当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

RAMACGPR 探地雷达在考古研究中的应用


2005 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会

RAMAC/GPR 探地雷达在考古研究中的应用
白雪冰 孔祥春
摘要: 摘要:考古研究的探测手段一直以来都是考古专家头疼的事情,要保证不损坏古迹的同时又要了解古迹内部的具体情 况;近几年来随着探地雷达技术逐渐的进入了考古研究的领域,使

其展现出了其他探测手段所没有的优势;本文结合 了一个考古研究探测的实例,简要介绍一下探地雷达技术在考古研究探测中的优势。 关键词: 关键词:RAMAC 探地雷达、条石垫层、塔身、塔基

1

引言
1949 年新中国成立,中国考古学进入一个新的发展时期。50 年以来的中国考古学以田野考古发掘为

学科发展基础,获得了许多重大发现,考古学专题和综合研究全面发展,现代科学技术在考古学研究中广 泛应用,学科体系基本形成。中国考古学的突出特点是考古学与自然科学技术的逐步全方位结合:如年代 学研究的碳十四常规和加速器质谱的热释光断代技术,体质人类学的人种学、古病理史的探讨和食性分析 与遗传基因 DNA 的收集,物质结构和成分分析技术,考古学与气候、植物、动物、地质等学科结合,探 地雷达等物探勘测新技术,计算机技术等在考古学中的应用。由于现代科学技术被广泛引进到考古学研究 中,极大地加深和拓展了学科研究领域,提高了科研效率,加大了考古学研究中的量化成分,增加了科学 性。探地雷达作为一种先进的高频电磁波勘探技术,具有对探测对象不造成任何损伤、抗干扰能力强、测 量结果直观准确和高效率等特点。随着近年来软硬件的不断发展和完善,探地雷达技术在考古发掘研究领 域方面的应用正在急速扩大。现阶段多被应用于文物古迹内部结构情况的调查、定位。从近些年国内外探 地雷达的应用和发展情况来看,探地雷达技术在考古研究中的应用效果是十分不错的,前景也是非常广阔 的。

2

雷达工作基本原理
RAMAC 探地雷达系统主要由主机、天线以及传输光纤或电缆组成(如图 1,光纤相对电缆传输线来

说,具有频带宽,传输速度快,抗干扰能力强的优点) ,其中天线部分一般又分为发射机和接收机两部分, 发射机发射高频电磁波信号到地下介质中,反射回来的信号被接收机接收,然后在接收机内通过 A/D 转换 器把模拟信号转换成数字信号,通过光纤将信号传送到主机并储存起来以供分析使用。探地雷达通常在探 测区域表面进行扫描,连续发射信号到地下介质中,每单位长度或时间扫描一定的道数,检测结果同步显 示在计算机屏幕上。由于电磁波是半无限空间的扩散,点反射体(例如与天线拖动方向垂直的管道、通道、 孔洞,如图 2 所示)的图像为抛物线,面反射体(例如不同的地层结构、建筑结构,如图 3)保持原来的 形状,其斜度和垂直分辨率在 0.01—1 米之间,取决于使用的天线频率。高频天线分辨率较高,但检测深 度较浅, 低频天线分辨率较低, 但检测深度较深。 通常来讲, 在古建筑里探测内部结构时, 中心频率在 500~ 800MHz 的天线就能够满足要求, 对于古建筑基础的探测, 中心频率在 250~500MHz 的天线也能够满足要 求。探测目标体的深度位置是电磁波在介质中的双程旅行时间与传播速度乘积的一半,水平位置则是由一 个精密的测距轮计算得出来的,其中双程旅行时间是指发射机发出电磁信号后,经目标体反射,再被接收 机接收的时间总和。

北京鑫衡运科贸有限责任公司 BEIJING XIN HENG YUN SCIENCE & TRADE CO.,LTD.

2005 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会

主机

天线 图 2、点反射体成图示意图 光纤

显示器

图 1、雷达系统组成

图 3、面反射体成图示意图

3

检测方法和技术
对古建筑及地下埋藏物进行检测时, 我们对测量区域通常采取网格式扫描的方法。 通过网格状的扫描,

3.1 现场检测方法 我们可以比较全面详细的了解探测区域内部结构的三维状况和分布。鉴于此次古建筑的探测现场条件的限 制,我们对于塔基的探测尽量的采取的是网状布线,对于塔身的探测是布置的三条环绕塔身的环形测线, 仪器设备采用瑞典 MALA 公司生产的 RAMAC 探地雷达,主机的型号是 CUII,天线是 500MHz 天线,采 用距离触发的方式。 3.2 雷达技术应用 探地雷达相对其它探测设备而言,可以检测凡是存在电性差异(介电常数不同)的地下介质、考古中 探测深度范围大概在 0~60 米(视介质情况而言) 、对地下空区、层面有反应明显、检测速度快、图像直 观等特点。它能够精确确定地下结构的位置、深度、范围等。

4

应用实例

4.1 工程概述 北京某寺是藏传佛教格鲁派寺庙,位于城区北部。寺建于清代,因格鲁派僧人着黄色僧袍、戴黄帽, 所以该派又称黄教。清代中期,班禅大师自西藏来京为清朝皇帝祝寿,在京期间,曾驻锡寺中。同年,班 禅大师在京逝世,清朝皇帝令在寺北建衣冠石塔。石塔为印度迦耶精舍形制,但又融进了藏、汉的建筑风 格,至今保存完好,成为寺内最具有特色的建筑。 为了迎接 2008 年北京奥运会,由一家香港房地产公司出资,中国某研究所设计,对寺内的“白塔”进行 维修, 此次使用 RAMAC 探地雷达探测的目的就是要在不损坏古迹的同时搞清塔身内部的结构状况和塔基 的组成情况。

北京鑫衡运科贸有限责任公司 BEIJING XIN HENG YUN SCIENCE & TRADE CO.,LTD.

2005 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会

4.2 采用设备 此次探测采用的是瑞典 MALA 公司生产的 RAMAC 探地雷达,主机型号是:CUII,天线采用的是 500MHz 的屏蔽天线,其目的是在保证测深(在直径 5 米左右的塔身上,电磁波可以穿透)的同时可以得 到较高的分辨率,显示器和数据存储采用的是 IBM 笔记本电脑。

4.3 测线布置 由于探测区域的形状和表面情况的限制,此次塔身探测采用的三条环形的测线,塔基是尽量的网状布 置的测线;具体的测线布置见下图。

图 4、塔身测线布置侧视图

图 5、上塔基测线位置平面图

图 6、下塔基测线位置平面图
北京鑫衡运科贸有限责任公司 BEIJING XIN HENG YUN SCIENCE & TRADE CO.,LTD.

2005 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会

4.4 探测方法和参数设置 由于现场条件的限制,现场探测的测线没有完全的按照网状测线布置,数据采集采用剖面法距离触发 的方式, 塔基采集参数如下: 采样点:723 采样频率:7169Hz 道间距:0.02 米 时窗:100ns 叠加值:自动 介质速度:100m/us,由于现场无法标定故采用默认电磁波速度。 塔身采集参数如下: 采样点:970 采样频率:8099Hz 道间距:0.02 米 时窗:120ns 叠加值:自动 介质速度:100m/us,由于现场无法标定故采用默认电磁波速度。 4.5 探测结果 塔身底座探测结果:

测线

图 8、塔身底座测线的雷达图、照片和分析的内部结构
北京鑫衡运科贸有限责任公司 BEIJING XIN HENG YUN SCIENCE & TRADE CO.,LTD.

2005 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会

结论:通过雷达图分析,我们分析塔身底座分为三层,最外层为汉白玉的砌石,中间有一层,塔芯为一层, 由于只能分析出内部的层结构,所以中间两层的具体材质无法分析出,但是从雷达图可以看出内部的材质 是比较均匀的。 塔身上部探测结果:

测线

图 9、塔身上部测线的雷达图、照片和分析的内部结构 结论:通过对雷达图的分析,我们初步估计塔身上部为两层结构,外部为汉白玉的砌石,内部为材质匀称 的材质,并且从雷达图上可以清楚的看出在汉白玉砌石内部有垂直贯穿砌石的铁扣件(估计为不规则形 状)。 上塔基探测结果:

13 号测线

14 号测线

北京鑫衡运科贸有限责任公司 BEIJING XIN HENG YUN SCIENCE & TRADE CO.,LTD.

2005 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会

图 10、上塔基测线的雷达图、照片 结论:通过雷达图的分析,我们可以清楚的看到在路面以下有四层结构,初步分析为四层条石;后经开挖 的探槽发现在路面下 77 厘米的深度为花岗岩的条石垫层,与雷达图上的反映一致,从外部的条石厚度测 得的每层条石的厚度为 0.45 米,也与雷达图上的相吻合。 下塔基探测结果:

1 号测线

60 厘米

1 号测线

图 11、下塔基测线的雷达图、照片 结论:通过对雷达图的分析和探槽的对比,我们可以比较清楚的看到在下塔基路面下的 60 厘米的深度为 一层花岗岩的条石垫层,条石垫层在离台基边缘约 1.8 米的位置就没有了,因此判断此垫层没有完全铺满 整个下台基。

北京鑫衡运科贸有限责任公司 BEIJING XIN HENG YUN SCIENCE & TRADE CO.,LTD.

2005 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会

牌坊探测结果:

石 下 空 位 板 有 间 置

测线

图 12、牌坊测线的雷达图、照片 结论:通过对雷达图的分析,我们可以很清楚的看到在牌坊的东面的过道的石板下方约 0.5~1.3 米深度的 范围内有一个箱形空间。

5

结束语
通过 RAMAC 雷达这次对古建筑的探测,我更加感觉到,探地雷达技术应用于考古研究是非常有发展

空间和优势的,它快速、直观、准确。但是由于很多时候得不到现场的验证,比如此次探测的塔身测线就 无法得到验证,所以还得凭借技术人员的经验结合雷达图像分析出内部的结构。由于本人能力有限,在本 次探测中难免出现分析的偏差,还望各位读者指评! 在此特别感谢北京鑫衡运科贸有限责任公司的技术部经理孔祥春老师对我的指导!

参考文献:
1.《REFLEXW 软件操作手册》 2.《探地雷达基本理论》 3.《探地雷达方法与应用》 北京鑫衡运科贸有限责任公司 孔祥春 北京鑫衡运科贸有限责任公司 孔祥春 地质出版社 1994 年 李大心

北京鑫衡运科贸有限责任公司 北京市朝阳区裕民路 12 号元辰鑫大厦 502、504 室 010-82250916、82250815、82251763 E-mail:xhy@bjxhy.com www.bjxhy.com

北京鑫衡运科贸有限责任公司 BEIJING XIN HENG YUN SCIENCE & TRADE CO.,LTD.

2005 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会

北京鑫衡运科贸有限责任公司 BEIJING XIN HENG YUN SCIENCE & TRADE CO.,LTD.


相关文章:
RAMACGPR 探地雷达在考古研究中的应用
2005 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会 年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会 RAMAC/GPR 探地雷达在考古研究中的应用白雪冰 孔祥春摘要:...
探地雷达
探地雷达原理及应用读书报告班级:061094班 姓名:...研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古...推断解释 图2 (a) 是使用瑞典RAMACPGPR 探地雷达...
更多相关标签:
考古用探地雷达 | rama老师 | whinge o rama | clash a rama | cyclorama | datorama | aquarama | rama cont |