资源描述
地下岩溶勘探地球物理前提:岩溶又名karst ,指可溶性岩石,特别是碳酸盐类岩石(如石灰岩、石膏等), 受含有二氧化碳的流水溶蚀,有时并加以沉积作用而形成的地貌。石 灰岩在略 有酸性的水中更易於溶 解,而这 种水在自然界中广泛存在。雨水沿水平的 和垂直的裂缝渗透,将石灰岩溶解,并以溶液形式带走。沿节理发育的垂 直裂隙逐渐加宽、加深,形成石骨嶙峋的地形。当雨水沿地下裂缝流动时,就不断使裂缝 加宽、加深,直到终於形成洞穴 系统或地下河道。岩溶的存在,成为工程施工及维护中的重大安全隐患。测量参数:电磁波在地下 传播的过 程中,碰 到介质的 分界面(即空隙的 岩壁),被 反射回地面。通过检测岩壁 反射的电磁波信号,达到探测地下岩溶的目的。使用地质雷达进行地下岩溶探测,发射和接受 电磁波,主要是测量发射和 接收的时间间 隔,以计算岩溶的深度和位置。测量仪器及其工作原理:地质雷达(/ground pene ting mdar ,简称GPR)是20世纪70年代发展起来 的一种用于确定地下介质分布的广谱电磁法,以其高分辨率、高效率和无损探测 成为地球物理勘探的有力工具。国内外一些专家已在工程勘察领域中的应用做了 大量的研究工作,尤其在空洞探测方面取得了瞩目的成绩, 但在岩溶勘察方面的 研究尚还薄弱。地质雷达的基本原理:地质雷达的工作原理基于高频电磁波理论,其 工作方式是由地面发射天线 T向大地发射主频为数兆至上 千兆赫兹的高频 电磁波。电磁波在地下 传播过程 中遇到 介质的 分界面后被反 射回地 面,再 由接收天线 R接收。根据 接收信号及电磁波在底层中的传播时间便可判断电性界面的存 在及其埋藏深度。其特性参数为:电磁波双程旅 行时间t (ns):假定发射天线与接收天线之间的间 距为X, m;H为反射点埋深, m电磁波在介质中的传播熟读 为V, m/ns,则电磁波传 播的双程旅行 时间t ( ns)为t=(4H 2+X2) 1/2/V。电磁波在介质 中的传播速度 V m/ns):电磁波 传播速度V=c/(,卩)1/2, 其中c为电磁波在 真空中的传播速度(0.3m/ns ) ; 为地下介质的相对电 常数;卩r为介质的相 对磁导率(卩r1)。电磁波反射系 数r :电磁波在介质中传播时,当遇到相对介电常数明显变化的地质体时,会发生反射和折射现象,反射系数表征了反射和折射间1 /21 /2 1 /21 /2的能量分配关系,其表达式如下r丁2丄2一 j1.r1;r2一 ;r11/21 /2 1 /21 / 2;r2 丄2 j 亠 | 卫1 .1 | 卫 2 j 亠第一层介质的相对介电常数;第二层介质的相对介电常数;第一层介质的相对磁导率1 ;第二层介质的相对磁导率1则地质分界面 距离地面的深度 H为:2.2 2H =v2(t /2 2 -(X /2Jv2t2 X2地质雷达探测是以被测目的体(岩溶)与其围岩之间存在明显的电磁性差异 为基础的,被测目的体的电性特征、埋藏深度、规模大小及赋存形态等特性都直 接影响方法的有效性,在实际应用中更应注重场地特有的地球物理特征,通过现场试验来正确选择地质雷达的r作参数,以免由于选择了不合理的或错误的技术 参数而导致应用的失败。应用实例:与钻探方法仅限于“点”相比,地质雷达探测能解决“线”和“面”的问 题,可获得地下完整的面积性资料,且费用较低,因此选择地质雷达方法对场地 的岩溶发育情况进行探测。根据场地条件和电磁波在介质中的传播参数表(见表1)选择SIRIOH, 2 system地质雷达,配备中心频率为20MHZ勺天线,工作时测 线间距10m探测点距0. 5m如图2所示是该场地21测线325355m其中的0n对 应325m)地质雷达剖面图的一部分,从图中可以很清楚地看到曲线反应异常,结 合场地地质资料,将其解释为宽约5m高约10询勺不规则岩溶,成果如图3所示。后 经547号钻孔证实,“该处发育l较大岩溶,起止深度4. 514. 3m,内充填可塑 状棕红色粘土”。实践表明: 在岩溶勘察中,采用钻探与地质雷达探测相结合的方法是行之有效 的,可获得连续完整的地质剖而。采用此方法不但能提高勘察施工效率、保证勘 察成果质量,还可节约勘察投资,建议在今后类似工作中推广应用。 在虚用此方 法岩溶勘察时还应注意:地质雷达探测是以被测目的体(岩溶)与其围岩之间存在 明显的电磁性差异为基础的,被测目的体的电性特征、埋藏深度、规模大小及赋 存形态等特性都直接影响方法的有效性,在实际应用中更应注重场地特有的地球 物理特征,通过现场试验来正确选择地质雷达的 r作参数,以免由于选择了不合 理的或错误的技术参数而导致应用的失败。
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