淺談物探方法在巖溶中的應(yīng)用

吳燦燦　曹　靜　王　芳　張功瑾　李　雪

[摘要]巖溶發(fā)育地區(qū)受巖性、構(gòu)造裂隙和地下水的影響,基巖面起伏大,凹凸不平,埋深相差懸殊,且?guī)r溶發(fā)育,形態(tài)多樣,分布無(wú)規(guī)律,局部呈多層分布。因此不能簡(jiǎn)單的進(jìn)行局部勘探,要針對(duì)補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)、排泄區(qū)不同的危害特點(diǎn)采用多種手段,系統(tǒng)地綜合勘察研究,才能對(duì)巖溶危害給予正確的分析和評(píng)價(jià),從而達(dá)到防治目的。

[關(guān)鍵詞]物探方法 巖溶 防治

中圖分類號(hào):TB4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0910125-01

一、巖溶的危害

巖溶(又稱喀斯特)是指可溶性巖層受水的化學(xué)和物理作用產(chǎn)生溝槽、裂隙和空洞,以及由于空洞頂板塌落從而使地表產(chǎn)生陷穴、洼地等現(xiàn)象和作用的總稱。巖溶地下水徑流區(qū)的巖溶主要以較為集中的地下水平溶洞、暗河為主,局部匯水補(bǔ)給地段有垂向落水洞和溶隙發(fā)育,并且地下溶洞相連。有土層覆蓋區(qū),接觸帶土體通過(guò)潛蝕或滲壓作用易形成土洞。一般主干溶洞、暗河多呈水平發(fā)育,發(fā)育較深,一般不易對(duì)地面工程構(gòu)成危害,但對(duì)于大型地下工程,如水電站、地下廠房等也會(huì)構(gòu)成為害。在砂巖與石灰?guī)r分布接觸地帶,巖性種類較多,分布不均勻,巖體差異風(fēng)化作用強(qiáng)烈,巖石抗壓強(qiáng)度值差異變化大,樁基施工難度增大,對(duì)地基基礎(chǔ)施工產(chǎn)生不利影響。覆蓋型落水洞和土洞對(duì)地下工程施工或地面建筑物及水庫(kù)工程均會(huì)構(gòu)成危害,主要表現(xiàn)為塌陷和漏失等。

二、巖溶的勘探

巖溶地區(qū)工程勘察必須根據(jù)不同地段巖溶地質(zhì)危害特點(diǎn)、類型,結(jié)合工程特點(diǎn)選擇勘察手段和方法,合理布置工作量,確定研究范圍,有針對(duì)性地進(jìn)行勘察和研究。根據(jù)工作目的與現(xiàn)場(chǎng)的工程地球物理?xiàng)l件,可以從直流電阻率測(cè)深法、地震映像法、探底雷達(dá)等方法進(jìn)行多種地球物理探測(cè)。

(一)直流電法

直流電法中的直流電阻率測(cè)深法(簡(jiǎn)稱電測(cè)深法)的主要目的是探明目標(biāo)區(qū)域的覆蓋層厚度,巖溶洞穴發(fā)育情況及其它不良地質(zhì)體等。但是一般情況下我們會(huì)選擇高密度電法勘探。高密度電法不僅可以一次布極多次測(cè)量,而且還主要是它是一種集電測(cè)深與電剖面法于一體的勘探方法,既可以觀測(cè)地下一定深度范圍內(nèi)橫向電性變化情況,同時(shí)還可以觀測(cè)垂向電性的變化特征,與其它電法相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。高密度電法勘探資料解釋、推斷資料經(jīng)室內(nèi)資料處理后,整理形成視電阻率擬斷面圖、反演擬斷面圖和部分測(cè)點(diǎn)的視電阻率測(cè)深類型曲線。 然后從這些斷面圖中結(jié)合電性性質(zhì)分析勘探體積范圍內(nèi)的巖溶情況。

(二)地震映像

地震映像的主要目的是了解水面范圍內(nèi)的地層分層情況,以利于提高電測(cè)深資料的分析與解釋。地震映像野外采集類似于單點(diǎn)反射波法,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集得到的連續(xù)時(shí)間剖面進(jìn)行綜合分析,大致了解測(cè)區(qū)內(nèi)地震波同相軸與地層的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及地層埋深的變化情況,對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,再將處理后的各層反射波同相軸經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理成時(shí)間速度剖面圖。

地震勘探資料解釋推斷定性解釋從各測(cè)線段地震映像時(shí)間剖面看,部分地震波勘探結(jié)果顯示對(duì)各巖性界面有較好反映,各組地震波同相軸較連續(xù)且清晰,各同相軸的起伏反映了土層和基巖起伏的變化情況;部分測(cè)線由于田基及地表淺部干擾,地震波組顯得較為雜亂,但經(jīng)仔細(xì)判斷分析,仍可判斷出地震波同相軸,從而對(duì)地層變化情況進(jìn)行劃分。另外,大部分地段地震波組多呈平行關(guān)系,是由于地震波于層間發(fā)生多次反射的緣故;而測(cè)線段局部存在一些地震波多次繞射、不連續(xù)或斷續(xù)現(xiàn)象,推斷為溶洞或溶蝕、裂隙所引起。

(三)探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)是利用高頻電磁脈沖波的反射來(lái)探測(cè)目標(biāo)體的,它通過(guò)發(fā)射天線向地下或目標(biāo)體發(fā)射高頻寬頻帶短脈沖電磁波,經(jīng)過(guò)地下地層界面或目標(biāo)體的表面反射后返回地面,為接收天線所接收。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí),其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)的介質(zhì)電磁性質(zhì)及目標(biāo)體的幾何形態(tài)變化而變化。因此,根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間、波幅與波形等信息,即可探測(cè)地下介質(zhì)或目標(biāo)體的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及目標(biāo)體的埋藏深度等。探地雷達(dá)的觀測(cè)方法主要采用剖面法,即雷達(dá)主機(jī)由人抱持,發(fā)射(T)和接收(R)天線緊貼地面,且垂直于測(cè)線方向放置,并沿測(cè)線方向等間距地向前移動(dòng)。雷達(dá)實(shí)時(shí)記錄地層各反射界面的反射回波,匯集不同測(cè)點(diǎn)的回波記錄,就形成了一條回波反射時(shí)間剖面。經(jīng)后期處理分析和解釋,就可以獲得地層結(jié)構(gòu)特征和巖溶地質(zhì)異常信息。探地雷達(dá)接收到的信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后送到計(jì)算機(jī),經(jīng)過(guò)濾波、增益恢復(fù)等一系列數(shù)據(jù)處理后形成雷達(dá)探測(cè)圖像,即雷達(dá)探測(cè)剖面。雷達(dá)探測(cè)剖面是雷達(dá)資料解釋的基礎(chǔ)圖件,只要目標(biāo)體與周邊介質(zhì)存在電性差異(波阻抗差異),就可以在雷達(dá)圖像剖面中反映出來(lái),通過(guò)波形對(duì)比、波阻追蹤就可以測(cè)定目標(biāo)體的反射波旅行時(shí)間t(ns)。

三、結(jié)束語(yǔ)

在隱伏基巖為灰?guī)r以及白云巖等可溶性巖石的地區(qū),溶蝕破碎帶是一種較為常見的地質(zhì)異常,對(duì)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有一定的危害性。但是有效的利用各種物探方法可以探測(cè)出巖溶的一些地質(zhì)信息,從而避免不必要的經(jīng)濟(jì)和人身安全上的損失。

參考文獻(xiàn):

[1]吳偉斌,結(jié)合巖溶地質(zhì)危害分析其勘察方法[J].建材與裝飾,2008年3月.

[2]邢文寶,探底雷達(dá)技術(shù)在巖溶地質(zhì)勘探中的應(yīng)用[J].巖土工程,2006年07月.

[3]趙遠(yuǎn)由、林貴生,探底雷達(dá)在隱伏巖溶勘察中的應(yīng)用[J].礦產(chǎn)與地質(zhì),2006年6月20卷,第3期.

[4]鄺山,巖溶發(fā)育地區(qū)地基的勘探與建筑物基礎(chǔ)的選擇[J].建材與裝飾,2008年4月.

[5]蒙玉東,綜合勘探技術(shù)在巖溶地區(qū)勘察評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].科技資訊,2007年第20期.

作者簡(jiǎn)介:

吳燦燦(1987-),男,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在讀本科生。