綜合物探方法在巖溶區勘察中的應用

許波

（中設設計集團股份有限公司 210014）

0 前言

1.1 工程概況

白石窯水利樞紐位于廣東省韶關市、清遠市，是北江干流韶關以下已建成的四座樞紐之一，竣工于1999年，白石窯電站屬于徑流式電站。白石窯樞紐重建一線船閘、新建二線船閘均為三級船閘，可通行1000t級船舶，重建一線船閘有效尺度為140×23×4.5（m），新建二線船閘有效尺度為220×23×4.5（m）。

北江干流自北東向南西較順直地流經本區，形成寬闊的縱向巖溶河谷，工程區為一級沖積堆積階地，項目區巖溶發育。

1.2 地質背景

工程區附近的地貌形態為峰林谷地，宏觀上為英德巖溶盆地的一部分，巖溶作用已經進入晚期階段。在河谷兩側條形山體及孤峰處展現裸露型巖溶，其余均為第四系沉積物覆蓋的覆蓋型巖溶，工程區范圍內的巖溶為覆蓋型巖溶，以分布在河床及階地以下為主，其形態有溶溝、溶槽、溶隙，高角度串珠狀溶洞和斷層溶蝕帶以及較深處的管道型溶洞。根據前期資料，一線船閘的巖溶鉆孔遇洞率88.2%，平均線巖溶率32.9%，本工程區屬于強巖溶區，工程區巖溶發育雖強烈，但其充填較好，連通性較差，無大的管道型滲漏，滲漏形式多為洞隙式或溶隙式。

1 物探方法

1.1 高密度電法測試

高密度直流電阻率法實際上屬直流電阻率法，基本原理與傳統普通直流電阻率法相同，不同的是它的裝置是一種組合式剖面裝置。它們都是以地下介質（巖層）的導電性差異為基礎的一種物探方法。地下各種介質在施加人工電場作用下，由于介質的電性差異導致地下傳導的電流分布也存在差異，用視電阻率來反應出這種電性差異性分布。在一定的供電和測量電極排列方式下，通過供電電極供電，測量電極測量出電極之間的電位差，再通過數學公式計算出視電阻率，然后通過對視電阻率的分布規律進行分析來尋找地質目標體。由于它提供的數據量大，信息多，并有觀測精度高，速度快和探測深度較大等特點。

圖1.某剖面高密度電法地質解釋圖

1.2 電磁波CT法

電磁波CT法是利用無線電波（工作頻率0.5～32MHz）在兩個鉆孔中分別發射和接收，根據不同位置上接收的場強的大小，來確定地下不同介質分布的一種地下地球物理勘查方法，也稱井中無線電波透視法。

電磁波CT法涉及電磁波在地下有耗空間的輻射、傳播和接收，其正反演問題的理論基礎是電磁場理論和天線理論。

1.3 智能孔內電視成像

智能孔內電視成像系統，它摒棄了視頻采集卡，控制器、筆記本電腦與探頭結合的系統結構模式，而采用先進的 DSP圖像采集與處理技術，系統高度集成，探頭全景攝像，剖面實時自動提取，圖像清晰逼真。具有全數字化、高集成性、高智能性、高精度、高清晰度及圖像輸出模式靈活等特點。

圖2. 電磁波CT成果圖

野外工作時，首先應正確連接儀器主機、計數器與探頭間數據線，根據孔徑大小安裝相應探頭扶正器，在孔口進行深度對零設置；然后，開機設置孔號、孔徑以及深度計數脈沖脈寬，設置完成后進行鉆孔成像工作。圖像采集過程中應時刻關注成像質量，根據孔壁情況及時調整探頭燈光亮度等，以保證獲得最好圖像成果。同時，根據孔壁巖體完整情況及時預判將要出現的卡孔等現象，及時避免險情的發生。

圖3.智能電視成像成果圖

1.4 井液電阻率

此方法是利用井液電阻計測出鉆孔中井液在不同深度和不同時間的電阻率值，常用擴散法、提澇法(提水法)、注入法(擠壓法)三種方法。本次采用擴散法，使用微電極系進行井液測量。是采用微電極系測井法進行。經試驗后選用A 0.025 M 0.025電極系。為了能防止井壁及周圍巖層對其測量結果的影響，同時又能使井內液體流過，用一管子將微電極系固定于中間，使之測量到的是孔內井液真電阻率。管子為非密封的，井液體可順利流過。測試時，采用由上至下點測進行，測點距一般為0.5m，遇到數據有突變時，點距加密到0.2 m。

圖4.井液電阻率測試曲線圖

1.5 剪切波測試

剪切波測試廣泛應用于地基、路基與基礎工程檢測。根據該工區巖土體條件及相關規范要求，采用單孔波速測試法。現場連接好電腦、主機與檢波器，激震木板下安裝觸發開關，三分量檢波器放入孔內，采取由下向上的測試方法。通過大錘敲擊激震木板兩端，可產生兩個相位相反的 S波，放置于孔內的三分量檢波器可捕獲相應波速曲線，通過軟件計算獲得剪切波的旅行時差ΔT及距離差值ΔL，即可用于計算相關巖土體的波速值。

2 綜合物探方法的意義、解譯與驗證

2.1 綜合物探方法的意義

通過高密度電法，首先對場區巖溶分布情況進行了初步摸查，確定了巖溶發育的分布范圍，在后期勘探工作量布置時可以給出較好的指導意義。

通過電磁波CT法，對場區鉆孔間的巖溶分布情況進行了進一步摸查，在后期施工開挖提供了較強的地質依據。

通過智能孔內電視成像，成果圖像清晰，圖像顯示的地層巖性主要為灰色中厚層灰巖、角礫狀灰巖，局部見白云質灰巖，區內裂隙較發育，以順層裂隙為主，沿裂面多見溶蝕現象；通過對孔內巖溶分布情況及巖層完整性情況摸查，可以進一步查明巖溶的分布規律及特征。

通過井液電阻率與礦化度的對應關系的換算就能計算出各含水層的滲透速度，并與鉆孔內水文試驗進行對比分析。

通過剪切波測試，并根據相關規范對場地類別的劃分。

2.2 解譯與驗證

綜合物探所采用的高密度電法、電磁波CT法、智能孔內電視成像、剪切波測試及井液電阻率等物探方法，由于適合測區的地質與地球物理條件，加之有大量可靠鉆孔資料作為建模解釋有利條件，本次物探成果可以滿足工程建設的要求。

本次勘察通過綜合物探方法結合鉆探、試驗，高密度電法從區域性上初步摸查巖溶分布情況，后期鉆探過程中基本得到驗證；井液電阻率、智能電視成像、電磁波CT相互驗證巖溶發育情況、巖層的節理裂隙發育情況；綜合物探、鉆探、試驗成果在施工開挖過程中得到進一步的驗證。

3 小結

3.1 文中所采用的綜合物探方法是對傳統單一鉆探的勘察方法的補充，經過本次勘察的實際應用，取得了較好的效果。

3.2 本文所作的綜合物探工作是在巖溶強發育區，在類似地質條件區根據工程可以借鑒使用。