形态。电磁波从岩土介质进入含水层，是从高波速进入低波速区，第一反射振相，反射系数为负，反射波与入射波反向，与地表反射波同相。地下空洞反射波形态特征地下空洞多次反射波很强，持续很长一段时间，侧向散射波不太强。具有局部孤立的特点，高频成分为主。反射相位与入射波同向，与表面反射波相位相反。地下埋藏物的波形特征 地下埋葬物波阻抗差异不同，反射差异较大。下图是差异较小的。波相形态特征与埋设条件有关。下列埋葬物波阻抗差异较大，反射波强，形态孤立，埋藏体体积小，有多次波特征，说明可能是空的。如果是空的，第一反射振相是正的；如果是金属的，第一反射振相是负的，而且吸收强，没有多次波。7.6工程检测中几类典
13、型目标的波组特征识别 地质雷达近年在工程检测的应用迅速扩展，在铁路公路路基路面，隧道衬砌与围岩，工程建筑结构，水电工程等领域都有广泛应用，是最具活力的应用领域，有很多很好的实例。混凝土钢筋结构的波形特征金属导体中电磁波速为零，不能传播。钢筋对于电磁波的能量几乎全部都反射回来，反射系数近乎为1，反射极强。应用高频天线探测，钢筋形成清晰的反射弧，呈半张开的伞形。可靠地检测出钢筋网密度，钢筋粗细，布置位置。下图是美国GEOMODEL公司的检测实例。反射波向与表面反射波同相。金属网反射波形，与钢筋类似，只是一系列反射弧彼此相接很紧密，形成波浪形状。衬砌厚度和脱空的波形特征 衬砌与围岩之间的脱空区为空气
14、，与混凝土和围岩的波阻抗差异很大，反射波正反相间，波相先兰后红，反射很强，脱空区断续蜿蜒，位置清晰明显，极易辨别。下列2张图是南昆铁路隧道衬砌检测图象。衬砌与围岩之间分布有大小脱空区。隧道围岩结构的波相特征 灰岩是一种节理、裂隙比较发育的岩体，雷达波可将这种岩体结构清晰的显现出来。节理裂隙断断续续，反射波高频成分较多，时强时弱，断断续续，反映岩体结构、产状的特征。7.7 雷达记录表面反射波相的追踪 表面反射振相的辨认与追踪很重要，它关系到深度/厚度的计算，不可忽视。下图是铁路运行隧道拱顶检测的图像。隧道拱顶检测时，雷达天线移动到接触电网拉线附近时，天线必须下降躲开横拉线，天线与拱顶距离拉大，表
15、面反射波走时也随之变大，形成下凹弧形，弧形的第一个振相就是表面反射波，向两侧可连续追踪。 7.8 隧道检测中干扰波的识别隧道的检测条件是十分复杂的，除了电器设备的干扰外，隧道墙壁、路基铁轨、检测台车等都会产生反射干扰信号。只有可靠地辨认出衬砌与围岩之间的反射信号与各类干扰信号，才能准确无误的确定砌的厚度。当天线在移动中与衬砌表面距离变化时，衬砌与围岩之间的反射信号与表面反射信号同步变化，而隧道内的各种反射波是反向变化，形成明显的反差，依此可判定反射波是来自于衬砌内还是隧道内。下列3幅图像就是用来表明不同反射波出现的特征。图3是隧道拱顶检测的图像，使用900MHZ天线。图中20ns处出现一个较强
16、的连续反射波，与表面反射波变化相反，明显是隧道内的反射波。隧道内电磁波速按0.3m/ns计，推算距离应为距拱顶3m左右，正好是工作台车升起的台面，材料是金属板的，反射较强。图像的下部30-40ns的位置，隐约可以看到台车箱底和路基的反射波，在天线下移时表现的特别清楚。多次波的识别 在雷达检测中多次波出现的是常见的，在前一个图像（图3）中20ns附近，实际上是两种波的叠加，一个是天线发射的电磁波直接射到台面上，反射回天线；另一个是天线发的电磁波先照射到衬砌表面上，然后反射到台车上，经台车再反射回天线。当天线接近拱顶时，这两路波的走时接近，当天线下移，与衬砌的距离拉大时，两路波的走时差拉大，一个变
17、大，一个变小，图中看得很清楚。图5中二次波的显现更清楚，位置在120ns附近。天线发射的电磁波射到衬砌表面反射到路基上，路基上有水，然后再返回天线。多次波的识别要点一是看反射波的形态，与界面反射波形态变化的关系，二是计算多次波的走时，根据走时分析反射波路径， 多次波路径示意图衬砌工作台台车路基8地质雷达资料处理方法与过程现场采集的地质雷达信号包含很多干扰，有环境的干扰，也有雷达本身的噪声。有用信号被淹没其中很难识别，因而需要采取有效的处理技术，消除干扰突出有用信号。此外，现场采集时天线移动难保正匀速，记录标记也不均匀。对于不同的探测对象，资料处理的技术选择也不完全相同。一般的处理都包含记录标记
18、的归一化、水平与垂直滤波、电磁波速分析等三步。在完成上述处理之后，根据不同的探测对象，选择针对性的处理办法。8.1 雷达记录标记的归一化雷达记的标记有时用手打，有时用测量轮。用测量轮打的标记记录比较均匀，每米的扫描数是相等的。用手工打的标记因移动速度不等，一般每米扫描数都不太均匀。资料处理的第一步就是作标记的归一化处理，使每米扫描数相同。不同雷达厂家提供的软件应包含该项功能，否则软件功能是不完备的。在处理中根据选择每米扫描数，软件会根据标记位置，自动增补或删除一些扫描线。8.2 电磁波速分析与标定电磁波速的分析与选取，关系到深度解释的问题，是一项非常重要的工作，然而却常常被忽略。直到发生较大的
19、问题时才想起波速不准的问题。波速的确定可以参考经验值，它们是根据大量的测量与标定积累起来的，有一定的参考价值，但是不能以此为据确定电磁波速。你所探测的对象其介质条件如何，是否与前人测量的面对象完全相同，需要确实的工作。作为工程检测，每一个对象都是不同的，而每一项检测都要求准确，因而，每项测量都要分类进行波速标定。标定的方法有多种。一个是直接破孔，将雷达波反射走时与破孔深度对比；也可以利用声波测厚数据进行对比计算；还可以用雷达CDP（CMP）方法作速度扫描，或用反射抛物线叠代计算厚度和速度。方法很多，作起来也不难，必需认真对待。标定得到波速值后，要与经验值进行比较，分析同异的原因。特别是作混凝土
20、厚度检测时，一定不要忘记这一点。混凝土配比不同，浇灌的时间长短不同，孔隙率和含水量不同，对介电常数有很大影响，其值可在5-12之间变动，如果波速取的不正确，会给检测带来很大误差。共深度点叠加速度分析利用反射抛物线计算深度和速度8.3水平和垂直滤波 水平滤波是处理雷达资料特别需要，在地震资料处理中没有这种做法。这是因为雷达资料中水平波特别发育，它产生于雷达仪器本身。即使你将天线朝向天空，也会记到回波，这回波不是来自天空，而是来自于控制器、馈线、天线的相互作用，是难以避免的。水平波具有时间相等的特点，水平滤波就是利用这一特性。滤波过程中，可将相邻的一定数量的扫描线求平均，再与个别扫描线相比较，就可
21、消除水平波。水平滤波中选取的扫描线数越大，滤波效果越小。相反选取的扫描线数越小，滤除水平波的效果越明显。但如果水平滤波扫描线取得太少，可能会滤掉一些缓变界面信号。因而在进行水平滤波时，要根据对象进行试验、调整，以求最佳效果。一般情况下可先选10-100条扫描线开始尝试。垂直滤波就是地震资料处理中常用的滤波方法，其中较为常用的方法有带通滤波，高通滤波，低通滤波，小波变换等。垂直滤波的目的是为了消除杂散波干扰，这些杂散波是来自于外源，不是天线自身发出的，频率不在雷达天线频带内。有时为了区分不同的地质体，选取不同的频带，都要用到垂直滤波。垂直滤波是一种数学变换，有时会带来较大的失真，滤波的频带越窄，
22、失真越大，应用中要认真选取方法和参数。因为雷达天线的发射与接收都设定了带宽，也就是说雷达信号本身已经过滤波，所以一般资料处理中的滤波处理改善并不明显。下图是两组高低频成分滤波前后的对比。滤波前滤波后滤波前滤波后8.4 增益调节与显示选择增益调节与显示方式选择是雷达资料的处理最有效的手段，它可使图像目标更加清晰，易于识别，有时比其他方法都有效，这在地震资料处理中是难以想象的。增益调节主要是调节增益点的数目，同时也就改变了增益点的位置，使用自动增益可使有用信号得到清晰显示。一般情况下对50ns长的记录选择3-4点增益比较合适，100ns以长的记录选择4-5点增益，400ns以长的记录可选择5-6点
23、增益。显示选择包含两个层次的选择，一个层次是选择显示方式，另一个层次是选择显示模板。可供选择的显示方式有波形、变面积、能量谱等显示方式，其中比较常用的是后两种，其中能量谱显示方式效果更好些。显示模板包含不同的色彩配比，而更重要的是能量反差大小及变换关系的配比，这两种配比组合形成几十中模板，根据不同的对象，选择合适的模板，可达到显示目的。例如要显示空洞，可选择反差大模板，只将能量较强信号显现出来，中等和弱的信号被忽略，可突出空洞的形态。雷达资料变面积、灰度和彩色三种不同的显示方式K290+570K290+560 围岩含水带不同显示方式对比 公路隧道衬砌空洞不同显示方式对比8.5 地形校正处理地形
24、校正在场地勘察和滑坡等地质病害诊断中是经常遇到的。地质雷达记录是以表面为零点的相对深度，要确定反射面的空间位置需要将深度换算成海拔高程。地形校正需要输入测线的高程文件和表层波速，校正计算是以地形最高点为基点，凡是比它低的点的记录在开头都增加一个时间延时，延时的大小取决于双程高差与速度的比，校正后的地质雷达记录中表面反射振相随地表起伏变化，地下反射层的埋深未变，但起伏形态改变了。表层速度选取的是否合适关系到校正结果的误差大小。下图是一个地形校正的例子。 地质雷达资料的地形校正8.6 工程检测中衬砌界面位置的确定与追踪隧道工程检测中二衬与初衬、初衬与围岩之间的界面是弱反射面，衬砌质量越好、衬砌与围
25、岩间接触越密实，反射越弱。对这些层面的辨认与追踪是很困难的工作。为便于这些层面的追踪，最好使用能量显示方式，选取合适的模板。估计界面的位置，通过增益调节减小两侧信号的强度，突出界面信号的强度，合理设置色差，达到正确追踪的目的。在层位追踪处理中最重要的是层位识别准确，关键的问题是掌握界面的特征。围岩与衬砌之间界面最明显的特征有两个，第一是波的频谱特征差异大，第二是沿界面有断续的强反射波。衬砌中因介质较均匀，杂乱反射较少，多为低频弱反射波，频谱以低频为主；围岩中岩体结构复杂，杂乱反射很多，多为高频不连续波，频谱以高频为主。衬砌与围岩之间不可避免地会存在一些缝隙，缝隙部位的反射波是很强的，因而界面的
26、反射波会呈现一段强一段弱的特点。类似于串珠状形态。下图是一个很好的例证。10203040m衬砌厚度砂岩夹泥岩0ns8.7空洞与脱空区确定空洞是地质雷达经常遇到的问题，大到溶洞，小到衬砌中的空区。脱空区与空洞没有本质区别，只是规模小一些，面积可能大一些。空洞的形状各有不同，但电磁波记录中却有共同之处。第一个鲜明的特点是反射波特别强，因为空气与岩土、混凝土介质的介电常数差异明显，反射系数大概在0.4-0.5之间；第二个特点是多次波很发育，电磁波在空洞中多次反射，接受到的反射波持续很长时间；第三个特点是空洞最先到的反射振相与表面反射相反，因为电磁波是从低速介质进入高速介质，而在表面是从高速介质进入低
27、速介质。空洞与脱空区处理最有效的办法就是采用反差大的能量显示模板，在这个模板下中等的和较弱的反射被忽略，只显示最强的信号。屏幕上大面积平淡背景上只有几处空洞的形态，最易识别。用灰度图和变面积显示图上也可以辨认出空洞，但更需要经验，容易发生错误，位置也不易界定，不如能量显示模板好。下边两幅能量模板显示图就是一个很好的说明。 法国巴黎混凝土墙后的空洞 铁路隧道衬砌与围岩间的脱空与空洞 公路隧道二衬灌注形成的模板边缘空区 公路隧道衬砌与围岩脱空区初期支护前一施工台班二次衬砌施工缝8.8钢筋、钢支撑、锚杆的处理识别混凝土结构中的钢筋网与钢支撑是质量检测所关心的问题。检测内容包括钢筋的密度、位置、筋径、
28、与混凝土的密实程度等等。钢筋、钢支撑是良导体，对电磁波的反射系数为1，在雷达记录中的表现是一系列的强反射弧，形如半开伞，第一反射振相与表面反射波同向。如果钢筋与混凝土不密实，反射波中还增加一些多次波成分，多次波持续时间越长，脱空越严重。钢筋、钢支撑检测资料处理最重要的环节有两步，第一步是进行水平滤波，水平滤波扫描线条数取得要少，10-20条，增强滤波效果。水平滤波除去水平干扰和水平缓变信号，突出弧形反射；第二步是选择能量显示模板，只显示高能量部分，降低中等和弱反射信号的分辨率，突出显示强反射弧。下列两幅图是处理的实例。混凝土中的钢筋网 衬砌中的钢筋网1衬砌中的钢筋网28.9含水结构特性分析 地
29、下含水层对于寻找水资源来说是渴求的目标，但地下含水带、隧道围岩含水带对工程来说往往是不利因素，引起边坡失稳和滑坡，隧道围岩变形与衬砌破坏。在隧道开挖中含水带往往引起塌方冒顶，造成工程事故。因此，岩体含水性的探测与评价具有重要的意义。一般情况下裂隙岩体含水是不均匀的，岩块与裂隙中水的介电常数具有强烈的差异，因而含水岩体在雷达记录中最为显著的特点是一系列杂乱的强反射，没有明显的同相轴。此外，含水带的反射与空洞的反射不同，它是以低频成分为主，没有多次波。对于含水带记录的处理要有两个技术措施很重要，其一是水平滤波，去除水平干扰，突出杂乱反射，其而是选择合适的显示模板，压低背景，突出强能量团振相。下边是
30、两个处理实例。 含水带特征显示8.10 公路路面结构检测处理 公路路面检测包括路基、水粉层、沥青路面等检测对象，层厚检测是主要目的。路基、水粉层之间介电常数的差异并不大，因而界面反射并不清楚，但两侧波谱特征有明显差异，可依此划分界面位置。水粉层颗粒较细，铺垫均匀，内部很少有反射杂波，记录清净；路基均匀度较差，反射杂波较丰富。沥青路面与水粉层的介电常数差异较明显，反射波清晰。路面检测层位追踪一般都有专门软件，波速容易标定，厚度计算精度在厘米以下。8.11 场地与线路探测资料处理在我国地质雷达最初是用于场地与线路勘察，用于工程检测发展在其后。工程场地与线路勘察中最关心的问题有三个，第一是地层划分，
31、包括松散层厚度及内部分层、基岩深度及风化层厚度分布；第二是否有断裂构造，其位置与规模产状；第三是否有溶洞，其分布位置、规模、填充程度。场地与线路勘察的资料处理最为复杂，需要长期的训练与经验。对于由松散层与围岩组成的二元结构，松散层与围岩之间的电性差异较大，界面反射较强。同时，松散层中的内部界面反射较弱，反射信号频率较低；基岩结构较复杂，风化不均匀，杂乱反射较多，反射信号以高频为主，形成浅部波形低缓，深部信号杂乱的特点。基岩在风化过程中，由于风化和淋滤作用，强风化层的底部形成一层富含高龄土和粘土的相对不透水层，该层电导率较高，介电常数较大，是第二个较强的反射层。在地质雷达用于场地与线路勘察中，松
32、散层与强风化层的界面，强风化与中等风化层的界面，是可以可靠确定的。总结如上分析，场地与线路勘察雷达资料处理中可归结为两个要点，一点是通过反射波频谱分析找准松散层与基岩的界线，另一点是找准两个强反射层。资料处理流程中，水平滤波依然重要，增益选择要反复调整，兼顾上下各层的反射波强度，此时彩色能量显示模板也可以用，但不要反差太大，要保持上下地层波谱的显示特征。 松散层与基岩形态9 地质与工程解释及其结果展示方法9.1 雷达资料的解释要参考地质与工程资料地质雷达资料的解释一定要参考地质与工程资料，这些资料对于辨认雷达波的特点，确定反射层位置都有重要的参考价值。要收集的地质资料包括地质报告，钻探物探资料
33、，并对工作区域进行详细的地质考察，了解工作区的地层出露层序，岩性特征，岩体结构特征，包括岩体的节理、裂隙、层理的产状、密度、穿透性等，岩体的风化程度、地下水分布及富集地段等。工作区的构造特征，包括断裂的走向、产状、规模，断裂的组合关系等。这些资料对于雷达资料的解释非常重要，地球物理工作者要学会使用和分析地质资料，并学会用地质语言表达探测结果。工程检测中除了解地质资料外，还要掌握工程资料，包括工程设计、工程地质勘探报告、施工工艺、施工技术等资料。这对正确处理与识别雷达记录，对于可靠地解释与评价工程质量，是十分重要的。检测工作既要对工程质量负责，也要对施工队伍荣誉负责。检测报告不能有半点马虎。9.
34、2 雷达资料地质与工程解释技术地质雷达的地质与工程解释可以在EXCEL、POWERPINT WINSURF和COREDRAW等软件平台下进行。EXCEL、POWERPOINT、WINSURF和COREDRAWD等软件带有绘图工具，有很强的作图功能。将处理好的雷达记录通过拷屏粘贴到EXCEL、POWERPOINT和COREDRAW界面下，可进行标记、解释、绘图，将地质界面、构造要素、构筑物界限、空洞、含水带等所关心的内容标画在雷达记录上，或将解释标记拷贝移位下来，填充颜色与图案，编制报告成果图。下边是一些实际作法。 雷达记录复制到EXCEL界面下编辑解释 衬砌、空洞与围岩结构的雷达探测的解释结果
35、（1） 衬砌、空洞与围岩结构的雷达探测的解释结果（2） 在EXCEL界面下实现雷达记录与解释的对应9.3 雷达检测结果的图形图像表示方法对于雷达的检测结果，无论是处于工程地质勘察目的，还是处于工程质量检测目的，检测结果都要求结论可靠、表述明确、清晰易懂。因而雷达的探测结果应尽量图形化、图象化。比如将雷达探测结果表示成彩色地质剖面、混凝土厚度表示成曲线图、二维厚度分布图等，用WINSURF、XECEL、CORDRAW、POWERPONIT等绘图工具可达到这一目的。近来国外发展了很多三维表达方式，用以展现地下管网的分布，非常直观，便于工程应用是发展方向。下边是探测结果的一些表示方法，可供参考。地下
36、管网三维显示 隧道检测厚度结果立体显示WINSURF处置前隧道处置前后衬砌厚度对比图 厚度图WINSURF图像面层厚度数据分布图标尺（cm）标准偏差值10 新分析方法 小波变换的原理与应用 10.1 小波分析的主要作用 雷达波是小波，是一组衰减的振动，并不是单脉冲，有一定的持续时间，一般的持续时间是一个半周期。天线频率越低持续时间越长。100MHz天线主频的周期是10ns, 小波的持续时间是15ns。也就是说，对于双程走时小于15ns的层厚，上下两界面的反射波将发生重叠。在探测多层结构时，特别是层厚较小时，反射波重叠的现象十分严重，很难进行层位划分。下边就是这种情况的例子。为改善反射波重叠的现
37、象，需要引进小波分析的方法，利用小波的相关积分，将反射小波转化成单脉冲，突出界面反射振相。小波变换用于雷达资料的处理已经有了不少工作，矿大研究生院已经开发出应用程序。这里仅介绍一些简单的小波及小波变换的一些基本知识。傅立叶变换与小波变换对比小波的二维相空间(窗口),小波变换的作用 滤波和反射波相增强 小波分析能消除干扰，突出反射真相。下边是MatLab软件中2个分析例子信号的频谱分析应用小波分析可轻而易举地分析出时变信号的频率成分，这是MatLab软件小波分析的例子。小波分析用于波相到时判读对时变信号进行小波分析，进行多重分辨率分解，将高低频分离，可精确地确定频率变化、振相变化的位置，判定到时
38、。下图是MatLab软件中小波分析的一个例子。10.2 小波变换的基本原理地质雷达的电磁波信号和地震波信号都是非平稳随机时变信号，长期以来，因非平稳信号处理的理论不健全，只好将其作为平稳信号来处理，其处理结果当然不满意。近年来，随着科学技术的发展和进步，国内外学术界已将注意力转向非平稳随机信号分析与处理的研究上，其中非平稳随机信号的时频表示法是研究热点之一。在这一研究中，戈勃展开、小波变换、维格纳分布与广义双线性时频分布等理论发展起来，这些方法既可以处理平稳信号过程，也可以处理非平稳随机时变信号。 小波变换是上世纪80年代中后期逐渐发展起来的一种数学分析方法。1984年法国科学家J.Molet
39、在分析地震波的局部特性时首先使用了小波这一术语，并用小波变换对地震信号进行处理。小波术语的含义是指一组衰减震动的波形，其振幅正负相间变化，平均值为零，是具有一定的带宽和中心频率波组。小波变换是用伸缩和平移小波形成的小波基来分解（变换）或重构（反变换）时变信号的过程。不同的小波具有不同带宽和中心频率，同一小波集中的带宽与中心频率的比是不变的，小波变换是一系列的带通滤波响应。它的数学过程与傅立叶分析是相似的，只是在傅立叶分析中的基函数是单频的调和函数，而小波分析中的基函数是小波，是一可变带宽内调和函数的组合。小波变换在时域和频域都具有很好的局部化性质，较好地解决了时域和频域分辨率的矛盾，对于信号的低频成分采用宽时窗，对高频成分采用窄时窗。因而，小波分析特别适合处理非平稳时变信号，在语音分析和图象处理中有广泛的应用，在地震、雷达资料处理中将有良好的应用前景。下边就小波分析的基本原理、主要作用及在雷达资料处理中的应用三方面作以介绍。 10.2.1 小波分析的基本原理小波函数的数学表达 正弦调和波形 小波波形