摘要：探地雷達技術(shù)作為一種高效無損的電磁波法探測手段，其在淡水介質(zhì)中電磁波的強穿透弱損耗性及儀器設(shè)備操作輕便易使用等特點使得其在探測淡水水道沉積物界面和沉積物富集體識別方面具備天然優(yōu)勢?；诖?，利用探地雷達技術(shù)對松花江部分江體水道進行綜合探測，研究水道沉積物界面分層和沉積物富集體的展布規(guī)律及范圍。首先通過理論結(jié)合實際水域水文地質(zhì)情況，分析探地雷達技術(shù)的可應(yīng)用條件及特點;其次應(yīng)用探地雷達技術(shù)對實際水道剖面進行探測，對不同地段水道探地雷達探測剖面數(shù)據(jù)進行反演計算及分析，判斷該段水道水深、工程地質(zhì)分層、地層厚度及沉積物富集體深度位置;最后結(jié)合探地雷達探測結(jié)果與淺層剖面儀聲吶探測結(jié)果進行對比，驗證探地雷達探測效果的準確性。結(jié)果表明：應(yīng)用探地雷達對淡水水道各個沉積地層進行探測和分層的可行的，且探地雷達探測數(shù)據(jù)的離散性比淺層面儀聲吶探測較小，置信區(qū)間大，采信度較高。

　　關(guān) 鍵 詞：水道斷面; 探地雷達; 異常分析; 沉積物界面; 沉積物富集體; 松花江

　　近年來隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們對美好生活的日益追求，使得淡水河道清淤治理工作成為了一個迫在眉睫的問題。目前，大部分淡水河道工程治理的主要是采用河道淤積體環(huán)保疏浚的方法，環(huán)保疏浚前期需要對水道沉積物界面和沉積物富集體進行精確測定和準確探查，為后期的工程施工方式及工程預(yù)算提供重要的技術(shù)資料支持[1-2]。水道沉積物界面和沉積物富集體最常用的探測方法主要有放射性探測法、鉆孔取樣法和淤泥采樣器法等。其中，鉆孔取樣法和淤泥采樣器法屬于單點勘探測量方法，主要是用來驗證物探異常區(qū)域，不利于大面積開展工作且資金投入較大不經(jīng)濟;放射性探測法受到放射源的管理機制及安全性因素其開展工作較為困難[3-5]。基于此，在松花江疏浚治理工作部分江體水道沉積物界面和沉積物富集體探測識別采樣工作中，大膽采用了探地雷達技術(shù)進行工作，通過實際探地雷達探測結(jié)果與淺層剖面聲吶探測結(jié)果對比驗證，認為探地雷達技術(shù)在淡水水道沉積物界面和沉積物富集體探測方面優(yōu)勢明顯，在河道清淤處理地質(zhì)勘探工作中具備大面積推廣的潛力[6-7]。

　　1 探測原理及地球物理條件分析

　　1.1 探地雷達技術(shù)河道探測原理

　　探地雷達探測技術(shù)的主要原理見圖1，主要由探地雷達控制主機控制水面上的發(fā)射天線，將高頻短脈沖高頻電磁波信號定向發(fā)射進入水中，高頻電磁波信號遇到存在介質(zhì)差異的不同水道沉積地層及沉積物富集體就會產(chǎn)生反射，反射信號返回水面，由接收天線接收。水下探測介質(zhì)的厚度傳播時間t主要采用式(1)進行計算，通常d的值相較于H值非常小，為了方便計算基本忽略d值，H值可用簡化公式式(2)進行計算[8-9]。

　　1.2 地球物理條件分析

　　結(jié)合已有的水文地質(zhì)資料，松花江淡水水道穩(wěn)靜區(qū)域沉積物分層與沉積物富集體的展布形態(tài)主要由沉積物本身形態(tài)的大小與水道水流流速決定[12-13]。通常情況下，在水道由急流區(qū)域向穩(wěn)靜區(qū)域轉(zhuǎn)換時，流水中的碎屑物在搬運途中，由于受到水的流速、流量變化及碎屑物本身大小、形狀、比重等的影響，流水介質(zhì)中的碎屑物沉積順序就產(chǎn)生了先后之分[14-15]。一般顆粒較大、比重大的碎屑物質(zhì)先沉積，顆粒較小、比重小的物質(zhì)后沉積，特殊沉積物會組團富集沉積(如大量的沖積物集中堆富沉積)[16]。因此，在水道由急流區(qū)域向穩(wěn)靜區(qū)域轉(zhuǎn)換后，河道淡水中的碎屑物在同一河道斷面逐漸形成由淤泥、粉細沙、卵礫石及沖積物富集體等組成的沉積層及沉積體[17-18]。一般情況下，淡水的介電常數(shù)約為 81，淤泥的介電常數(shù)約為10～30，卵礫石的介電常數(shù)約為 4～6，粉細砂介電常數(shù)介于淤泥與卵礫石之間，大小由淤泥向卵礫石逐漸減小，沖積物富集體介電常數(shù)組成較為復(fù)雜，介于 3～20之間[19-20]。由此，從各層之間的介電常數(shù)數(shù)值可以看出，各地層之間介電常數(shù)差異性較大，這就具備了采用探地雷達技術(shù)開展工作的地球物理勘探條件。

　　2 設(shè)備選擇及測線布置

　　2.1 探地雷達技術(shù)設(shè)備選擇

　　從松花江河道沉積地層的地球物理條件可知，松花江河道沉積地層中各個地層介質(zhì)之間的介電性質(zhì)差異比較明顯，這為探地雷達開展探測工作提供了基本保障。但是在使用探地雷達開展探測工作時，探測分辨率和探測深度總是會存在不可調(diào)和的矛盾，即探測頻率較低的探測天線其探測深度雖然較大，但其探測分辨率不足，探測精度稍差，而探測頻率高的探測天線可以得到較好的分辨率，但其探測深度又大打折扣。為此，綜合考慮松花江河流工作區(qū)域水文地質(zhì)條件和河道實際的工作特點，認為采用300 MHz及100 MHz探地雷達探測天線配合 ZOND12-E雷達主機系統(tǒng)開展探測工作可以滿足技術(shù)要求，同時對探地雷達天線形狀和布置進行改進以利于水面探測，采樣時采用觸發(fā)時間與采樣船運行時間同步GPS定位觸發(fā)采樣。反演軟件在層位追蹤算法上也進行了深入調(diào)整，針對水深及沉積層綜合探測時在時間參數(shù)與探測道號數(shù)據(jù)振幅基本穩(wěn)定的特殊特點，重點采用多相關(guān)性層位追蹤算法，通過分析探測回波的相關(guān)同相軸層位，實現(xiàn)各個探測層位的準確定位。

　　2.2 探測剖面測線布置

　　針對項目工作區(qū)域松花江不同水道地段的實際地形情況，探地雷達探測測線重點按照垂直水道順流方向進行布設(shè)，共計布設(shè)兩處較大的探地雷達測線。圖2是松花江某河段探地雷達探測測線布置示意。

　　3 實際探測數(shù)據(jù)分析

　　該項目位于松花江段某支流和干流的匯集段，受到地形的影響，流水匯集區(qū)出現(xiàn)旋流現(xiàn)象頻繁，匯集區(qū)下游河道淤積程度較大，河道年度淤積量劇增，河道抬升高度逐年增加。為降低汛期潰堤風(fēng)險，需要及時采取清淤措施進行河道清淤處理，降低河面高度減少安全隱患。為此，該區(qū)段水務(wù)河道管理部門委托我們對該段河道沉積地層的厚度、深度、規(guī)模、分層界面及沉積物富集體部位進行勘探工作，已確定具體的清淤方案及工作量，結(jié)合該工程項目具體探地雷達實際探測數(shù)據(jù)進行分析，同時與淺層剖面儀聲吶探測的結(jié)果進行對比，校核探地雷達的探測效果。

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