綜合物探方法技術在巖溶塌陷防治工程中的應用

周 俊

（安徽省地礦局321 地質隊，安徽 銅陵 244033）

巖溶是一種特殊性地質現象，常見于灰巖地區，巖溶塌陷是一種較為嚴重的地質災害問題。某村坐落于灰巖區段內，發生多次塌陷事件，致使田地陷落，房屋失穩，嚴重危及居民生活與生命安全，防治工程成為保障民生效應的關鍵措施。防治工程規劃期間，物探方法具有良好的勘察能力，為防治工程提供了多重助益。

1 物探方法

1.1 地質概況

勘察區巖性以黏土、粉細砂為主，區域電阻率控制在40Ω·m，其厚度在10m左右，下伏基巖以灰巖為主，白云巖為輔，電阻率數值較高，測定范圍為[100，20000]，Ω·m。下伏基巖地層周邊及內在區域所含有的溶蝕區，當水滲入時，電阻率呈現下滑趨勢，趨近于連導物體，電阻率數值不足10Ω，區別于圍巖電阻率，電性特征為高阻對低阻的包圍圈，此時借助物探法實施塌陷測量。電法勘探產生的體積效應，對圍巖淺層提供了物性探測基礎。然而電法勘探對淺表局部異常所具有的測量效應靈敏度不高，地質雷達擁有的分辨率較高，兩者功能上具有互補性。地質雷達在測定熔巖參數時，實現了多重指數的判斷，具體包括：地層巖性間距與孔隙度、巖石顆粒直徑、巖石排列方式等，測定方法為：向地下巖層釋放脈沖電磁波，以輻射、散射、反射三種形式，將電磁波攜帶至地下巖層，借助電磁參數逐一確定各項指數。為此，物探法用于巖層探測，探測數據的精準性，應用效果良好[1]。

1.2 物探方法概述

物探方法，作為一種間接式測定技術，借助物理學理論與相關儀器，獲取已知巖礦石相關參數與發展規律，依據已存在的物性規律相關內容，解析實際觀測數據的真實含義，將物探資料，比如物性剖面、斷面等圖片，稱之為地質物探成果。其中物探方法中，有兩個應用思路，即正式演變與反式演變。在確定巖性的物理特性時，將資料轉化為巖層物性，繼而繪制成曲線，具有反式推演的效果。反式演變指的是在依據曲線與物性之間的關系，反向推演巖層物性。

2 防治工程中物探方法技術的應用

2.1 電阻率法

電阻率物探方法，是將電阻率探測、剖面探測兩者方式相融合的物探電法，采取的布極方式為一次性，采樣方式為密集式，以此減少熔巖觀測數據具有的誤差性，同時可采集基數較大的巖溶數據。探測器：規格為DUK-2 型，供貨商位于重慶，此類型探測器屬于高密度電阻率；極距為3m；隔離系數取值為[1，24]；電極數取值范圍為[1，120]。此種規格的物探設備具有多重應用優勢，具體表現為分辨率高、測量數據時間短，室內開展數據處理時，借助反演理論，開展二維電阻率的反演分析流程，以此分析圍巖物性。

2.2 雷達法

雷達測定方法，依賴的測定原理為：電磁波對多重介質，產生的反射程度具有差異性，應用特制天線，將短脈沖電磁波發射至地面，再借助接收天線反射回程顯示的電磁波，將相關數據予以完整記錄，包括反射時長、波形狀態、頻率大小、幅度變化等，以此判定目標物所具有的外觀狀態、深度形式、介質結構等。測定儀器選擇地質雷達系統，產地為加拿大，天線系統的中心頻率規格為100MHz，記錄長度分別為300.0ns、600.0ns；采樣頻率為dt=0.8ns、1.6ns；道間長度為dx=0.25m；天線長度為L=2.0m、1.0m；天線功率為f=50MHz；脈沖電壓為1000V；累加頻數設為N，數值為64。觀測數據經信號校準，采取信號增益措施，經過中值濾波處理，形成圖像。其中濾波處理方式有多種，具體表現為：平滑、中值、一維、二維等[2]。

2.3 電磁法

電磁法時借助專用天線，此種天線無須接地，將脈沖磁場發送至地面，產生一次場信號，借助相應天線，形成二次磁場信號，此二次磁場不具有穩定性。多種差異性介質在脈沖磁場作用下，產生的二次磁場信號具有差別性。瞬間轉變電磁物探方式，借助此種差異性原理，其物探測定的主要項目為：感應電動勢、電場、磁場等參數。測定儀器規格為EMRS-2B，產自西安，電源配置為48V，可充電，電流屬性為350A，脈沖發射長度數值為4ms，測定分辨率為0.1uv，穩定性不小于60db，點距為5 米。將采集回收的數據，用此設備加以處理，可獲取電阻率斷面圖資料，用于熔巖危險區分析與確定。

2.4 透射測井

圖1 物探工作材料分布圖

透射測井物探技術，測量位置選擇為相鄰井之間，放置儀器設備：震源、檢波器，在勘察區域目標周邊開啟地震波，在另一側井相應位置觀測與接收地震回傳波，并將相關數據予以記錄，獲取震波頻率數值、走勢方向、振幅變化等資料，繼而結合鉆進地質勘測數據，開展綜合式分析流程，以此判定兩井之間地質結構的相關物性，并確定空間分布方式。震源設備規格：產自湖南，檢波器為12 道串式，相鄰長度間隔為2 米，頻率取值范圍為10KHz～60KHz；采樣間距為8us，基站為24 道。

3 成果推斷

物探測量數據經處理繪制成圖，將剖面編制成六張效果圖，并以此開展解譯推演，在篇幅限制作用下，分析物探結果：從高密度電法斷面圖可知，斷面電性層分隔開3 個電性區間，近地表區間為低阻層，阻值取值范圍[20，40]，Ω·m，剖面最底層為高阻，阻值不小于120Ω·m，中間層所具有不均等厚度屬性，為中高阻層，阻值取值范圍為[40，120]Ω·m。剖面在三個區間的點位，電阻率數值較低，分別為[30，165]、[195，215]、[270，290]。

結合地質材料加以分析：電性層與電阻層相對應，剖面為3個分區，頂層距離5m 左右，測定為第四系黏土層，此層物質為砂礫石層；中間巖層厚度在[4，9]米范圍內，局部厚度較大，不小于20m，作為強、中兩級分化灰巖，處于電阻率曲線凹變位置，此區域熔巖發育良好，或可能存在地質構造；最底層為灰巖，結構完整[2]。此種物探方法深度不足，處于淺層巖性探測，探測結果精準度較高。依據剖面的地質特征，開展破碎帶推演，獲取分布圖，如圖1 所示。

4 透射測井數據分析

透射測井數據整理，如表1 所示。物探綜合測定結果，結合地質巖溶特征，參照過往治理措施與效果，此處應采取鉆孔注漿法，開展防治工程的設計。如圖1 所示，設定三個鉆孔。經探測數據整理，獲得表1 相關數據，由表1 可知：注漿完成施工時，低速區域的速度發展至秒速為[1900，2500]m 時，相對低速區的秒速為[2500，3400]m，鉆孔注漿完成時，波速獲得了顯著提升，由此說明：測定期間，松散地層波速較低的位置，存在巖溶、裂隙現象，逐漸膠結整合，并具有較好的膠結效果，以此實現防治工程的完成。由此可知，物探技術在熔巖危險區判斷期間具有良好應用，準確判定熔巖危險性位置，繼而開展有效措施加以防范，具有良好的應用效果[3]。

表 1 熔巖塌陷前后波速對比

5 結論

綜上所述，采取物探多重方式，用于探勘巖溶塌陷區域，探查方法之間具有互補與對比性質，經綜合判斷分析，有效解決了物探解譯的多重結果，并確定了塌陷區范圍。經驗證，鉆孔14，溶洞孔數量為7，洞高為[0.2，10.25]米，平均洞高度為1.43m，分布范圍為[6，15]米，由此說明，物探數據精準。