何耀京

(廣東核力工程勘察院 ,廣東 廣州 510800)

跨孔地震CT技術(shù)(地震波層析成像技術(shù))被認(rèn)為跨孔高精度地層結(jié)構(gòu)成像探測的有效方法之一。該方法主要利用不同地層波速差異，通過某個鉆孔激發(fā)地震波，另一鉆孔通過地震檢波器接收地震直達(dá)波，然后通過抽道疊加方式實現(xiàn)速度CT成像從而達(dá)到探測井間地質(zhì)目標(biāo)體的物理特性和幾何分布形態(tài)。該方法已經(jīng)在采空區(qū)[1]、路基[2]、隧道[3]等方面精細(xì)探測中得到廣泛應(yīng)用。為此，本文將該方法引入到商業(yè)區(qū)地基巖溶勘探中，通過已有的25個鉆孔的跨孔地震CT探測，實現(xiàn)研究區(qū)的三維立體探測，為后續(xù)溶洞處理和基礎(chǔ)設(shè)計、施工提供充分依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

某開發(fā)公司決定在廣州某中央商務(wù)區(qū)建設(shè)數(shù)碼產(chǎn)業(yè)總部商業(yè)樓，設(shè)計高度超過300m，為附近的地標(biāo)性建筑。建設(shè)地區(qū)屬于灰?guī)r溶洞發(fā)育地區(qū)，同時根據(jù)前期超前鉆資料表明商業(yè)樓的20個超前鉆探孔中有5個鉆孔揭露溶洞，見洞率25%，溶洞洞高1.9m至3.1m。為此，需要查明該區(qū)域溶洞的分布情況，為后續(xù)溶洞處理和基礎(chǔ)設(shè)計提供依據(jù)。

本場地揭露的溶洞一般充填少量礫巖碎塊、粘土，部分溶洞無充填物。鑒于本場地溶洞位于地下水水位以下，溶洞內(nèi)固態(tài)充填物一般飽和含水，無固態(tài)充填物的溶洞內(nèi)一般均充填有水。根據(jù)以往同類工程經(jīng)驗，溶洞內(nèi)介質(zhì)的壓縮波波速Vp在1500～2500m/s之間。溶洞外介質(zhì)為中微風(fēng)化砂巖、礫巖、花崗巖，壓縮波波速Vp在4000～6000m/s之間。溶洞內(nèi)外介質(zhì)存在極為明顯的波速差異。這種波速差異的存在，使得采用跨孔彈性波CT法探明溶洞提供了較好的物性條件。

圖1 研究區(qū)鉆孔位置與測線布置圖

2 跨孔彈性波CT法工作方法技術(shù)

為了有效查明研究區(qū)的巖溶分布情況，本文通過已有的25個鉆孔布設(shè)橫測線5條(H1-H5)、縱測線5條(L1-L5)、斜測測線14條(X1-X7,Y1-Y7)共計24條測線，使其構(gòu)成一個三維立體探測網(wǎng)絡(luò)，具體布設(shè)見圖1。本次采用跨孔彈性波CT法進(jìn)行測量，觀測系統(tǒng)由兩個鉆孔組成，一個發(fā)射孔，一個接收孔。在發(fā)射孔內(nèi)設(shè)置激發(fā)點間距為1.0m，在接收孔內(nèi)設(shè)置接收間距也為1.0m，同時保證每一個激發(fā)點在接收孔中進(jìn)行全孔接收，見圖2。

圖2 跨孔彈性波CT法觀測系統(tǒng)示意圖

本為采用美國Geometrics公司的Geode型淺層地震儀進(jìn)行測量，同時在外接計算機(jī)使用配套軟件Seismodule Controller進(jìn)行控制。接收傳感器采用北京水電物探研究所生產(chǎn)的CH3型高靈敏度12道聲波探頭，每個接收探頭均采用20倍集成運算放大器進(jìn)行阻抗匹配、抑制道間串?dāng)_。為了保證數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，本文野外施工均為半夜干擾較小的時候。經(jīng)過野外現(xiàn)場試驗，跨孔彈性波CT法選擇的野外工作參數(shù)為采樣間隔為20.833μs，濾波帶通為400～4000Hz；疊加次數(shù)為3次。本文對跨孔彈性波CT數(shù)據(jù)經(jīng)抽道集、共激發(fā)點道集檢查、初至?xí)r間拾取、初至?xí)r間檢查、射線平均波速計算、初始速度模型預(yù)測、CT反演后得到跨孔的速度剖面，其中在CT反演中采用0.5m×0.5m網(wǎng)格。

3 結(jié)果及解釋

根據(jù)前期鉆孔資料和跨孔地震CT成像探測結(jié)果可知，本文將研究區(qū)地層根據(jù)工程性質(zhì)有淺至深分為素填土、巖溶發(fā)育區(qū)、溶蝕裂隙發(fā)育區(qū)及軟弱夾層以及完整基巖四層(見表1)。其中目標(biāo)層巖溶發(fā)育區(qū)波速表現(xiàn)為1500～2000 m/s，為低速層。

表1 彈性波CT法波速分區(qū)表

本文以某一次跨孔地震CT成像為例來說明其探測結(jié)果和解釋原則。圖3為L1線ZKCT1-ZKCT2鉆孔之間跨孔地震CT速度剖面圖，從圖中可以看出，從淺到深大致可以分為二層第一層為低速素填土層，深度在-12～-18m之間；第二層為灰?guī)r地層，深度在-18m以下；表現(xiàn)為整體高速(紅色)局部地區(qū)有明顯低速(藍(lán)綠色)異常體。低速異常體根據(jù)表1以及鉆孔資料可推斷為巖溶發(fā)育區(qū)，本段剖面共劃分四處異常區(qū)。

圖3 L1線第一段解釋成果圖

綜合所有地震CT剖面，在擬建場地內(nèi)查明揭露有38個巖溶發(fā)育區(qū)；具體平面分布見圖5。場地內(nèi)線巖溶率為24.6%，見洞率為28.9%；場地巖溶強(qiáng)烈等級屬中等～強(qiáng)烈。場地內(nèi)巖溶大多數(shù)無充填物或少量充填，極少數(shù)為半充填；充填物均為松散巖塊、礫石、砂等。巖溶處治容易達(dá)到較好效果。砂巖、礫巖、花崗巖巖性分界面附近常見溶蝕裂隙發(fā)育區(qū)或強(qiáng)風(fēng)化軟弱夾層。對于上述軟弱夾層，埋藏淺的可采用換填進(jìn)行處理；對于埋深較大無法處理的夾層，建議設(shè)計單位進(jìn)行承載力驗算和沉降變形驗算。其中編號為R31的巖溶發(fā)育區(qū)，巖溶發(fā)育規(guī)模較大，埋藏很淺，處理時需注意施工安全。

圖4 研究區(qū)跨孔地震CT探測推斷巖溶位置分布圖

4 結(jié)論與建議

本文利用跨孔地震CT對廣州某商業(yè)區(qū)標(biāo)志性建筑地基進(jìn)行三維立體網(wǎng)絡(luò)式探測，揭示了研究區(qū)的速度分布特征，結(jié)合已知鉆孔和地層速度信息圈定了整個研究區(qū)的巖溶發(fā)育區(qū)的空間分布位置以及規(guī)模特征，為建筑施工設(shè)計和巖溶處理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。