撰文：馬志飛
對於北京先農壇，民間一直傳說這兒附近有一塊乾隆御題石碑。北京市文物局對這個傳說高度重視，幾十年來，曾多次派專人尋找，但始終一無所獲。
2004年9月，北京市文物局決定再次尋找這塊神秘的乾隆御碑。與以往不同的是，這一次他們不再局限於調查和挖掘，而是請來了北京市地質研究所的專家，並採用高科技儀器進行探測，就像我們小時候看的電影《地雷戰》中工兵探地雷一樣逐點掃描地面。後來，地質專家在先農壇北壇區的一家食品廠所在院落中發現地下有異物存在，圈定了異常位置之後通過人工挖掘，終於找到了這塊重達40多噸的國寶級文物！
無獨有偶。2005年，在北京延慶矽化木（也稱木化石）國家地質公園，地質專家們採用同樣的方法和儀器，成功探測出「沉睡」於地下1億多年的木化石十餘株！
讓我們感到好奇的是，地質專家用的是一種什麼樣的神秘方法和儀器呢？
其實，這是一種雷達。
雷達為何物
說起雷達，想必大家都不會陌生，在電影中我們經常會看到這樣的場景：一個個如同大鍋蓋一樣的東西朝向天空，不斷轉動天線搜尋著空中目標，控制室的計算機屏幕上閃爍不止，一旦發現敵情便響起刺耳的警報聲。那一個個「大鍋蓋」，就是雷達系統的一部分，只不過我們所了解的這些雷達通常應用於軍事領域和航空領域。
雖然雷達系統各式各樣，但都可以將其簡單地分為三大組成部分：發射天線、接收天線和主控制機。其原理就是雷達系統的發射機通過天線把電磁波射向空間，處在此方向上的物體將碰到的電磁波反射回來，接收天線收到此反射波，然後主控制機對所接收到的信號進行分析處理，提取出有關該物體的某些信息，比如方位、高度、距離等。
如今，雷達已經在天體研究、氣象預報、資源探測、環境監測等方面顯示了很好的應用潛力。
探地雷達如何工作
聰明的地質工作者也受到啟發，將雷達技術應用於地質勘探，從而研製出一種專用的雷達——探地雷達，或者稱之為地質雷達。
雖然用途不同，但探地雷達和軍用雷達的工作原理是一樣的，都是根據電磁波來探測目標體。探地雷達所利用的是一種高頻電磁波，頻率範圍通常為數兆赫茲至上千兆赫茲，電磁波通過發射天線以脈衝形式被定向送入地下，它們在地下介質傳播過程中，遇到存在電性差異的地下介質時發生反射，返回到地面的電磁波被接收天線所接收。根據電磁波的傳播時間及波形特徵，就可以確定地下目標體的空間位置、結構和幾何形態。一般而言，介質間的電磁特性差異越大，介質間的界面越容易被識別。
地球物理勘探的方法有許多，探地雷達探測只是其中一種，不過與其他方法相比，探地雷達具有明顯的優勢：首先，它的解析度很高，特別是對淺層地表的探測精度非常高，解析度可達釐米級；其次，工作效率高，現有探地雷達儀器設備雖然多種多樣，但都比較輕便，操作簡單，充分發揮了計算機採集和處理數據的優勢，極大地提高了工作效率，降低了成本；最後，具有探測無損性的特點，即這種探測不會損害、影響被檢測物體未來的使用性能和用途。
應用在哪些領域
隨著數據處理技術和計算機技術的發展，探地雷達技術不斷發展，應用範圍也不斷擴大。目前，探地雷達不僅在地質勘探中得到了廣泛應用，而且在建築施工檢測等方面也日益受到青睞。總體說來，探地雷達應用的領域主要包括：
地下管線探測 每個城市的地下幾乎都布滿了錯綜複雜的電線、光纜和管道，不同的管線屬於不同部門管轄。當某個部門需要對管線進行維修時，由於對城市地下管線的情況缺乏了解，盲目開挖常常會破壞其他管線。因此，在施工前使用探地雷達摸清管線的詳細分布情況，可以大大降低破壞其他管線的風險。而且，這種方法還可以查清管道發生問題的位置，使開挖更有針對性。
地質災害調查 工程建設活動中經常會遇到各種地質災害，如滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地面沉降和地面沉陷等。地質災害的存在對工程建設是一種很大的威脅，如果處理不當將會導致嚴重的後果，這就需要在規劃和建設之前先進行地質災害調查和地質災害危險性評估，並對潛在的地質災害做好預防處理。探地雷達利用其對淺層目標體探測精度高的優勢，可以很容易發現滑坡體的厚度、泥石流溝的厚度、地裂縫的延展深度和地下空洞等，為工程建設提供參考資料。
礦床勘探 礦床勘探的方法眾多而且都已經十分成熟，只是不同的方法適用於不同的地質環境。對於地表淺層的金屬礦化帶，可以優先選用探地雷達進行探測，因為金屬礦化帶的電磁波反射明顯，輔以其他方法，有助於提高勘探結果的準確性。
冰川厚度探測 冰川是重要的水資源類型之一，為了計算冰川水資源的儲量，人們需要首先查清冰川厚度和冰下地形兩個重要參數。然而，過去常採用的一些調查方法由於受到眾多因素的影響，局限性較大，難以在地形複雜的山地冰川區取得良好效果。隨著雷達技術的不斷發展，並被引入到冰川學研究領域中，它自身的優勢逐漸凸顯出來，並且為後期的冰川研究工作不斷提供精確的原始資料。
潛水面深度探測 地下水是人類生存和動植物生長最重要的要素之一，但過度開採常常導致地下水位下降並引發地面沉降等地質災害，這就需要對地下水位進行定期觀測。目前對地下潛水的觀測主要依賴於鑽探打井，但這種方式速度慢、效率低，費用高，而且只是「一孔之見」，難以得到詳細的數據資料，甚至有時候會對當地的地下水環境造成一定程度的破壞。探地雷達的無損檢測優勢則正好可以在這一領域大展身手。
公路路基質量檢查 公路施工完成後，可利用探地雷達進行驗收，檢測諸如路基的厚度、是否存在裂縫和空洞等質量情況，如果局部地段存在問題，雷達波反射信號的振幅、相位及頻譜特徵等都將發生明顯變化，技術人員據此便可推測路面下的狀況。
考古調查 國際上將探地雷達技術應用於考古研究大致起步於20世紀70年代初，我國則更晚，主要用它來探測古遺址、地下埋藏物、地下墓穴和檢測古建築結構等。我國學者在對秦始皇陵、甘肅敦煌莫高窟、唐大明宮含元殿殿址、商丘東周城址、四川成都金沙遺址等考古研究工作中都曾使用過該項技術，並取得了很好的效果。