一种单钻孔地质雷达定向反射成像的探测方法与流程

本发明涉及工程地质探测技术领域，具体涉及一种单钻孔地质雷达定向反射成像的探测方法。

背景技术

地质勘探是通过各种手段、方法对地质进行勘查、探测，确定合适的持力层，根据持力层的地基承载力，确定基础类型，计算基础参数的调查研究活动。其中物理勘探简称物探，是以各种岩石和矿石的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异为研究基础，用不同的物理方法和物探仪器，探测天然或人工的地球物理场的变化，通过分析、研究获得的物探资料，推断、解释地质构造和矿产分布情况。

钻孔雷达技术作为一种井中地球物理方法，雷达天线通过钻孔直接进入地下深部，可以利用地下介质的物性差异，提供钻孔周围一定范围的反射雷达时域波形剖面影像，从而有效的扩大探测范围，查明钻孔周围一定范围的地层结构、岩体构造和岩溶发育的情况，弥补实际工程中钻探的数量和布局的限制。对于目前广泛应用的钻孔雷达天线，发射和接收的反射雷达波信号都是全方向性，因此单个钻孔的雷达只能得到距钻孔的距离和形态等信息，无法判断反射体的方位，即无法获知反射体在以探测距离为半径的圆周的方位角。钻孔雷达的定向天线目前还在研发阶段，没有在实际工程普遍应用，还有如天线自身方位固定等诸多难题需要解决。如何利用常规钻孔雷达设备，实现定向反射成像是急需解决的一个问题。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种在钻孔中利用地质雷达反射成像方式探测人工设定方位的地质条件的方法；利用填充有吸波材料的钻孔雷达定向探测管，通过对钻孔周边不同方位的探测，得到钻孔异常反射体的在钻孔的具体方位，解决了单孔地质雷达反射成像无法判断反射体方位的问题。

本发明的技术方案为：一种单钻孔地质雷达定向反射成像的探测方法，主要包括以下步骤：

(1)钻探取样，以获得岩芯和钻孔，对岩芯进行分析得到相应的第一地质信息；

(2)将地质雷达天线先放入钻孔底部，再将地质雷达天线拉回地面，在此过程中得到钻孔地质雷达全空间的反射雷达波图像；

(3)将钻孔雷达定向探测管通过螺纹进行连接，钻孔雷达定向探测管内设置有雷达探测通道，且钻孔雷达定向探测管内设置有填充物，通过探测管固定器和三角架将连接在一起的钻孔雷达定向探测管放入钻孔内，并使得钻孔雷达定向探测管到达钻孔底部，以保证雷达天线通道畅通；

(4)将探测管固定器与地面进行固定，并调整探测方向，雷达探测通道靠近地质的一侧为探测方向；

(5)将地质雷达天线放入钻孔雷达定向探测管中的雷达探测通道，地质雷达天线连接测距轮和电脑，先将地质雷达天线放进钻孔底部，再将地质雷达天线拉回孔口，在此过程中完成定向反射成像探测；

(6)利用探测管固定器和三角架调整入钻孔雷达定向探测管角度，再次进行步骤5的反射成像探测过程；

(7)对比全空间的反射雷达波图像与各固定角度反射雷达波图像，判断异常体的具体方位。

进一步地，钻孔雷达定向探测管为非金属材料，非金属材料为聚氯乙烯材料，聚氯乙烯材料具有良好的耐磨、耐腐蚀性，有效避免了地质中酸、碱、盐等物质对钻孔雷达定向探测管造成损坏，延长钻孔雷达定向探测管的使用寿命。

进一步的，填充物为介电损耗型吸波材料，介电损耗型吸波材料为石墨环氧树脂复合材料或碳纤维聚氨酯复合材料，介电损耗型吸波材料，无法完全屏蔽非探测方向的反射雷达波，但可以部分屏蔽和衰减非探测方向的反射波的信号，因此可以通过对比全空间的反射雷达波图像与各固定角度反射雷达波图像，确定异常反射的方位，达到定向探测的目的。

进一步地，地质雷达天线包括雷达发射天线和雷达接收天线，地质雷达天线通过雷达数据线连接至雷达主机。

进一步地，探测管固定器包括固定环、支撑梁、弧形支架、调节器、夹板一、夹板二、调节杆，支撑梁有两个，两个支撑梁分别设置在固定环的左右两端，调节器有四个，四个调节器分别设置在两个弧形支架的端部，夹板一有两个，两个夹板一分别活动设置在固定环的左右两侧，两个夹板一与固定环连接处均设置有压簧，夹板二两个，两个夹板二分别活动设置在固定环内侧的上下两端，调节杆有两个，两个调节杆分别螺纹连接在固定环的上下两端，两个调节杆分别与两个夹板二接触，调节杆用于推动夹板二移动，便于对钻孔雷达定向探测管进行固定、调节。

进一步地，夹板一和夹板二上均设置有防滑橡胶垫，有效防止只用过程中钻孔雷达定向探测管产生滑动，对探测结果产生影响。

进一步地，三角架包括安装盘、支撑腿、锥形尖端、固定座、滑轮，支撑腿有三个，三个支撑腿铰接在安装盘下端，三个支撑腿与安装盘连接处设置有紧固螺栓，支撑腿为伸缩结构，支撑腿上设置有调节螺柱，锥形尖端有三个，三个锥形尖端分别设置在三个支撑腿的下端，固定座设置在安装盘上端，滑轮活动设置在固定座上，支撑腿与安装盘铰接，方便对支撑腿的支撑角度进行调节，还可以以对支撑腿的支撑高度进行调节，操作简单、方便。

进一步地，支撑腿与锥形尖端连接处设置有固定盘，固定盘上设置有抓地凸齿，能够防止固定盘在水平方向移动，提高装置的可靠性。

进一步地，锥形尖端上设置有导向凹槽，有利于锥形尖端进入坚硬的地质中，对三角架起到稳定固定的作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的一种定向钻孔三维立体地质信息获取的方法，通过不同方向探测，解决单孔地质雷达反射成像无法确定反射体方位的问题，对工程实施及地质体透明化具有重要意义；为工程建设做好前期预测，避免后期工程事故，有效降低工程成本；大大减少探测钻孔的数量，节省时间和成本，提高工作效率；通过该装置可以探测钻孔周围一定范围内的岩溶洞穴和导水通道等有害地质体并进行精细有效的探测预报。

附图说明

图1是本发明的地钻孔雷达反射成像方式探测示意图；

图2是本发明的定向地钻孔雷达反射成像方式探测示意图；

图3是本发明的钻孔雷达定向探测管结构示意图；

图4是本发明的定钻孔雷达定向探测管截面图；

图5是本发明的三角架的结构示意图；

图6是本发明的锥形尖端与固定盘的连接结构示意图；

图7是本发明的探测管固定器的结构示意图；

图8是本发明的探测管固定器的主视图；

其中，1-探测管固定器、10-固定环、11-支撑梁、12-弧形支架、13-调节器、14-夹板一、15-夹板二、16-调节杆、2-三角架、20-安装盘、21-支撑腿、22-锥形尖端、220-导向凹槽、23-固定座、24-滑轮、25-固定盘、250-抓地凸齿。

具体实施方式

实施例：一种单钻孔地质雷达定向反射成像的探测方法，主要包括以下步骤：

(1)钻探取样，以获得岩芯和钻孔，对岩芯进行分析得到相应的第一地质信息；

(2)将地质雷达天线先放入钻孔底部，再将地质雷达天线拉回地面，在此过程中得到钻孔地质雷达全空间的反射雷达波图像；地质雷达天线包括雷达发射天线和雷达接收天线，地质雷达天线通过雷达数据线连接至雷达主机；

(3)将钻孔雷达定向探测管通过螺纹进行连接，钻孔雷达定向探测管内设置有雷达探测通道，且钻孔雷达定向探测管内设置有填充物，填充物为介电损耗型吸波材料石墨环氧树脂复合材料，介电损耗型吸波材料，无法完全屏蔽非探测方向的反射雷达波，但可以部分屏蔽和衰减非探测方向的反射波的信号，因此可以通过对比全空间的反射雷达波图像与各固定角度反射雷达波图像，确定异常反射的方位，达到定向探测的目的；钻孔雷达定向探测管为聚氯乙烯pvc材料；通过探测管固定器1和三角架2将连接在一起的钻孔雷达定向探测管放入钻孔内，并使得钻孔雷达定向探测管到达钻孔底部，以保证雷达天线通道畅通；

(4)将探测管固定器1与地面进行固定，并调整探测方向，雷达探测通道靠近地质的一侧为探测方向；

(5)将地质雷达天线放入钻孔雷达定向探测管中的雷达探测通道，地质雷达天线连接测距轮和电脑，先将地质雷达天线放进钻孔底部，再将地质雷达天线拉回孔口，在此过程中完成定向反射成像探测；

(6)利用探测管固定器1和三角架2调整入钻孔雷达定向探测管角度，再次进行步骤(5)的反射成像探测过程；

(7)对比全空间的反射雷达波图像与各固定角度反射雷达波图像，判断异常体的具体方位。

其中，探测管固定器1包括固定环10、支撑梁11、弧形支架12、调节器13、夹板一14、夹板二15、调节杆16，支撑梁11有两个，两个支撑梁11分别设置在固定环10的左右两端，调节器13有四个，四个调节器13分别设置在两个弧形支架12的端部，夹板一14有两个，两个夹板一14分别活动设置在固定环10的左右两侧，两个夹板一14与固定环10连接处均设置有压簧，夹板二15两个，两个夹板二15分别活动设置在固定环10内侧的上下两端，夹板一14和夹板二15上均设置有防滑橡胶垫；调节杆16有两个，两个调节杆16分别螺纹连接在固定环10的上下两端，两个调节杆16分别与两个夹板二15接触，调节杆16用于推动夹板二15移动。

三角架2包括安装盘20、支撑腿21、锥形尖端22、固定座23、滑轮24，支撑腿21有三个，三个支撑腿21铰接在安装盘20下端，三个支撑腿21与安装盘20连接处设置有紧固螺栓，支撑腿21为伸缩结构，支撑腿21上设置有调节螺柱，锥形尖端22有三个，三个锥形尖端22分别设置在三个支撑腿21的下端，锥形尖端22上设置有导向凹槽220，支撑腿21与锥形尖端22连接处设置有固定盘25，固定盘25上设置有抓地凸齿250；固定座23设置在安装盘20上端，滑轮24活动设置在固定座23上。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。