淺析地質(zhì)雷達(dá)巖溶物探圖像特征

夏曉勇，梁 棟，吳 瑾

(貴州省交通科學(xué)研究院)

1 引 言

貴州是國(guó)內(nèi)喀斯特最為發(fā)育的區(qū)域之一，省內(nèi)碳酸巖地層分布廣泛，公路工程不可避免地受到巖溶影響。公路隧道施工揭露巖溶，可能引發(fā)涌水突泥，危及施工安全，或使隧道“懸空”于溶洞內(nèi)難以施工處治，并耗費(fèi)大量額外投資;或公路路基底部有隱伏溶洞，在施工期溶洞是穩(wěn)定的，未被揭露，但隨時(shí)間推移，其可能發(fā)生坍塌，為日后運(yùn)營(yíng)安全埋下隱患。因此，在巖溶發(fā)育強(qiáng)烈地段的公路建設(shè)工程中，進(jìn)行巖溶探測(cè)非常必要。地質(zhì)雷達(dá)是公路巖溶物探有效的手段之一，目前應(yīng)用廣泛。

地質(zhì)雷達(dá)在公路工程中使用非常頻繁，但其效果卻良莠不齊，尤其是后期解譯對(duì)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)依賴性很強(qiáng)。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不足的技術(shù)人員，往往出現(xiàn)一個(gè)探測(cè)結(jié)果有多種解譯，或出現(xiàn)解譯與實(shí)際情況不相符的情況，不但達(dá)不到預(yù)期探測(cè)效果，還打擊探測(cè)(解譯)人員信心。

筆者在貴州從事多年的巖溶地質(zhì)雷達(dá)物探工作，掌握了大量一手資料。本文擬通過(guò)一些工程實(shí)例，介紹部分典型的被證實(shí)的雷達(dá)物探圖像的解譯，總結(jié)巖溶雷達(dá)探測(cè)圖像的一些特征，為類似工程提供參考。

2 工程實(shí)例及圖像分析

某聯(lián)拱隧道中導(dǎo)洞基底物探雷達(dá)時(shí)間剖面圖像，探測(cè)段落內(nèi)為中厚層灰?guī)r，該段靠近背斜核部，受地質(zhì)構(gòu)造影響，巖體破碎，灰?guī)r中溶蝕發(fā)育。雷達(dá)圖像顯示顯示地下4 ～16 m有異常強(qiáng)反射，反射波以中低頻大振幅為主，同相軸較清晰，但不連續(xù)，第一反射同相軸不甚明顯，多次波不發(fā)育。解譯該處異常為一溶洞，充填大量泥質(zhì)或塊碎石，地下水較發(fā)育。后經(jīng)釬探驗(yàn)證，確實(shí)存在充填型的溶洞。

某隧道上臺(tái)階基底物探雷達(dá)時(shí)間剖面圖像，探測(cè)段落為白云質(zhì)灰?guī)r，中厚層狀。圖像顯示地下1.5 ～4.5 m 有異常強(qiáng)反射，第一反射界面同相軸清晰連續(xù)，呈開(kāi)口向下的拋物線，后續(xù)反射低頻成分豐富，反射波以低頻大振幅為主，推測(cè)該處有溶洞發(fā)育，溶洞頂部埋深1 ～2 m，溶洞最大寬約2 ～3 m，深3 ～3 m，洞壁較光滑，洞內(nèi)充填粘土及塊碎石，地下水較發(fā)育，頂部可能充填不密實(shí)，有空洞。后經(jīng)下臺(tái)階開(kāi)挖證實(shí)該溶洞存在，且充填物情況也與解譯分析一致。

某隧道基底物探圖像，探測(cè)段落內(nèi)為厚層狀灰?guī)r，巖體較為完整，干燥，無(wú)地下水影響，相應(yīng)段落掌子面開(kāi)挖時(shí)發(fā)現(xiàn)在兩層厚層灰?guī)r分界面位置小溶洞極為發(fā)育。雷達(dá)圖像顯示有兩個(gè)明顯的平行反射同相軸，該同相軸略緩傾，且傾角與實(shí)測(cè)巖層沿隧道縱斷面視傾角一致。與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況結(jié)合分析，認(rèn)為此同相軸為厚層灰?guī)r的巖層面反射所形成。界面反射同相軸以下局部有較強(qiáng)孤立反射，每一孤立反射處反射波以雜亂大振幅反射為主，反射略呈開(kāi)口向下的拋物線，X 形交叉回波較發(fā)育，具有小型空溶洞反射特征。推測(cè)沿兩層灰?guī)r分界面有連珠狀小型溶洞或溶槽發(fā)育，且溶洞(槽)主要發(fā)育在下伏巖層頂部，這與巖溶發(fā)育的規(guī)律是吻合的，也與掌子面開(kāi)挖情況一致。

某涵洞基底物探雷達(dá)圖像，涵洞基底主要為三疊系中厚層灰?guī)r，巖層緩傾，順涵洞軸向有豎向節(jié)理發(fā)育，沿節(jié)理有溶蝕現(xiàn)象，本圖像即為沿該節(jié)理走向測(cè)線探測(cè)結(jié)果。圖像顯示探測(cè)范圍內(nèi)7.5 m 有異常反射，反射波以中高頻為主，反射極強(qiáng)，疊加干涉現(xiàn)象嚴(yán)重(振幅增強(qiáng)、波組難以區(qū)分)，多次波明顯(強(qiáng)反射區(qū)域拖尾嚴(yán)重)，具有明顯的空洞反射特征。推縱向0 ～3 m，深度7.5 ～10.5 m 有溶洞發(fā)育，溶洞頂部埋深7.5 m，縱向?qū)挻笥?.0 m，底板埋深約17 m，無(wú)充填物;縱向9 ～18 m，縱深9 ～10 m 范圍有異常反射，反射波以中高頻為主，反射極強(qiáng)，有空洞反射特征。推測(cè)該處有溶洞發(fā)育，溶洞頂板埋深9 m，溶洞縱向?qū)? m，高約3.0 m，無(wú)充填物。該溶洞后經(jīng)鉆探證實(shí)存在。

3 結(jié) 論

采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道巖溶探測(cè)是有效可行的，合理的解譯是地質(zhì)雷達(dá)物探的關(guān)鍵。筆者通過(guò)多個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一些具有代表性的巖溶形態(tài)地質(zhì)雷達(dá)反射特征和探測(cè)結(jié)果解譯技巧，在類似工作中可以作為參考:

(1)雷達(dá)圖像的解譯必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況進(jìn)行，并宜在地質(zhì)推斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行解譯，切不可就圖論圖。巖溶的發(fā)育不僅和巖性有關(guān)，其受地質(zhì)構(gòu)造的控制也十分明顯，結(jié)合地質(zhì)情況分析進(jìn)行解譯往往更合理;

(2)異常反射特征受雷達(dá)時(shí)間剖面圖像縱(時(shí)間)橫(測(cè)線)比例、地面測(cè)線起伏的影響很大，須將探測(cè)圖像的縱橫比列調(diào)成一致并進(jìn)行地形校正后再進(jìn)行解譯;

(3)高頻成分豐富、反射極強(qiáng)、多次波發(fā)育、干涉明顯一般是空溶洞反射特征。常見(jiàn)地質(zhì)體反射中，空洞反射是最強(qiáng)的;

(4)低頻、反射強(qiáng)烈、同相軸明顯但不連續(xù)、疊加干涉明顯、雜亂無(wú)章一般是充填型大型溶洞的反射特征;

(5)小型溶洞反射圖像有較明顯同向軸，且有孤立體反射特征，即開(kāi)口向下拋物線型同相軸，但具有一定規(guī)模的大溶洞無(wú)此特征;

(6)連續(xù)分布的小型溶洞反射相互疊加，容易產(chǎn)生X 型交叉的同相軸;

(7)碳酸巖的巖層分界面附近往往具有較大電性差異，層面處可能出現(xiàn)很強(qiáng)的反射，在進(jìn)行解譯時(shí)應(yīng)加以注意。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是，由于物探結(jié)果的多解性，雷達(dá)物探結(jié)果需要采用鉆探或開(kāi)挖驗(yàn)證加以核實(shí)后才可使用;另外，本文所列工程實(shí)例還不足以囊括所有巖溶形態(tài)的地質(zhì)雷達(dá)的反射特征，有待進(jìn)一步通過(guò)實(shí)踐或模型試驗(yàn)加以完善和補(bǔ)充。

［1］舒志樂(lè).隧道襯砌內(nèi)空洞探地雷達(dá)探測(cè)正反演研究［J］. 重慶大學(xué)，2010.

［2］吳文榮，丁文其，戎凱，等.地質(zhì)雷達(dá)在探測(cè)隧道中小煤窯中的應(yīng)用［J］.第八屆全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)論文集，2008.

［3］蘭樟松，張虎生，張炎孫，孫文才.淺淡地質(zhì)雷達(dá)在工程勘察中的干擾因素及圖像特征［J］.物探與化探.2000年05 期.