關(guān)鍵詞：物探；巖溶；勘察 

0前言 

工程建設(shè)中時(shí)常遇到土洞、巖溶等不良地質(zhì)情況，快速準(zhǔn)確地查明不良地質(zhì)分布狀況是經(jīng)常需要解決的問題。鉆探手段速度慢、僅能提供點(diǎn)上的數(shù)據(jù)等特點(diǎn)決定了其在巖溶勘察中具有一定的局限性，物探技術(shù)速度快、造價(jià)低，能提供線面的數(shù)據(jù)，因此在場地巖溶勘察中應(yīng)用廣泛。每一種物探手段都有其適用性和局限性，都存在應(yīng)用前提條件和多解性，測試者、環(huán)境和測試數(shù)據(jù)判讀都會(huì)影響結(jié)果。采用多種物探手段互相佐證，能夠有效快速地對(duì)場地進(jìn)行勘察。本文利用粘性土、灰?guī)r及巖溶裂隙帶之間有較大的電阻率、彈性波速度和電磁波速度差異，采用瑞雷波法、高密度映像法和井間電磁波ct法相結(jié)合，對(duì)建設(shè)場地的擾動(dòng)土體分布、巖溶分布、巖溶裂隙帶分布及構(gòu)造、第四系覆蓋層厚度等進(jìn)行了勘察，結(jié)果表明在場地巖溶勘察中多種物探技術(shù)聯(lián)合使用是值得推廣應(yīng)用的一種方法。 

某工程位于城市中心區(qū)，場地第四系覆蓋層厚度不均，下伏基巖為可溶性碳酸鹽巖，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，臨近斷裂帶，場地具有巖溶地面塌陷發(fā)生的條件。為查明場地地下巖溶發(fā)育情況、分布特征，第四系覆蓋層性質(zhì)、分布等特點(diǎn)，分別采用了瑞雷波方法、高密度地震映像方法及井間ct技術(shù)進(jìn)行探測。 

1瑞雷波法 

1.1 測試參數(shù) 

工程中采用sws-3型多波列數(shù)字圖像工程勘探與工程檢測儀進(jìn)行瑞雷波測試，測試采用4hz檢波器；重錘錘重50kg，落距1.7m；單端激發(fā)；采樣點(diǎn)數(shù)1024點(diǎn)，采樣時(shí)間0.5～1.0ms，炮檢距20m；24道，道距2m；共14線、43個(gè)排列。 

1.2 數(shù)據(jù)處理 

瑞雷波勘探數(shù)據(jù)處理時(shí)，將檢測儀野外采集的原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，采用配套的瑞雷波處理軟件處理，處理流程大致為三步：第一步面波原始資料編輯，第二步面波提取與頻散分析處理，第三步形成等速度剖面。 

1.3 地質(zhì)解譯 

瑞雷波勘探按瑞雷波在地層表面?zhèn)鞑ニ俣鹊淖兓�進(jìn)行地質(zhì)解釋，通常情況下，不同的地層具有可分辨的波速差異。當(dāng)正常地層受擾動(dòng)后（如土體擾動(dòng)、巖溶塌陷、采空區(qū)等），土體密實(shí)度會(huì)大大降低，相應(yīng)的瑞雷波波速也顯著降低，在瑞雷波等速度剖面中會(huì)表現(xiàn)為低速體或低速條帶，因此根據(jù)低速體或低速條帶的分布可以判斷出受擾動(dòng)土體的分布。土體與巖體的密實(shí)度差異明顯，瑞雷波在土巖接觸面會(huì)有明顯的速度差異，因此在等速度剖面中可以根據(jù)速度突變位置判斷基巖面深度及基巖分布。 

1.4 工程應(yīng)用 

圖1為一條測線的瑞雷波等速度剖面圖，整體上瑞雷波波速沿垂向向下逐漸增加，波速等速度沿水平方向展布，由于擾動(dòng)土體的存在，圖中存在低速帶或低速體。在土層埋深12.0～15.0m處土層正常波速應(yīng)為260.0～300.0m/s左右，由于土體受到地下水滲透沖刷影響，細(xì)顆粒物質(zhì)被帶走，擾動(dòng)土體密實(shí)度降低，瑞雷波速度降低到220m/s左右，在等波速圖上表現(xiàn)為高速帶中夾有低速帶或低速體。瑞雷波等波速剖面結(jié)合鉆探成果，可以判定波速值vr在450～500m/s時(shí)為基巖面，從圖1中可見波速450～500m/s條帶埋深發(fā)生了突變，最大高差達(dá)到25.0m左右，說明基巖在此處可能存在構(gòu)造帶，使巖層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致第四系土層厚度變化。 

圖1 瑞雷波等速度剖面圖 

2高密度地震映像法 

2.1 測試參數(shù) 

工程采用sws-3型多波列數(shù)字圖像工程勘探與工程檢測儀進(jìn)行高密度地震映像測試，共布設(shè)高密度地震映像測線16線，計(jì)1718道，共1718m。 

2.2 數(shù)據(jù)處理 

高密度地震映像勘探資料處理：高密度地震映像數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行壓縮、拼接和濾波處理后即可得到。 

先對(duì)原始資料進(jìn)行全面檢查、復(fù)核，同時(shí)進(jìn)行地形改正、正演、反演計(jì)算。采用軟件自動(dòng)擬合地下二維電阻率模型，通過不斷地調(diào)整初始模型參數(shù)使正演曲線與實(shí)際曲線的差值達(dá)到最小，通過反演得到的模型電阻率比視電阻率更接近實(shí)際，對(duì)實(shí)際地電斷面的解釋也比較直觀。根據(jù)地電條件、裝置類型以及正演模擬結(jié)果的分析，有針對(duì)性的進(jìn)行高通或低通濾波處理，消除或減小表層干擾和極距變化引起的振蕩干擾，最終得到反映波動(dòng)場特征的映像圖[2]。 

2.3 地質(zhì)解譯 

高密度地震映像利用波的衰減、波形分叉、波的干涉等信息，以等偏移距的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的連續(xù)掃描。當(dāng)?shù)谒南档貙铀�平展布時(shí)，高密度映像上表現(xiàn)為同相軸的水平展布；地層的尖滅（或分叉）表現(xiàn)為同相軸的尖滅（或分叉）；基巖面為同相軸突變至難以辨別處。當(dāng)正常地層或基巖受擾動(dòng)后，映像圖上將出現(xiàn)相應(yīng)的異常形態(tài)，如同相軸中斷、扭曲以及繞射弧、眼狀映像等。 

2.4 應(yīng)用 

根據(jù)高密度映像圖的地質(zhì)解譯：同相軸突變至難以分辨的位置為基巖面，在圖2中白色條帶所示位置為土層與基巖接觸面�？梢娡翈r接觸面上部第四系埋深發(fā)生了明顯變化，第四系底板兩側(cè)埋深高差達(dá)5～20m，說明此處存在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的錯(cuò)動(dòng)。從圖中可以判斷出斷層為正斷層，走向大致北東。 

詳細(xì)分析圖2中可看出整個(gè)場地第四系地層基本正常，基巖內(nèi)無大規(guī)模無充填物的溶洞，基巖內(nèi)可能分布有小規(guī)模有充填物的溶洞，但由于其規(guī)模小且物性差異不大，故在高密度映像圖及等速度剖面圖中不明顯。 

圖2 高密度映像圖 

3井間ct法 

根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，依照電磁波在地下有耗介質(zhì)中傳播規(guī)律及一定的物理和數(shù)學(xué)關(guān)系反演透視剖面上的物理參數(shù)的分布，最后以圖像的形式表現(xiàn)出來。由于它與醫(yī)學(xué)上的“ct”在理論、方法及成像上都十分相似，故稱為“井間ct”。 

3.1 測試參數(shù) 

采用jwq-3a型電磁波ct系統(tǒng)進(jìn)行了井間ct測試，主要技術(shù)指標(biāo)為：工作頻率在0.5～32mhz之間、發(fā)射機(jī)脈沖輸出功率大于10w、接收機(jī)測量范圍0.2µv～30mv、接收機(jī)測量誤差不大于±3db。實(shí)際工作中工作頻率為8mhz，接收天線為2.5m鞭狀天線、發(fā)射天線為單邊長2.5m偶極天線。 

3.2 數(shù)據(jù)處理 

野外原始數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后進(jìn)行全面檢查，然后利用專門的解釋系統(tǒng)軟件采用聯(lián)合反演相對(duì)衰減層析成像法進(jìn)行處理。 

3.3地質(zhì)解譯 

電磁波井間ct（電磁波層析成像）勘探是利用電磁波穿透鉆孔間的地質(zhì)體，根據(jù)接收到的場強(qiáng)大小變化，來確定地下不同介質(zhì)分布的一種地下地球物理勘查方法。當(dāng)電磁波穿越不同的地下介質(zhì)(如各種不同的巖石、礦體及溶洞、破碎帶等)時(shí),由于不同介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收(β)存在差異,如空洞、破碎帶等的吸收系數(shù)(βs)比其圍巖的吸收系數(shù)(βo)要大得多，因此在溶洞、破碎帶的背后的場強(qiáng)也就小得多，從而呈現(xiàn)負(fù)異常，利用這種差異可以推斷目標(biāo)地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)和形狀。 

3.4工程應(yīng)用 

圖3為工程鉆孔07#、08#間ct成像剖面圖，剖面中視吸收系數(shù)βs在0.8～2.8db/m之間，根據(jù)介質(zhì)的吸收系數(shù)βs值強(qiáng)弱可分為三個(gè)物性等級(jí)，βs值在0.8～2.2db/m之間時(shí)，地層應(yīng)為巖溶弱發(fā)育或微弱發(fā)育帶（基巖完整帶）；βs值在2.2～2.5db/m之間時(shí)地層應(yīng)為基巖破碎巖溶裂隙發(fā)育帶；βs值在2.5db/m以上時(shí)地層應(yīng)為溶洞、巖溶裂隙發(fā)育帶，據(jù)此可以斷定剖面中溶洞、巖溶裂隙發(fā)育帶。圖中單斜杠部分表示基巖破碎和巖溶發(fā)育帶，可見在兩孔間基巖破碎較為嚴(yán)重，巖溶裂隙發(fā)育強(qiáng)烈。圖中交叉斜杠部分表示溶洞，可見在基巖中有大小不等的溶洞存在，但溶洞規(guī)模都比較小，且分布比較分散。 

 

圖3井間ct成像剖面圖 

4結(jié)語 

隨著物理探測技術(shù)的不斷進(jìn)步，物探儀器性能的不斷提高，人們使用物探手段經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，物探技術(shù)在場地巖溶勘察中的先進(jìn)性和特點(diǎn)會(huì)更突出。針對(duì)地質(zhì)體物理特性不同，聯(lián)合運(yùn)用多種物理探測技術(shù)，相互進(jìn)行補(bǔ)充、相互佐證，對(duì)比解譯測試數(shù)據(jù)，探測土層與基巖狀態(tài)、性質(zhì)、分布，查找?guī)r溶發(fā)育地帶、巖溶破碎帶等不良地質(zhì)體是一種值得工程師使用和推廣的方法。 

參考文獻(xiàn) 

[1]劉云禎.工程物探新技術(shù)[m].北京：地質(zhì)出版社,2006 

[2]章建祿,周群慧,趙竹占.應(yīng)用物探方法探測建筑場地的巖溶[j].巖土工程界,2009,vol12.no 4 

第一作者簡介： 

王林，1975年生，工程師，主要從事巖土工程勘察、設(shè)計(jì)等。 

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以pdf形式查看。