地质雷达是浅部勘探的一种有效的勘探方法。本文对其应用条件进行了探讨，特别研究了导电率、介电常数、探测频率3个主要因素对地质雷达探测的影响。研究结果对地质雷达的应用具参考指导作用。
地质雷达方法（ground penetrating radar）是20世纪70年代发展起来的一种用于确定地下介质分布的广谱电磁法。其基本原理是向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波。电磁波在地下介质中传播过程中，当遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分界面等时，电磁波便发生反射，返回到地面时由接收天线所接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、双程走时等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测，地质雷达采用非接地性测量，可作快速连续检测，对检测对象无损，能比较直观地表现检测目标物，因此，地质雷达技术成为工程地球物理勘查的重要方法之一，广泛应用于地下管线探测，结构物无损检测，地基基岩面探测，岩溶地面沉陷、地下洞穴等工程勘察领域。
地质雷达探测技术在方法、仪器等方面仍在发展，其分辨率和探测范围也在不断的提高和扩大，比如国外的某仪器，其标称的最小探测深度为4 cm， 最大探测深度为50 m，最小可探测对象尺度为毫米级。但地质雷达探测技术与其它的地球物理勘查技术一样，其探测效果与其应用条件密切相关，本文就地质雷达在工程勘察中的应用条件进行研究。
01 环境电导率的影响
环境电导率是影响地质雷达探测深度的重要因素，高频电磁波在地下介质的传播过程中会发生衰减。由于探地雷达的工作频率较高，一般认为，高频电磁波在地下介质的传播过程满足介电极限条件。即wε≥σ。w为电磁波的频率；ε为环境的介电常数；σ为环境的电导率。
高频电磁波的衰减系数满足
（1）
其趋肤深度
（2）
实际上，由于大地电阻率一般都比较低，达不到介电极暇条件，其工作条件介于准静态极限（wε< σ）与介电极限条件之间。对于静态极限，其趋肤深度
（3）
可见，不管工作条件是在介电极限还是在准静态极限条件，或者是界于两者之间，其趋肤深度都是随电导率的增大而减少，即环境的电导率越低，高频电磁波的衰减越慢，探测深度越大。
在工程实践中，环境电导率的值一般在4-10-9S/m，对于常见的非饱和含水土壤和沉积型地基，其电导率的大小主要受含水量及粘土含量的影响，存在以下经验公式
（4）
式中，σ为电导率；σa，σw，σs分别为空气、水和土的电导率；n为孔隙率；s为含水饱和度。一般地说，低电导率条件（σ< （10-7） S/m）是很好的雷达应用条件，如空气、干燥花岗岩，干燥石灰岩、混凝土等， （10~7） S/m< σ<（10~2）>（10-7） S/m为很差的应用条件，如湿粘土，湿的页岩，海水等。
02 介电常数的影响
介电常数反映了处于电场中的介质存储电荷的能力。介质的介电常数主要受介质的含水量以及孔隙率影响，与电导率相类似.也存在以下经验公式
通常把一种介质的介电常数与空气介电常数的比称为相对介电常数、相对介电常数的范围为：1（空气）至81（水）。表1为工程勘察中常见介质的相对介电常数。
高频电磁波在介质中的传播速度主要取决于介质的介电常数，其速度
（6）
式中，c为光速。高频电磁波在两种不同介质的界面产生反射，反射系数
（7）
由于地质雷达是接受反射波的信息来探测目标体，而反射信号的强弱取决于介电常数的差异，因此，介电常数的差异是地质雷达应用的先决条件。
03 探测频率的影响
一般的地质雷达都拥有多种频率的天线，一些厂家的天线中心频率低频可达到16 MHz，高频可达到2 GHz。通常，把探测时所采用的天线中心频率称为探测频率，而其实际的工作频率范围是以探测频率为中心的频带，探测频率主要影响探测的深度和分辨率。
当地质雷达工作在介电极限条件时，高频电磁波的衰减几乎不受探测频率的影响，比如，电磁波在空气中传播，由于不存在传导电流，电磁波不发生衰减。但实际上，由于大地电阻率一般都比较低，其工作条件达不到介电极限条件。由于传导电流的存在，高频电磁波在传播过程中发生衰减，其衰减的程度随电磁波频率的增加而增加。
因此，在实际工作时，必须根据目标体的探测深度选用合理的探测频率。在工程地质勘察中，勘察深度一般在5~ 30 m，选择低频探测天线，要求探测频率低于100 MHz。对于浅部工程地质，探测深度在1- 10 m，探测频率可选择100~ 300 MHz；对于探测深度在0.5~ 3.5 m的工程、环境以及考古勘察工作，探测频率可选用300~ 500 MHz；对于混凝土，桥梁裂缝等厚度在0~1 m左右的检测，探测频率一般选用900 MHz~2 GHz。
探测频率是制约探测深度的一个关键因索，同时也决定了探测的垂直分辨率，一般是探测频率越高，探测深度越浅，探测的垂直分辨率越高。对于层状地层，以Tm表示可分辨的最小层厚度、λ为高频电磁波的波长、则有Tm=0.5λ，由于λ= v/f，其中，v为电磁波的传播速度，f为电磁波的频率，而又因（6）式，于是Tm=c/2f√ε。
由此可见，探测频率和介质的介电常数是决定垂直分辨率的两个主要因素。对于金属圆柱体，其可探测的最小直径约为埋深的8% ，埋深大于3 m，其可探测的最小直径约为埋深的50%。
探测频率也是制约水平分辨率的一个关键因素。地质雷达向地下传播是以一个圆锥体区城向下发送能量，如图1所示。电磁波的能量主要聚集在下能量区，而不是一个单点上。在能量区的中央有一个称为第一Fresnel 帶的区域。雷达接收的反射波能量主要来自该区域，因此，反射波的信号反映的是*中反**射区内介质的平均效应，也就是说，当水平尺度小于反射区尺度时，雷达是难以分辨的，而反射区的半径R1主要由电磁波的波长λ和反射面的深度R0决定，其关系为R1=（λR0+ 1/42λ）12。电磁波顿率越高、波长越短，反射区的半径越小，水平分辨率高。
04 结论与建议
从前面的讨论中可以看出，探地雷达的应用效果受应用条件，如环境导电率、介电常数等因素的制约，同时也受仪器的性能，如天线的频率特性以及工作方法的影响。因此，在应用探地雷达的实践中，研究探测对象、勘察任务的性质，综合考虑以上因素是探地雷达应用的关键。
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