陸益?zhèn)文

巖溶是建筑、公路、鐵路等基礎設施建設的重大地質(zhì)隱患，利用地球物理方法對巖溶進行探測是巖溶地質(zhì)調(diào)查的重要手段。本文論述了綜合應用地質(zhì)雷達法、高密度電阻率法和地震映像法的物探方法對安徽池州某建筑工地進行巖溶地質(zhì)調(diào)查的工程實例。結(jié)果表明，綜合應用多種物探方法，能有效查明灰?guī)r地區(qū)巖溶的分布范圍、埋藏深度和發(fā)育情況。

巖溶是灰?guī)r地區(qū)較為典型的不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)，它往往給基礎工程的勘察和施工安全帶來極大的隱患，甚至危及上部建筑的工程安全。由于巖溶構(gòu)造本身的特殊性，以往常用的勘察手段很難查明巖溶存在的空洞形態(tài)及分布范圍。一般說來，巖溶洞穴與其圍巖之間存在較明顯的密度、速度和導電性等物理性質(zhì)的差異。因此，可利用綜合物探方法從不同的地球物理特征場對地下介質(zhì)體提供可靠的有效信息，從而調(diào)查出巖溶的分布范圍、埋藏深度和發(fā)育情況等。

工作方法及原理

1.地質(zhì)雷達法

地質(zhì)雷達是利用廣譜電磁波技術(shù)確定地下介質(zhì)分布情況。在雷達主機控制下，脈沖源產(chǎn)生周期性的毫微秒信號，由地質(zhì)雷達系統(tǒng)中的窄脈沖發(fā)射源通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻寬頻域單脈沖，該地下脈沖在向探測物體內(nèi)部傳播過程中，遇到不同電性介質(zhì)界面產(chǎn)生不同強度的反射，產(chǎn)生反射信號。位于地面上的接收天線在接收到地下回波后，直接傳輸?shù)浇邮諜C，信號在接收機經(jīng)過整形和放大等處理后，經(jīng)電纜傳輸?shù)嚼走_主機，經(jīng)處理后，傳輸?shù)轿C。在微機中對信號依照幅度大小進行編碼，并以偽彩色電平圖、灰色電平圖或波形堆積圖的方式顯示出來，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理，用來判斷地下目標的深度、大小和方位等特性參數(shù)。

2.高密度電阻率法

高密度電阻率法的理論基礎是靜電場理論。它是基于在地面下供垂向電測深點與電測剖面兩個基本原理的基礎上，在同一條多芯電纜上布置了64個電極，通過計算機硬軟件的有機控制供電極和測量電極，自動組成多個垂向測深點，通過不同電極排列裝置的控制程序?qū)崿F(xiàn)了自動布點、自動跑極、自動供電、自動觀測、自動記錄、自動計算、自動成圖成像的全過程。

圖1 L2測線地質(zhì)雷達法探測成果剖面圖（截圖）

圖2 L2測線高密度電阻率法探測成果剖面圖

圖3 L2測線地震映像法探測成果剖面圖（截圖）

探測目標體和周圍介質(zhì)存在明顯的電阻率差異是高密度電法的物理前提。通過分析地層中的土洞、巖溶的地球物理特征，不難發(fā)現(xiàn)，地層中的土洞、巖溶與圍巖在電性上普遍存在差異：相對背景而言，或為明顯的高阻異常（如被空氣充填的空洞灰?guī)r體）或為明顯的低阻（被低阻物所填充，如水和淤泥充填的巖溶洞），如果采空區(qū)大小相對埋深具有一定的規(guī)模，就容易被發(fā)現(xiàn)。但由于其平均效應大，在確定異常體邊界方面精度不高，且受表層低阻干擾嚴重，在工程勘察中，一般需要其他高精度物探方法的輔助。

3.地震映像法

地震映像法，又稱地震共偏移距法，是以相同的小偏移距逐步移動測點接收地震信號，在地面或水面對地下地層或地下目的物進行連續(xù)掃描，利用多種地震波信息來探測地下介質(zhì)變化的淺層地震勘探方法，其前提是地下介質(zhì)密度、速度、泊松比具有差異。

在地震映像測量過程中，激發(fā)后在接收點用單個檢波器接收。儀器記錄后，激發(fā)點和接收點同時向前移動一定的距離 (稱為點距)，重復上述過程可獲得一條地震映像時間剖面。對采集數(shù)據(jù)作各種處理后，通過分析反射波，折射波、面波變化信息進行綜合地質(zhì)解釋。

工程實例

1.工區(qū)地質(zhì)及地球物理條件

安徽池州某建筑工地，擬在場地內(nèi)興建多幢居民住宅樓，其地層基本分為：①雜填土；②-1粉質(zhì)粘土；②-2粉質(zhì)粘土混礫石；③全風化泥質(zhì)粉砂巖；④粉質(zhì)粘土混碎石；⑤強風化礫巖；⑥中風化灰質(zhì)礫巖。設計基礎采用鉆孔灌注樁，采用⑥號層中風化灰質(zhì)礫巖為樁端持力層。由于在地質(zhì)勘查時個別鉆孔發(fā)現(xiàn)有灰?guī)r溶蝕裂隙或溶洞（坑、溝）中的粘性土及碎塊石充填物，需查明場區(qū)內(nèi)有無土洞及開口溶洞等不良地質(zhì)條件及巖溶分布的空間形態(tài)，為樁基設計及施工采用科學的方案作出合理的決策。

根據(jù)前人資料和本次工作的實際測試成果，地下溶洞（含充填物）若為松散堆積物則呈現(xiàn)低電阻率、低縱波傳播速度特征，而當?shù)叵氯芏礊楦煽斩磩t會呈現(xiàn)高電阻率、強縱波吸收特征。因此本次地球物理勘探需探測目標體——地下巖溶區(qū)與圍巖間存在的明顯介電特性和地震動力特性差異，為開展地質(zhì)雷達法、高密度電阻率法、地震映像法工作提供了地球物理前提條件。

2.測線布置及參數(shù)設置

根據(jù)本次工作場地條件及勘探深度，對所測區(qū)域由北往南平行布置3條東西向長測線剖面，依次為L1，L2和L3。每條測線分別采用地質(zhì)雷達法、高密度電阻率法和地震映像法進行測試，以保證測試成果的有效性和準確性。工作參數(shù)上，地質(zhì)雷達法采用連續(xù)測量，使用50MHz非屏蔽天線，時窗600ns，采用點數(shù)480個，疊加次數(shù)為自動；高密度電阻率法采用溫施/泛裝置，電極距為3m；地震映像法采用單點測量，測點距1m，偏移距15m，采樣間隔0.1ms，記錄長度2048點/道，激震源為16磅重錘。

3.巖溶探測成果及解釋

對所采集的物探資料進行一系列的數(shù)據(jù)處理和反演計算后，得到各測線成果解釋圖。結(jié)合已知工程地質(zhì)勘察成果，推斷解釋場區(qū)內(nèi)巖溶的存在分布情況。

圖1為L2測線地質(zhì)雷達法探測成果剖面圖。在樁號z60至z62段間，出現(xiàn)一段弧狀強反射信號（圖1中虛線所圈處），懷疑為巖溶上頂面反射電磁波所致。但由于所使用的雷達天線為50MHz非屏蔽天線，無法屏蔽無效干擾信號，此反射信號也有可能是淺部干擾引起，因此暫時還無法下定結(jié)論。

再來看L2測線的高密度電阻率法探測成果剖面圖（如圖2所示），發(fā)現(xiàn)同樣在z60至z62段，埋深約20～25m處（圖2中虛線所圈處），有一明顯帶狀高電阻率異常，結(jié)合地質(zhì)雷達所測成果，推測此處為一干溶洞。由于異常所在位置正好位于解釋成果圖的邊界，所探測到巖溶發(fā)育的部分可能并不完整，加上高密度電阻率法本身的平均效應，巖溶的邊界尚不能精確劃定。

在圖3所示的L2測線地震映像法探測成果剖面圖中，可以看到樁號z61至z62段（測線28～43m）虛線所圈處，反射波同相軸相位缺失，而頂板和底板的同相軸能量相對較強，推測此處為巖溶發(fā)育，根據(jù)地震波反射時間和波速計算得出，埋深在16～21m。這與之前兩種物探方法探測到的異常大小和位置非常吻合。另外在樁號z60至z61間（測線15～22m）虛線所圈處，埋深18～21m的位置弧形同相軸“眼球形”特征明顯，頂板和底板能量也較強，推測為巖溶發(fā)育。

至此，三種物探方法綜合解釋得出：L2測線存在兩處巖溶發(fā)育，分別位于測線15～22m處和28～43m處，埋深為18～21m和16～21m，可能屬串珠狀小溶洞，距基巖面的深度為5.0～7.0m，巖溶上部基巖基本完整，部分有向下溶蝕跡象。L1和L3測線基巖較完整 ，未發(fā)現(xiàn)溶洞和斷裂破碎帶等不良地質(zhì)跡象。

結(jié)論

通過安徽池州某建筑工地的場地巖溶構(gòu)造的探測實例，說明了綜合應用地質(zhì)雷達法、高密度電阻率法和地震映像法等多種物探方法，能夠能有效查明灰?guī)r地區(qū)巖溶的分布范圍、埋藏深度和發(fā)育情況，并且具有無損、高效、經(jīng)濟的特點。由于物探資料的多解性，異常的辨認和解釋有時是一件非常困難的事情，采用單一的物探手段很難達到較好的探測效果。因此，多種物探方法相互配合，不同解釋成果反復比較，取長補短，去偽存真，才能有效地提高異常解釋精度，在巖溶調(diào)查中取得良好的探測效果。