淺談物探方法在巖溶中的應用

吳燦燦　曹　靜　王　芳　張功瑾　李　雪

[摘要]巖溶發育地區受巖性、構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,且巖溶發育,形態多樣,分布無規律,局部呈多層分布。因此不能簡單的進行局部勘探,要針對補給區、徑流區、排泄區不同的危害特點采用多種手段,系統地綜合勘察研究,才能對巖溶危害給予正確的分析和評價,從而達到防治目的。

[關鍵詞]物探方法 巖溶 防治

中圖分類號:TB4文獻標識碼:A文章編號: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和物理作用產生溝槽、裂隙和空洞,以及由于空洞頂板塌落從而使地表產生陷穴、洼地等現象和作用的總稱。巖溶地下水徑流區的巖溶主要以較為集中的地下水平溶洞、暗河為主,局部匯水補給地段有垂向落水洞和溶隙發育,并且地下溶洞相連。有土層覆蓋區,接觸帶土體通過潛蝕或滲壓作用易形成土洞。一般主干溶洞、暗河多呈水平發育,發育較深,一般不易對地面工程構成危害,但對于大型地下工程,如水電站、地下廠房等也會構成為害。在砂巖與石灰巖分布接觸地帶,巖性種類較多,分布不均勻,巖體差異風化作用強烈,巖石抗壓強度值差異變化大,樁基施工難度增大,對地基基礎施工產生不利影響。覆蓋型落水洞和土洞對地下工程施工或地面建筑物及水庫工程均會構成危害,主要表現為塌陷和漏失等。

二、巖溶的勘探

巖溶地區工程勘察必須根據不同地段巖溶地質危害特點、類型,結合工程特點選擇勘察手段和方法,合理布置工作量,確定研究范圍,有針對性地進行勘察和研究。根據工作目的與現場的工程地球物理條件,可以從直流電阻率測深法、地震映像法、探底雷達等方法進行多種地球物理探測。

(一)直流電法

直流電法中的直流電阻率測深法(簡稱電測深法)的主要目的是探明目標區域的覆蓋層厚度,巖溶洞穴發育情況及其它不良地質體等。但是一般情況下我們會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量,而且還主要是它是一種集電測深與電剖面法于一體的勘探方法,既可以觀測地下一定深度范圍內橫向電性變化情況,同時還可以觀測垂向電性的變化特征,與其它電法相比具有明顯的優勢。高密度電法勘探資料解釋、推斷資料經室內資料處理后,整理形成視電阻率擬斷面圖、反演擬斷面圖和部分測點的視電阻率測深類型曲線。 然后從這些斷面圖中結合電性性質分析勘探體積范圍內的巖溶情況。

(二)地震映像

地震映像的主要目的是了解水面范圍內的地層分層情況,以利于提高電測深資料的分析與解釋。地震映像野外采集類似于單點反射波法,根據現場采集得到的連續時間剖面進行綜合分析,大致了解測區內地震波同相軸與地層的對應關系以及地層埋深的變化情況,對采集的數據進行處理和分析,再將處理后的各層反射波同相軸經過數據處理成時間速度剖面圖。

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

(三)探地雷達法

探地雷達是利用高頻電磁脈沖波的反射來探測目標體的,它通過發射天線向地下或目標體發射高頻寬頻帶短脈沖電磁波,經過地下地層界面或目標體的表面反射后返回地面,為接收天線所接收。電磁波在介質中傳播時,其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過的介質電磁性質及目標體的幾何形態變化而變化。因此,根據接收到波的旅行時間、波幅與波形等信息,即可探測地下介質或目標體的結構、構造以及目標體的埋藏深度等。探地雷達的觀測方法主要采用剖面法,即雷達主機由人抱持,發射(T)和接收(R)天線緊貼地面,且垂直于測線方向放置,并沿測線方向等間距地向前移動。雷達實時記錄地層各反射界面的反射回波,匯集不同測點的回波記錄,就形成了一條回波反射時間剖面。經后期處理分析和解釋,就可以獲得地層結構特征和巖溶地質異常信息。探地雷達接收到的信號通過模數轉換處理后送到計算機,經過濾波、增益恢復等一系列數據處理后形成雷達探測圖像,即雷達探測剖面。雷達探測剖面是雷達資料解釋的基礎圖件,只要目標體與周邊介質存在電性差異(波阻抗差異),就可以在雷達圖像剖面中反映出來,通過波形對比、波阻追蹤就可以測定目標體的反射波旅行時間t(ns)。

三、結束語

在隱伏基巖為灰巖以及白云巖等可溶性巖石的地區,溶蝕破碎帶是一種較為常見的地質異常,對工程結構的穩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出巖溶的一些地質信息,從而避免不必要的經濟和人身安全上的損失。

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作者簡介:

吳燦燦(1987-),男,中國礦業大學在讀本科生。