地面波参数
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2023年3月19日发(作者：体育理论课教案)速度参数在地质雷达探测中的应用研究
单波;杨生彬
【摘要】首先对速度参数进行了介绍说明,详细讨论分析了现场采集求取速度参数
的速度分析CMP方法和WARR方法,并给出了传播路径、时距曲线和计算公式,后
续通过已有地质雷达剖面介绍了进行速度判别的方法,并给出了计算公式,最后通过
多个实例详细分析了利用现场进行的速度分析方法和剖面中求取速度的方法,进一
步验证了方法的可行和有效性,能够满足工程勘察需要.
【期刊名称】《物探化探计算技术》
【年(卷),期】2016(038)004
【总页数】5页(P507-511)
【关键词】地质雷达;速度参数;速度分析
【作者】单波;杨生彬
【作者单位】西北电力设计院有限公司,西安710032;西北电力设计院有限公司,西
安710032
【正文语种】中文
【中图分类】P631.3
地质雷达采用的天线包括屏蔽天线、非屏蔽天线，对于非屏蔽天线不仅能够接受来
自地下地层的反射信息，也接收来自地表、空中等周围物体的反射信息，因此地质
雷达剖面中所包含的有效地层信息之外不可避免地会出现一定的干扰信息[1-4]。
为了获取有效信息，对这些干扰信号的有效识别就显得非常重要。因此，地质雷达
剖面中的速度参数不仅包含地下介质等数据采集目标体的速度，也包含空气中天线
反射、山体反射等干扰信号的速度，通过对剖面中同相轴速度参数的分析可以获取
极为丰富的信息，为资料解释提供有力依据[5-6]。
速度参数的求取包括地下等目标体和空气直达波、反射回波等速度的求取，在数据
采集过程中可以采用速度分析方法获取，对于已有的剖面可以通过同相轴依据时距
曲线原理判别，两种方法结合分析效果更好。
1.1数据采集中的速度分析
速度分析方法分为CMP(Common-midpoint,共中心点)和WARR(wideangle
reflectionandrefraction)两种方法。在两层介质中地质雷达电磁波的传播路径见
图1，从图1中可以看到，地质雷达剖面会接收到多种波，包括空气波、地面波、
折射波、反射波等，各种地质雷达波由于空间、地层介质等影响引起的传播速度、
传播路径的差异会在最终的地质雷达剖面中体现，具体的时间距离曲线如图2所
示，可以清晰地看出，由于图1中体现的传播路径差异和地层速度的差异，各种
波能够有效地分离，这也是能够采用CMP和WARR方法进行速度分析的原理之
一。
实际采集的速度分析剖面见图3，从图3可以看出，存在多种地质雷达波形：①空
气直达波(标记A)；②沿自由空气界面传播的地面波(图1中标记C)；③折射波(标
记B)；④反射波(标记G)；⑤其他介质产生的界面或物体的反射波(标记D、E、F)。
现对各种速度的求取进行说明：
1)空气波与地面波，从图1与图2可以看出，这两个波均为直达波，在时距曲线
中呈现线性关系，所以可以直接采用Δx/Δt进行求取。
2)反射波采用CMP方法求取反射波速度。当天线间相距为x1时，获取地层界面
反射波双程走时为t1，天线间距为x2时，来自同一界面反射波双程走时为t2，
则地层电磁波传播速度v为式(1)。
反射波采用WARR方法求取反射波速度为式(2)。
v2=(x2/T2)+(4d2/T2)
1.2地质雷达剖面中的速度判别
一般体现在地质雷达剖面中的有效信号和干扰信号的同相轴，不会像速度分析中的
图2和图3那样可以清晰地识别，经常具有类似的特征，容易混淆。
在地质雷达剖面中干扰信号多为空气回波、直达波和系统振铃，直达波和系统振铃
较易分辨，空气回波类型较多，反应在剖面中多为弧形反射和直线反射。
对于弧形反射其时距曲线方程如式(3)所示。
如果计算式(4)得到的结果为0.3m/ns，则为空气回波。
对于直立面状反射其时距曲线方程见式(5)。
通过对于速度参数的分析，可以看出通过CMP、WARR方法获取的速度分析剖面
与采集得到的地质雷达剖面分析速度的方式是有差异的，通过实例分别进行分析说
明。
2.1实例1
该实例采集地点位于新疆某处，地表基本平坦，仪器采用美国GSSI公司的SIR-
20主机，天线采用80MHz低频分离天线。
图4为通过CMP方法进行速度分析采集的原始数据剖面，本次采集发射天线和接
收天线初始间隔为零，每次单侧各移动10cm。由图4可以看出,剖面中含有几组
明显的反射同相轴信号，见图4中
根据公式(1)计算A同相轴对应的速度为0.3m/ns，与电磁波在空气中传播速度一
致，认定为空气直达波信号；计算B同相轴对应的速度为0.12m/ns，计算C同
相轴对应的速度同样为0.12m/ns，该速度相对较高。该测线位于山前缓坡山脊，
结合计算出来的速度参数、地形地貌、地表情况，综合判断该测线经过区域表层为
风化破碎岩石，下伏为基岩，后经钻机验证与物探分析结果一致。
地质雷达常规采集的数据剖面见图5，从图5中可以看出，虽然同相轴在振幅、频
率等方面存在差异，能够进行大致的地层划分(剖面中划线为地层划分)，但是地层
岩性是无法判别的，而通过速度分析，能够给出一个定量的结果，可以初步对比判
断地层岩性是基岩、角砾还是土层等。
2.2实例2
该实例采集地点与使用仪器与实例1相同。
图6为通过CMP方法进行速度分析采集的原始数据剖面，数据采集发射天线和接
收天线初始间隔为零，每次单侧各移动10cm。图7为通过WARR方法进行速度
分析采集的原始数据剖面，数据采集发射天线和接收天线初始间隔为零，固定接收
发射天线，发射天线每次移动10cm。由图7可以看出，两个剖面中含有明显的
反射同相轴信号(见图7中所标识A、B区域)与图2对比可以发现，这两组同相轴
与空气波和反射波形态类似。
根据式(1)、式(2)计算A同相轴对应的速度同样为0.3m/ns，认定为空气直达波
信号；计算B同相轴对应的速度为0.08m/ns。该测线位于山前缓坡坡脚，结合
速度参数、地形地貌，综合判断该测线经过区域表层为土层、下伏为碎石，后经钻
机验证与物探分析结果一致。
地质雷达常规采集的数据剖面见图8，由图8可以看出剖面中依据同相轴进行的地
层划分与速度分析结果、钻孔等结果还是互相印证的，也证明了速度分析的准确性。
2.3实例3
该数据采集地区位于南方某地,地层具有高导电性，且地表潮湿，影响了地质雷达
穿透深度。
采集的原始剖面见图8。可以看到图8中存在两个振幅较强的弧形干扰，我们通过
公式(4)可以初步判断出来两个弧形干扰速度均为0.3m/ns，且相位与地表反射波
相同，经与野外记录对比，根据距离的远近确认为2个电线杆引起的绕射异常。
2.4实例4
图9为在南方山区采用雷达为瑞典MALA公司生产的RAMAC/GPRII型、50M
非屏蔽RTA天线采集的数据剖面，由于当时测线垂直山体，可以看出剖面中有明
显的直线型干扰，存有多组强振幅干扰波形。根据上述简单的线性公式(6)可以计
算对应的介质速度为V=0.3m/ns，根据现场实际距离、对照野外记录进行判断，
认定为空气的传播速度，也与事实相符，确实为山体干扰。
通过上面的对于速度参数的描述和多个实例的分析，可以看出：
1)综合利用各种速度参数，通过速度分析可以判断地层速度，一定程度上初步判断
地层岩性，地下结构等，达到有效的时深转换，为地层岩性、埋深的分析解释和基
础施工提供有力技术支持。
2)利用速度参数的判断识别有效信息和干扰信息，对于弧形绕射干扰，可以采用偏
移归位处理方法滤除，对于直线型干扰，由于干扰异常的波速与地下介质波速存在
明显异常，可以通过FK、Tau-p等滤波方法进行滤除，进而提高处理质量，增显
有效信息。