电磁波CT在岩溶勘察中的应用

陈 垿

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局3总队，贵州 遵义 563000)

0 引 言

岩溶地区地下发育不均匀，地质结构复杂，在岩溶勘察中，如果采用传统的钻探和电测技术，很难获得完善的勘察结果。采用电磁波CT技术，不仅分辨率高，而且能够准确显示出岩溶区域地质结构图像，并且反演成果准确可靠。因此，需对电磁波CT技术在岩溶地区勘察中的应用方式进行深入研究。

1 电磁波CT法原理

在电磁波CT技术的应用中，需对2个钻孔发射和接收电磁波，通过对不同区域场强大小进行分析，即可确定勘察区域不同介质分布情况。在电磁波CT技术的实际应用中，首先对地下发射电磁波，电磁波在地下空间中传播，并发生辐射，然后接收电磁波，另外，在正反演中，需以电磁场理论以及天线理论作为依据。

在电磁波CT技术的实际应用中，主要有2种成像方式：①绝对衰减层析成像；②相对衰减层析成像。在第一种成像方式的应用中，可创建地下介质绝对衰减二维分布图像，而在第二种成像方式的应用中，可创建地下介质相对衰减二维分布图像。不论采用何种成像方式，其反演方程组的数字形式相同，通过将CT技术应用于电磁波法中，能够避免人为因素影响，保证勘察结果准确性和可靠性。

2 工程概况

某勘察区域岩溶发育不均匀，岩溶连通性好。根据现场勘察，勘察区域岩性为灰岩，该区段岩溶较发育。在对该区域进行地质勘察时，共布置11个钻孔和6条CT剖面。工区内地质结构是由杂填土、粉质黏土以及碎石层所组成的，另外，通过水文勘察，水位埋深为10 m。溶洞相对介质常数比较大，与灰岩土和土层相比差异较大。因此，综合考虑勘察区域水文地质条件特征，采用电磁波CT技术进行地质勘察。

3 岩溶勘察中电磁波CT的应用方法

3.1 工作流程

在岩溶地质勘查中，电磁波CT技术的应用流程比较复杂，具体可分为3个步骤，即采集数据、对数据进行处理以及资料解译分析。

在该次岩溶地质勘查中，收发距为2个钻孔的间距，要求控制在25 m以内。另外，发射点距与接收点距分别为2 m、0.5 m。工作频率共有3个频段，分别为10 M、12 M和14 M。

在该次勘察中，根据现场实际情况采用定点观测方式，对于发射天线，可将其安装在钻孔底部位置，同时每间隔2 m即可进行固定法神，同时采用接收天线进行移动测量，对于移动距离，应控制在孔距的2倍以内。在第一次天线发射完成后，对天线所接收的信息进行采集和处理分析。根据勘察现场实际情况重复上述过程，直至达到最小发射深度。

在获得大量勘察数据后，要求对各类勘察数据进行预处理，在数据预处理中，要求准确识别突变点，同时还应对可以数据前后各类数据的变化特征进行分析，在去除突变点后，对相邻点的数据做好平滑处理。通过应用上述数据处理分析方式，能够筛选出大量勘查数据中的可用数据，进而保证勘察分析结果的准确性和可靠性。

3.2 数据处理

在利用电磁波CT法进行岩溶地质勘查中，数据处理方式比较复杂，在采集到勘查数据后，据此创建吸收系数β图像。现如今，在岩溶地质勘察中，代数重建方式比较多，在本次研究中，采用联合迭代重建技术(SIRT)、代数重建技术(ART)等。

探测区域网格化处理模式如图1所示，通过应用SIRT技术构建电磁波CT图像时，对于探测区，应采用网格化处理方式，在具体的处理过程中，可假设网格中介质均匀，并且吸收系数相同。

通过对图1进行分析可见，第i条发射从发射至接收的路径为射线通过所有网格的距离，可根据公式(1)进行计算。

(1)

代入式(2)：

(2)

式中：

K—迭代次数；

Wj—在第j个网格中所通过的所有射线数量；

3.3 资料解释

根据以往的勘察经验，在该次岩溶勘察中，视吸收系数βs的取值范围如下：粉质黏土1.0～3.0 dB/M；碎石层0.8～3.5 dB/M；石灰岩(完整)<1 dB/M；石灰岩(中风化)<1.5 dB/M；溶洞3.6～6.5 dB/M。

在岩溶勘察区电磁场中，介质类型比较复杂，具体包括溶洞、岩石、破碎带等，在电磁波传递过程中，在遇到不同介质后均能够被吸收，但是不同介质对于电磁波的吸收程度有所不同。通过实践研究发现，松散土体、黏土重填溶洞对于电磁波的吸收度比较大其次为破碎带、裂隙等，如果岩土结构完整度较高，则对于电磁波的吸收程度较弱。

在对该项目进行勘察时，共选择3个剖面，对于不同剖面形式，均需做好反演分析。

剖面1电磁波视吸收系数整体浅部大于深部，视吸收系数在3.6 dB/M以内。结合钻孔资料，没有发现岩溶、裂隙等地质问题。

剖面2的电磁波视吸收系数整体浅部小，深部大，并且有多个高值区，视吸收系数在3.2～4.8 dB/M之间。

剖面3的深度在19.5～26 m之间，并且有黏土重填溶洞和溶蚀发育区。

为了对电磁波CT技术勘察所得结果的准确性进行分析，采用钻探技术进行验证分析。在该次勘查中，通过应用电磁波CT技术，确定异常区域深度在19～25.5 m之间。在利用钻探技术进行现场勘查后显示，异常区域深度在20.8～25.0 m之间。

4 结 语

岩溶地质结构复杂，勘察难度较大，通过将电磁波CT技术应用于岩溶地质勘察中，能够有效弥补传统测绘技术的弊端，有效解决岩溶发育、破碎带分布等问题。需要注意，岩溶地质充填性、破碎带饱水性对于电磁场的影响较大，因此，在电磁波CT技术的实际应用中，还应结合钻探资料进行综合解析，保证勘察结果的准确性和可靠性。