精 品JINGPIN物探技术在隧底岩溶勘察中的应用研究
■ 杨策
辽宁省第七地质大队有限责任公司 辽宁丹东 118003
摘 要：随着我国经济的高速发展，我国各行各业也呈现出良好的发展趋势。采用传统钻探方法,以点带面，很难对岩溶发育做出准确判断，结合工程实际，通过采用综合物探技术与钻探手段相结合方法进行岩土工程勘察，解决了岩溶地区工程勘察难题，为今后岩溶发育区的岩土工程勘察提供参考。
关键词：物探技术；隧底岩溶勘察；应用引言
铁路隧道经常穿过地质条件复杂的岩溶地区，岩溶系统分布具有一定的规律性，但不同岩溶形态的空间展布是不规则的，同时，岩溶水的运动条件非常复杂，勘察清楚岩溶的规模、边界，保证岩溶隧道基底质量，消除安全隐患，具有其必要性。
1.工程物探方法技术1.1高密度电法
高密度电法与常规直流电法的基本原理相同。它是以地下目标体与围岩之间的电性差异为基础，利用人工建立的稳定地下直流电场，依据预先布置的若干道电极选定装置排列方式进行扫描观测，获得地层横向和纵向地电断面结构特征等地质信息，从而查明和研究相关地质问题的一种勘探方法。高密度电法实际上是一种集测深和剖面法于一体的多装置、多极距的电阻率层析成像法。其测量方式已发展到十几种，实质上都是由对称四极、单极—单极、单极—偶极、偶极—偶极等基本方式演变而来。在野外工作中，极距的选择取决于地质对象的埋藏深度，在保证极距最大可探测到目标体的前提下，还需兼顾横向分辨率。工程采用温纳和斯伦贝谢2种装置方式进行高密度电法探测，利用瑞典软件RES2DINV进行反演解释。其数据处理流程为:将原始数据从仪器导入计算机并储存→剔除坏点数据、修正干扰数据→格式转换→正演→反演。在本工程中，多数溶洞、土洞呈充填或半充填状态，充填物为低阻，因此除非是大型溶洞，大多数空洞由于低阻屏蔽的影响，一般呈现低阻;如果高阻岩层被低阻岩层错断或高阻岩层中局部出现低阻，则推测可能为溶洞或破碎带。
1.2地质雷达
地质雷达（GPR）是用高频电磁波来确定介质内部物质分布规律的一种地球物理方法，其基本原理是基于高频电磁波理论。地质雷达向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲，当电磁波遇到不同电性介质的分界面时即产生反射，反射波振幅、路径及波形随介质的典型特征和几何形态而变化，依据天线接收到的信号旅行时、幅度及波形变化特征，再通过进一步的信号处理和解释即可确定目标体的形态和分布。20世纪70年代以来，随着高速脉冲形成技术、取样接收技术及计算机技术的发展，地质雷达得到了迅速的发展，其应用逐渐扩大并渗透到许多部门中。采用地质雷达连续探测，采样剖面图形比较直观，如空洞异常就具有明显的双曲线特征；同时具有探测速度快，分辨能力高等特点。所以，在基岩开挖后，选择地质雷达开展探测工作，实测资料的处理主要采用仪器所配的“Reflexw”软件进行分析。数据处理流程：去除直达波→时域垂直带通滤波→背景消除→线性增益处理→平滑增益处理。
1.3地震映像测量法
高密度地震映像法，是以相同的小偏移距逐步移动测点来接收地震波信号，利用各种地震波的运动学和动力学特征，来反演介质的物性参数，获取物性分界面或突变点的一种浅层地震勘探方法。在隧底岩溶探测中，用地震映像法采集数据时，采用单点激发，组合检波器进行接收。仪器记录后，激发点和接收点同时向前移动一定的距离，重复上述过程，可以获得一条地震映像的时间剖面图。当仰拱下部基岩溶蚀破碎或岩溶发育时，高频成分经破碎介质过滤后快速衰减，形成反射、绕射、散射等现象，地震资料中会出现强低频振荡反射波或出现明显绕射波等特征。
2.物探技术在隧底岩溶勘察中的应用2.1数据采集
高密度电阻率法是以岩土的电性差别为测量依据的，它通过地下电流状况的变化和分布情况来测量出想要获得的信息。高密度电阻率法能够使数据的采集量更多，有效地提高了精准度，地质信息
198 ·2020年09期
非常全面，工作效率得到提升，进行一次布极就能够同时对纵、横两向二维勘探，它能够真实地反映地下某一个深度沿水平方向岩土体的典型变化状态，还能直接展示出底层岩性沿纵向的电性变化状况。在使用高密度电阻率测量法来进行数据采集时，要结合探测深度的变化而加大供电电极之间的距离，在这个时候，电极的隔离系数就会和电极间距呈现正比例增长，同时还可以真实地反映出底层深处的实际情况。因为在测量时测点的总数是固定的，所以在电极之间的距离逐渐扩大的同时，不同勘察深度的点数也就会随之减少。地震映像测量法主要是用于辅助其他测量法的，因为大多数有熔岩分布的地带具有一定的特殊性，岩溶的发育状态也相对更为复杂，而且分布没有规律性，而且岩溶尺寸变化也比较大，所以单一的依靠某一种物探方法来进行测量，是不能够全面的展现岩溶实际情况的。地震映像测量法是用单个的检波器来采集信息，仪器将数据接收到之后，把接收点和激发点同时移动到相同的点距，反复操作之后，将同一测线的记录按照测量的顺序进行连接，就可以得出皮面的时间剖面，进一步地向着深度剖面转化，这种测量方法是多数都是用在复杂地形的。
2.2资料处理
高密度电阻测量的资料处理就是通过对测量出的资料进行数据处理、格式的转换并且计算之后获得视电阻成像图谱，当图谱成像之后，就要转换视电阻率的格式，在这个过程中把坏点过滤，保留数据一致性较好的点，将测量过程中的资料与权威的数据进行分析，通过正演与反演的方式进行参数计算，将信息处理后进行矫正，绘制原始信息的电阻率成像色谱图像。反演计算的方式是将获得的高密度电阻率色谱图像为依据，对剖面之下的地质断面进行分析，获得地下岩石的电阻率分布情况。而反演计算是选择最优化拟合方式，将原始的地质电阻断面，确定视电阻率的理论曲线，同时与实际测量的曲线进行结合，以参数优化的方式确定拟合效果。以反演的方式获得地点断面图像，选择最小二乘法验算后，可以确定高密度电阻率法正演成像色谱图。而两者一致，表明反演地质的测量结果是正确的。通常情况下，地震映像法都是使用VISTA软件进行数据处理的，这个软件系统是以计算机为基础的二维地震数据处理系统。该系统中囊括了15个大型的集成模块和大量的功能模块组成，它具备先进的计算方式，功能模块非常完整，将二维地震数据处理的各个方面几乎全部覆盖。所以这一软件才能够被大范围的推广使用。
3.结束语
采用探地雷达和高密度地震映像综合勘察技术对于隧底岩溶探测是行之有效的方法，并且在地震映像勘察中，采用组合检波器接收，具有低通滤波作用，能够提高资料的信噪比。高密度地震映像勘察不能获得速度参数，岩溶异常的深度宜按照电磁波的传播速度确定，大量实验表明:电磁波在混凝土及灰岩中传播的平均值约为0.11m/ns，但该深度只能反映异常的顶板位置，不能够对异常的底板位置进行精确确定。
参考文献
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物探技术在隧底岩溶勘察中的应用研究
