综合物探方法在岩溶区勘察中的应用

许波

（中设设计集团股份有限公司 210014）

0 前言

1.1 工程概况

白石窑水利枢纽位于广东省韶关市、清远市，是北江干流韶关以下已建成的四座枢纽之一，竣工于1999年，白石窑电站属于径流式电站。白石窑枢纽重建一线船闸、新建二线船闸均为三级船闸，可通行1000t级船舶，重建一线船闸有效尺度为140×23×4.5（m），新建二线船闸有效尺度为220×23×4.5（m）。

北江干流自北东向南西较顺直地流经本区，形成宽阔的纵向岩溶河谷，工程区为一级冲积堆积阶地，项目区岩溶发育。

1.2 地质背景

工程区附近的地貌形态为峰林谷地，宏观上为英德岩溶盆地的一部分，岩溶作用已经进入晚期阶段。在河谷两侧条形山体及孤峰处展现裸露型岩溶，其余均为第四系沉积物覆盖的覆盖型岩溶，工程区范围内的岩溶为覆盖型岩溶，以分布在河床及阶地以下为主，其形态有溶沟、溶槽、溶隙，高角度串珠状溶洞和断层溶蚀带以及较深处的管道型溶洞。根据前期资料，一线船闸的岩溶钻孔遇洞率88.2%，平均线岩溶率32.9%，本工程区属于强岩溶区，工程区岩溶发育虽强烈，但其充填较好，连通性较差，无大的管道型渗漏，渗漏形式多为洞隙式或溶隙式。

1 物探方法

1.1 高密度电法测试

高密度直流电阻率法实际上属直流电阻率法，基本原理与传统普通直流电阻率法相同，不同的是它的装置是一种组合式剖面装置。它们都是以地下介质（岩层）的导电性差异为基础的一种物探方法。地下各种介质在施加人工电场作用下，由于介质的电性差异导致地下传导的电流分布也存在差异，用视电阻率来反应出这种电性差异性分布。在一定的供电和测量电极排列方式下，通过供电电极供电，测量电极测量出电极之间的电位差，再通过数学公式计算出视电阻率，然后通过对视电阻率的分布规律进行分析来寻找地质目标体。由于它提供的数据量大，信息多，并有观测精度高，速度快和探测深度较大等特点。

图1.某剖面高密度电法地质解释图

1.2 电磁波CT法

电磁波CT法是利用无线电波（工作频率0.5～32MHz）在两个钻孔中分别发射和接收，根据不同位置上接收的场强的大小，来确定地下不同介质分布的一种地下地球物理勘查方法，也称井中无线电波透视法。

电磁波CT法涉及电磁波在地下有耗空间的辐射、传播和接收，其正反演问题的理论基础是电磁场理论和天线理论。

1.3 智能孔内电视成像

智能孔内电视成像系统，它摒弃了视频采集卡，控制器、笔记本电脑与探头结合的系统结构模式，而采用先进的 DSP图像采集与处理技术，系统高度集成，探头全景摄像，剖面实时自动提取，图像清晰逼真。具有全数字化、高集成性、高智能性、高精度、高清晰度及图像输出模式灵活等特点。

图2. 电磁波CT成果图

野外工作时，首先应正确连接仪器主机、计数器与探头间数据线，根据孔径大小安装相应探头扶正器，在孔口进行深度对零设置；然后，开机设置孔号、孔径以及深度计数脉冲脉宽，设置完成后进行钻孔成像工作。图像采集过程中应时刻关注成像质量，根据孔壁情况及时调整探头灯光亮度等，以保证获得最好图像成果。同时，根据孔壁岩体完整情况及时预判将要出现的卡孔等现象，及时避免险情的发生。

图3.智能电视成像成果图

1.4 井液电阻率

此方法是利用井液电阻计测出钻孔中井液在不同深度和不同时间的电阻率值，常用扩散法、提涝法(提水法)、注入法(挤压法)三种方法。本次采用扩散法，使用微电极系进行井液测量。是采用微电极系测井法进行。经试验后选用A 0.025 M 0.025电极系。为了能防止井壁及周围岩层对其测量结果的影响，同时又能使井内液体流过，用一管子将微电极系固定于中间，使之测量到的是孔内井液真电阻率。管子为非密封的，井液体可顺利流过。测试时，采用由上至下点测进行，测点距一般为0.5m，遇到数据有突变时，点距加密到0.2 m。

图4.井液电阻率测试曲线图

1.5 剪切波测试

剪切波测试广泛应用于地基、路基与基础工程检测。根据该工区岩土体条件及相关规范要求，采用单孔波速测试法。现场连接好电脑、主机与检波器，激震木板下安装触发开关，三分量检波器放入孔内，采取由下向上的测试方法。通过大锤敲击激震木板两端，可产生两个相位相反的 S波，放置于孔内的三分量检波器可捕获相应波速曲线，通过软件计算获得剪切波的旅行时差ΔT及距离差值ΔL，即可用于计算相关岩土体的波速值。

2 综合物探方法的意义、解译与验证

2.1 综合物探方法的意义

通过高密度电法，首先对场区岩溶分布情况进行了初步摸查，确定了岩溶发育的分布范围，在后期勘探工作量布置时可以给出较好的指导意义。

通过电磁波CT法，对场区钻孔间的岩溶分布情况进行了进一步摸查，在后期施工开挖提供了较强的地质依据。

通过智能孔内电视成像，成果图像清晰，图像显示的地层岩性主要为灰色中厚层灰岩、角砾状灰岩，局部见白云质灰岩，区内裂隙较发育，以顺层裂隙为主，沿裂面多见溶蚀现象；通过对孔内岩溶分布情况及岩层完整性情况摸查，可以进一步查明岩溶的分布规律及特征。

通过井液电阻率与矿化度的对应关系的换算就能计算出各含水层的渗透速度，并与钻孔内水文试验进行对比分析。

通过剪切波测试，并根据相关规范对场地类别的划分。

2.2 解译与验证

综合物探所采用的高密度电法、电磁波CT法、智能孔内电视成像、剪切波测试及井液电阻率等物探方法，由于适合测区的地质与地球物理条件，加之有大量可靠钻孔资料作为建模解释有利条件，本次物探成果可以满足工程建设的要求。

本次勘察通过综合物探方法结合钻探、试验，高密度电法从区域性上初步摸查岩溶分布情况，后期钻探过程中基本得到验证；井液电阻率、智能电视成像、电磁波CT相互验证岩溶发育情况、岩层的节理裂隙发育情况；综合物探、钻探、试验成果在施工开挖过程中得到进一步的验证。

3 小结

3.1 文中所采用的综合物探方法是对传统单一钻探的勘察方法的补充，经过本次勘察的实际应用，取得了较好的效果。

3.2 本文所作的综合物探工作是在岩溶强发育区，在类似地质条件区根据工程可以借鉴使用。