电磁波CT探测在黔中王庄岩溶区勘察的应用.pdf

收稿日期:作者简介:曹建强()男 山西灵石县人 岩土工程高级工程师 从事岩土工程、水工环地质工作电磁波 探测在黔中王庄岩溶区勘察的应用曹建强 赵叶江(贵州有色地质工程勘察公司 贵州 贵阳)摘 要:以黔中王庄工业园区为例探讨电磁波 探测技术在岩溶地区工程勘察中的应用 根据场地岩体物性参数 分析电磁波 原理、观测与处理技术 并对现场测试和数据采集控制进行总结 通过对各探测剖面解译分析 编制出合理的探测剖面解释图并进行了正确解释 查明了地下溶洞的空间展布状态 为工业园区岩溶稳定性评价和设计施工提供了可靠依据关键词:电磁波 岩溶工程勘察 黔中王庄工业园区 贵州贵阳中图分类号:文献标识码:文章编号:()王庄工业园区位于贵州省贵阳市清镇北西的王庄布依族苗族乡蔡家坝沙湾一带 占地面积约 工程整体呈北东南西向展布 对工程场地进行岩土工程勘察中发现 第四系覆盖层下的灰岩中岩溶发育 为确保工业园区基础的安全 在工业园区场地开展电磁波 探测岩溶勘察 查明地下溶洞分布状态 为设计施工提供有效依据 地质概况 地形地貌工业园区场地地处贵州高原中部 乌蒙山脉东南支南东端北东坡麓与苗岭山脉西端山系中段北西坡麓交汇地带 场地及周边地势南西高北东低 南侧杨家大坡丘顶最高海拔 北东角落水洞最低海拔 最大海拔高差 区域上属于构造溶蚀作用形成的低中山残丘地貌类型 场地位于溶蚀残丘斜坡沟槽地段 场地地层场地地层从新到老为:第四系()和三叠系下统茅草铺组()图 第四系()覆盖层()耕植土():主要分布在场地低洼、缓坡地段 灰黑色 稍湿 主要由粘土组成 结构较松散 含碎石、硬质砾屑及植物根系 厚 ()残坡积红粘土():主要分布在场地低洼、缓坡地段 黄褐色 稍湿 质致密 切面光滑 含母岩风化残屑 主要呈硬塑状态 一般厚 在沿场地中部断层走向方向的断层附近地段分布较厚 厚 基岩三叠系下统茅草铺组():主要出露于场地地势较高的斜坡地段 岩性为灰、深灰色薄中层状泥晶灰岩、白云质灰岩 局部夹深灰色、灰黑色泥质灰岩、泥岩 岩石主要呈中风化状 岩芯主要呈短柱状、柱状 局部呈块状、碎块状 年第 卷 第 期 页 云 南 地 质/图 场地地质平面图.地球物理条件地球物理勘察的前提或依据是被探测体的物性差异 常表现为岩石的电、磁、弹性波速等物性参数 本次物探工作的主要目的是检测防渗帷幕线岩体质量 查明防渗帷幕线内是否存在有影响的隐伏溶洞以及岩溶发育程度、规模及空间分布和裂隙密集带 通过对测区内岩体和部分异常体的物性参数进行测试 各岩体物性参数见表 从表 中物性参数的分布来看 岩层中不良地质发育带与围岩有较大的物性差异 具备较良好的地球物理条件表 场地岩体物性参数表.目标类别电磁波吸收系数(/)完整灰岩或较完整灰岩 断层、岩体破碎带 裂隙发育岩体 电磁波 探测工作方法 电磁波 原理当电偶极子衍射效应可以忽略、测点与发射点距离足够远时 可以将电偶极子场作为辐射场 在辐射区内 介质中的电磁波传播路径可以用射线来描述 对于配置半波偶极子天线的电磁波仪 其辐射场的场强可表达为:()()/()由公式()可以推导出:(/)/()其中 为初始辐射场 为射线长度()即射线传播的路线积分 为两孔间的水平距离()(/)是反映介质电磁特性的一个参数 称为介质电磁波吸收系数实际上由于测量数据不可避免地受到电磁波在介质中的散射、多次反射及可能存在的衍射的影响因此 用观测数据进行反演所得到的只是介质电磁波剖面内的吸收系数的视平均效果 简称视吸收系数 仍用 表示云 南 地 质 卷当 取/时 对()式进行离散化 第 条射线所穿过的路径已于入总射线衰减值为:()()电磁波 观测与处理技术电磁波 技术是医学计算机层析成像技术在地球物理领域的应用和发展 考虑到该方法的特点结合常规电磁波探测的方法 在双孔中一般都采用同步观测和定点观测两类 同步法是发射机与接收机保持相对位置同时移动 定点法是把发射机(或接收机)固定在钻孔中某一深度上 移动接收机(或发射机)进行测量 野外观测系统布设得恰当与否 将直接影响反演计算精度 因此 在布设观测系统时尽可能对被测区域进行全方位扫描 根据检测工作的要求 本次检测采用多次覆盖技术发射机与接收机互换的定发观测系统 定发点距为 接收点距为 由采集的信息到图像生成可以分成以下几步:观测结果预处理、反演处理、图像处理()消除干扰波预处理:反演计算前 首先要对野外观测结果进行预处理 预处理最常用的是滤波 用预处理程序滤掉衍射波、侧面波等的干扰()电磁波反演方法主要有视吸收系数剖面法()、代数重现法(、)和联合迭代法(、)本次工作采用 和 法进行反演计算()利用自编绘图软件包将反演结果生成图像 就能得到钻孔剖面的视吸收系数图 质量控制()现场测试控制:电磁波 应采用国内先进的电磁波 系统仪 应具有频率可选功能 接收机噪声电平 测量范围 动态范围 测量误差不超过 绝缘电阻大于 电磁波脉冲数据显示稳定 操作方便、安全可靠、重复性好()数据采集控制:现场采集电磁波数据稳定 检查观测应不少于总测试量的 对不合格的资料应立即进行重测 依据测量资料计算每条射线的激发和接收点坐标 根据地质地球物理条件、观测系统、成像精度、分辨率和任务选择和建立数学物理模型 图像采用等值线、灰度、色谱等图示方法 图像可等差分级 为突出异常 也可变差分级 同一剖面的多组 断面应拼接成一幅成果图 结合地质资料 分析地质异常体空间分布及变化情况 电磁波 探测剖面分析探测范围内电磁波视吸收系数在 /之间 完整较完整岩体视吸收系数 /之间 岩体破碎、裂隙发育区域视吸收系数 /之间 强溶蚀区或溶洞视吸收系数 /之间 覆盖层及强风化岩体视吸收系数 /之间()探测剖面:探测范围内发现 处高吸收异常区域 视吸收系数 /之间 解释为岩体破碎、裂隙发育区域(图)()探测剖面:探测范围内发现 处高吸收异常区域 视吸收系数 /之间 解释为岩体破碎、裂隙发育区域()探测剖面:探测范围内发现 处高吸收异常区域 其中 处视吸收系数在 /之间 解释为岩体破碎、裂隙发育区域 处视吸收系数/解释为强溶蚀区或溶洞(图)()探测剖面:探测范围内发现 处高吸收异常区域 视吸收系数/解释为强溶蚀区或溶洞()探测剖面:探测范围内发现 处高吸收异常区域 其中 表层发现一处高吸收异常 视吸收系数/解释为覆盖层及强风化岩体 一处视吸收系数在 /之间 解释为岩体破碎、裂隙发育区域 一处视吸收系数/解释为强溶蚀区或溶洞 第 期曹建强等 电磁波 探测在黔中王庄岩溶区勘察的应用图 异常解释剖面图.图 异常解释剖面图.结果与认识 条剖面电磁波 测试 共探测到 处强溶蚀或溶洞区及 处局部岩体破碎或裂隙发育区()剖面在桩号 、高程 之间 共有异常 处 推测为岩体破碎、裂隙发育()剖面在桩号 、高程 之间 共有异常 处 推测为岩体破碎、裂隙发育区域()剖面桩号 、高程 之间 有异常 处 处推测为岩体破碎、裂隙发育区域 电磁波视吸收系数/有 处 位于桩号、高程 桩号 、高程 桩号 、高程 桩号 、高程 之间 推测为强溶蚀区或溶洞()剖面在桩号 、高程 之间 处异常 推断为强溶蚀区或溶洞()剖面在桩号 、高程 之间处高吸收异常推测为覆盖层或强风化岩体 桩号 、高程 之间高吸收异常推测为岩体破碎、裂隙发育区域 桩号 、高程 之间 高吸收异常推测为强溶蚀区或溶洞云 南 地 质 卷参 考 文 献 吴华平.电磁波 探测技术在岩溶勘探中的应用.华南地震 ():.齐兴强.公路路基工程的地质条件及处治策略分析.黑龙江交通科技 ():.邹俊.孔间声波成像技术及应用研究.成都理工大学.范志雄 袁景花 尹学林 肖海云.利用电磁波层析成像技术优化水电工程防渗帷幕处理技术方案.电力标准化与计量 ():.尹学林 蒋承华 吕春源.电磁波 技术在光照水电站防渗帷幕探测中的应用 /.贵州省岩石力学与工程学会 年学术年会论文集:.何旭东 刘秀伟 田维强 彭运动.钻孔间电磁波 技术在清水河大桥桥址区深部岩溶探测中的应用.西部探矿工程 ():.李永铭 杨新明.电磁波井间层析成像三维可视化分析 /.贵州省岩石力学与工程学会 年学术年会论文集:.庞林军 赵锐.电磁波 物探方法在地铁工程岩溶区段中的应用.云南水力发电 ():.():.:第 期曹建强等 电磁波 探测在黔中王庄岩溶区勘察的应用