陳 垿

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局3總隊(duì)，貴州 遵義 563000)

0 引 言

巖溶地區(qū)地下發(fā)育不均勻，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在巖溶勘察中，如果采用傳統(tǒng)的鉆探和電測(cè)技術(shù)，很難獲得完善的勘察結(jié)果。采用電磁波CT技術(shù)，不僅分辨率高，而且能夠準(zhǔn)確顯示出巖溶區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖像，并且反演成果準(zhǔn)確可靠。因此，需對(duì)電磁波CT技術(shù)在巖溶地區(qū)勘察中的應(yīng)用方式進(jìn)行深入研究。

1 電磁波CT法原理

在電磁波CT技術(shù)的應(yīng)用中，需對(duì)2個(gè)鉆孔發(fā)射和接收電磁波，通過(guò)對(duì)不同區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)大小進(jìn)行分析，即可確定勘察區(qū)域不同介質(zhì)分布情況。在電磁波CT技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，首先對(duì)地下發(fā)射電磁波，電磁波在地下空間中傳播，并發(fā)生輻射，然后接收電磁波，另外，在正反演中，需以電磁場(chǎng)理論以及天線(xiàn)理論作為依據(jù)。

在電磁波CT技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，主要有2種成像方式：①絕對(duì)衰減層析成像；②相對(duì)衰減層析成像。在第一種成像方式的應(yīng)用中，可創(chuàng)建地下介質(zhì)絕對(duì)衰減二維分布圖像，而在第二種成像方式的應(yīng)用中，可創(chuàng)建地下介質(zhì)相對(duì)衰減二維分布圖像。不論采用何種成像方式，其反演方程組的數(shù)字形式相同，通過(guò)將CT技術(shù)應(yīng)用于電磁波法中，能夠避免人為因素影響，保證勘察結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性。

2 工程概況

某勘察區(qū)域巖溶發(fā)育不均勻，巖溶連通性好。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，勘察區(qū)域巖性為灰?guī)r，該區(qū)段巖溶較發(fā)育。在對(duì)該區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察時(shí)，共布置11個(gè)鉆孔和6條CT剖面。工區(qū)內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)是由雜填土、粉質(zhì)黏土以及碎石層所組成的，另外，通過(guò)水文勘察，水位埋深為10 m。溶洞相對(duì)介質(zhì)常數(shù)比較大，與灰?guī)r土和土層相比差異較大。因此，綜合考慮勘察區(qū)域水文地質(zhì)條件特征，采用電磁波CT技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘察。

3 巖溶勘察中電磁波CT的應(yīng)用方法

3.1 工作流程

在巖溶地質(zhì)勘查中，電磁波CT技術(shù)的應(yīng)用流程比較復(fù)雜，具體可分為3個(gè)步驟，即采集數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及資料解譯分析。

在該次巖溶地質(zhì)勘查中，收發(fā)距為2個(gè)鉆孔的間距，要求控制在25 m以?xún)?nèi)。另外，發(fā)射點(diǎn)距與接收點(diǎn)距分別為2 m、0.5 m。工作頻率共有3個(gè)頻段，分別為10 M、12 M和14 M。

在該次勘察中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用定點(diǎn)觀(guān)測(cè)方式，對(duì)于發(fā)射天線(xiàn)，可將其安裝在鉆孔底部位置，同時(shí)每間隔2 m即可進(jìn)行固定法神，同時(shí)采用接收天線(xiàn)進(jìn)行移動(dòng)測(cè)量，對(duì)于移動(dòng)距離，應(yīng)控制在孔距的2倍以?xún)?nèi)。在第一次天線(xiàn)發(fā)射完成后，對(duì)天線(xiàn)所接收的信息進(jìn)行采集和處理分析。根據(jù)勘察現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況重復(fù)上述過(guò)程，直至達(dá)到最小發(fā)射深度。

在獲得大量勘察數(shù)據(jù)后，要求對(duì)各類(lèi)勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，在數(shù)據(jù)預(yù)處理中，要求準(zhǔn)確識(shí)別突變點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)對(duì)可以數(shù)據(jù)前后各類(lèi)數(shù)據(jù)的變化特征進(jìn)行分析，在去除突變點(diǎn)后，對(duì)相鄰點(diǎn)的數(shù)據(jù)做好平滑處理。通過(guò)應(yīng)用上述數(shù)據(jù)處理分析方式，能夠篩選出大量勘查數(shù)據(jù)中的可用數(shù)據(jù)，進(jìn)而保證勘察分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 數(shù)據(jù)處理

在利用電磁波CT法進(jìn)行巖溶地質(zhì)勘查中，數(shù)據(jù)處理方式比較復(fù)雜，在采集到勘查數(shù)據(jù)后，據(jù)此創(chuàng)建吸收系數(shù)β圖像?，F(xiàn)如今，在巖溶地質(zhì)勘察中，代數(shù)重建方式比較多，在本次研究中，采用聯(lián)合迭代重建技術(shù)(SIRT)、代數(shù)重建技術(shù)(ART)等。

探測(cè)區(qū)域網(wǎng)格化處理模式如圖1所示，通過(guò)應(yīng)用SIRT技術(shù)構(gòu)建電磁波CT圖像時(shí)，對(duì)于探測(cè)區(qū)，應(yīng)采用網(wǎng)格化處理方式，在具體的處理過(guò)程中，可假設(shè)網(wǎng)格中介質(zhì)均勻，并且吸收系數(shù)相同。

通過(guò)對(duì)圖1進(jìn)行分析可見(jiàn)，第i條發(fā)射從發(fā)射至接收的路徑為射線(xiàn)通過(guò)所有網(wǎng)格的距離，可根據(jù)公式(1)進(jìn)行計(jì)算。

(1)

代入式(2)：

(2)

式中：

K—迭代次數(shù)；

Wj—在第j個(gè)網(wǎng)格中所通過(guò)的所有射線(xiàn)數(shù)量；

3.3 資料解釋

根據(jù)以往的勘察經(jīng)驗(yàn)，在該次巖溶勘察中，視吸收系數(shù)βs的取值范圍如下：粉質(zhì)黏土1.0～3.0 dB/M；碎石層0.8～3.5 dB/M；石灰?guī)r(完整)<1 dB/M；石灰?guī)r(中風(fēng)化)<1.5 dB/M；溶洞3.6～6.5 dB/M。

在巖溶勘察區(qū)電磁場(chǎng)中，介質(zhì)類(lèi)型比較復(fù)雜，具體包括溶洞、巖石、破碎帶等，在電磁波傳遞過(guò)程中，在遇到不同介質(zhì)后均能夠被吸收，但是不同介質(zhì)對(duì)于電磁波的吸收程度有所不同。通過(guò)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，松散土體、黏土重填溶洞對(duì)于電磁波的吸收度比較大其次為破碎帶、裂隙等，如果巖土結(jié)構(gòu)完整度較高，則對(duì)于電磁波的吸收程度較弱。

在對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行勘察時(shí)，共選擇3個(gè)剖面，對(duì)于不同剖面形式，均需做好反演分析。

剖面1電磁波視吸收系數(shù)整體淺部大于深部，視吸收系數(shù)在3.6 dB/M以?xún)?nèi)。結(jié)合鉆孔資料，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)巖溶、裂隙等地質(zhì)問(wèn)題。

剖面2的電磁波視吸收系數(shù)整體淺部小，深部大，并且有多個(gè)高值區(qū)，視吸收系數(shù)在3.2～4.8 dB/M之間。

剖面3的深度在19.5～26 m之間，并且有黏土重填溶洞和溶蝕發(fā)育區(qū)。

為了對(duì)電磁波CT技術(shù)勘察所得結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行分析，采用鉆探技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證分析。在該次勘查中，通過(guò)應(yīng)用電磁波CT技術(shù)，確定異常區(qū)域深度在19～25.5 m之間。在利用鉆探技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查后顯示，異常區(qū)域深度在20.8～25.0 m之間。

4 結(jié) 語(yǔ)

巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勘察難度較大，通過(guò)將電磁波CT技術(shù)應(yīng)用于巖溶地質(zhì)勘察中，能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的弊端，有效解決巖溶發(fā)育、破碎帶分布等問(wèn)題。需要注意，巖溶地質(zhì)充填性、破碎帶飽水性對(duì)于電磁場(chǎng)的影響較大，因此，在電磁波CT技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)結(jié)合鉆探資料進(jìn)行綜合解析，保證勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。