综合物探技术在岩溶勘察中的应用

综合物探技术在岩溶勘察中的应用

发表时间：2019-08-26T14:54:36.933Z 来源：《建筑模拟》2019年第28期作者：谢文科[导读] 本文首先阐述了岩溶勘察的地球物理特征，接着分析了综合物探工作方法及原理，最后对物探成果及分析进行了探讨。希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。

谢文科

浙江有色地球物理技术应用研究院有限公司浙江省绍兴市 312000摘要：本文首先阐述了岩溶勘察的地球物理特征，接着分析了综合物探工作方法及原理，最后对物探成果及分析进行了探讨。希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。

关键词：综合物探技术；岩溶勘察；应用引言：

岩溶是灰岩地区较为典型的不良地质结构，它往往给基础工程的勘察和施工安全带来极大的隐患，甚至危及上部建筑的工程安全。利用综合物探方法从不同的地球物理特征场对地下介质体提供可靠的有效信息，从而勘察出岩溶的分布范围、埋藏深度和发育情况等。

1 岩溶勘察的地球物理特征

1.1 电磁场异常

完整岩体电阻率一般较高，岩溶为不同物质充填时，电阻率会发生变化。当溶洞为空气充填，则充填体较围岩呈现高电阻率；当溶洞为地下水或沉积物充填，则充填体较围岩呈觋低电阻率。利用充填体与围岩电磁场的差异，可以圈定岩溶发育范围。

1.2 弹性波场异常

岩溶与围岩的波阻抗存在明显差异，导致弹性波在岩层中传播速度发生变化，岩体中裂隙、空洞会使弹性波的传播方向发生改变。弹性波在致密完整岩体中传播速度大，能量损失小，信噪比高；当岩溶充填水体、空气、沉积物时，传播速度减小，能量吸收增加，形成各种低频杂乱信号，是岩溶发育的判定标志。

1.3 重力场异常

地层岩溶发育使得部分岩体为地下水溶解，岩溶空间为不同介质（水、空气、沉积物）充填，形成低密度区，发生质量亏损。空气充填岩溶体时，质量亏损最大；水体或沉积物充填时，可一定程度补偿岩溶造成的质量亏损。可用重力计对岩溶与围岩的重力差异进行测量，实现岩溶的识别和定位。

2 综合物探工作方法及原理

2.1 地质雷达法

地质雷达是利用广谱电磁波技术确定地下介质分布情况。在雷达主机控制下，脉冲源产生周期性的毫微秒信号，由地质雷达系统中的窄脉冲发射源通过发射天线向地下发射高频宽频域单脉冲，该地下脉冲在向探测物体内部传播过程中，遇到不同电性介质界面产生不同强度的反射，产生反射信号。位于地面上的接收天线在接收到地下回波后，直接传输到接收机，信号在接收机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷达主机，经处理后，传输到微机。在微机中对信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平图、灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来，再经数据处理，用来判断地下目标的深度、大小和方位等特性参数。

2.2 高密度电阻率法

高密度电阻率法的理论基础是静电场理论。它是基于在地面下供垂向电测深点与电测剖面两个基本原理的基础上，在同一条多芯电缆上布置了64个电极，通过计算机硬软件的有机控制供电极和测量电极，自动组成多个垂向测深点，通过不同电极排列装置的控制程序实现了自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动成图成像的全过程。探测目标体和周围介质存在明显的电阻率差异是高密度电法的物理前提。通过分析地层中的土洞、岩溶的地球物理特征，不难发现，地层中的土洞、岩溶与围岩在电性上普遍存在差异：相对背景而言，或为明显的高阻异常（如被空气充填的空洞灰岩体）或为明显的低阻（被低阻物所填充，如水和淤泥充填的岩溶洞），如果采空区大小相对埋深具有一定的规模，就容易被发现。但由于其平均效应大，在确定异常体边界方面精度不高，且受表层低阻干扰严重，在工程勘察中，一般需要其他高精度物探方法的辅助。

2.3 钻孔电视成像

钻孔电视成像是通过用电视摄像机沿钻孔扫描，所扫描的图像和视频实时传递到成像处理系统，在地面的笔记本屏幕上实时监视钻孔内地质情况变化的一种方法；所扫描的图像通过软件处理可生成岩芯图片。利用井下电视可以准确观察钻孔内的岩性、裂隙、节理、岩溶发育等情况；也可以发现被钻探遗漏的薄层、夹层、以补充其不足。井下电视与普通的工业监视电视是一样的，只是其摄像部分体积较小，能放入井中，有小巧的照明光源和足够的耐压与绝缘性能，以免井水压力与潮湿的影响。井下电视是感光的，只能在清水孔中应用，对于泥浆钻孔则要使用井下声波电视。工程为了确保工程质量和进度，采用了潜孔锤与钻孔电视成像RSM-DCT（W）相结合的方法；并针对其他有岩溶发育的清水钻钻孔进行钻孔电视成像观察孔内岩溶发育情况，为本工程勘察做了实时有效的补充。处理软件则采用设备配套的DCTA钻孔电视图像处理软件。

3 物探成果及分析

该部分以锅炉区域GL1测线的岩溶探测为例。该测线采用物探与钻探相结合的方法，场地内地面起伏相对较小，存在陡坎，第四系覆盖层较薄，且分布不匀，局部基岩（灰岩）出露。该区域是地下水垂直循环与水平循环较活跃地带，同时该区域岩石存在岩性接触带，为岩溶的形成提供了较有利的水文地质条件。

3.1 高密度电法探测成果分析 GL1测线长245m，电极间距为5m，测线采用斯伦贝谢和温纳2种装置分别进行探测。采用瑞典RES2DINV软件进行反演。图1为GL1测线高密度斯伦贝谢反演成果示意。

图1 GL1测线高密度反演成果示意（斯伦贝谢装置）

由高密度反演成果可知，2种装置反演成果基本一致。GL1测线的156～163m附近，存在溶洞发育，深度约4～10m；测线196～214m附近亦存在岩溶发育，深度约2～14m。经钻孔S251验证，此处溶洞发育为4～11m，与高密度电法反演结果基本相符。测线200m处超出了工程实用区域，故未进行钻孔验证。通过对比2种装置的反演成果图可发现，由于斯伦贝谢采集的数据量较多，斯伦贝谢装置的反演深度略大于温纳装置，且局部细节略优于温纳装置。

3.2钻孔电视成像

工程采用了履带式潜孔锤结合RSM-DCT（W）钻孔电视成像进行勘察，给工程带来了较多的方便。钻孔电视成像直观测孔内地下介质。钻孔电视成像通过平板电脑控制RSM-DCT（W）钻孔成像仪进行采集图像和视频录像，利用平板电脑的高分辩率显示和高亮度等特点，完美解决现场观测受强光和环境影响问题，可直观了解孔内地质情况。由通过钻孔电视成像可准确判断孔内的岩溶发育的深度，乃至清晰的观测到孔壁的纹理和溶隙等细节。但在孔壁为粘土质的情况下，由于潜孔锤吹出的岩粉附着在孔壁上，视觉上会给岩性的直观判断造成较强烈的干扰。

结束语：

在岩土工程勘察中，首选的勘探方法为钻探技术。然而在岩溶发育地区，仅仅通过钻探查明隐伏岩溶发育情况是一大难题，因此，只能寻求于综合勘察手段，有效利用综合物探方法与钻探相结合，对岩溶进行立体勘探，解决一些普通方法无法解决的问题，从而为岩溶发育场地稳定性的科学划分提供基础资料。

参考文献：

[1]许波.综合物探方法在岩溶区勘察中的应用[J].四川水泥.2018（12）

[8]曹伟.浅谈综合物探方法在岩溶勘查中的应用[J].世界有色金属.2017（09）