巖溶地區(qū)地質勘察綜述
2016-10-17
1、引言
巖溶地區(qū)在我國分布十分廣泛,以廣西、四川、云南、貴州最為發(fā)育, 其余如湖南、廣東、浙江、江蘇、山東、山西等地均存在規(guī)模大小不同的巖溶地區(qū)。由于地表水和地下水的溶蝕作用, 發(fā)育著各種類型的巖溶地貌和巖溶形態(tài), 產(chǎn)生溝槽、裂隙和空洞。巖溶勘察的目的在于查明對建筑物場地和地基有影響的巖溶的發(fā)育規(guī)律, 巖溶形態(tài)的分布、形狀、規(guī)模, 巖溶水情況對土層的工程性質等, 并對建筑場地的適宜性和地基的穩(wěn)定性作出評價。
不同地質時代的可溶性巖層,由于巖溶在時間和空間上發(fā)育的不均一性,造成巖溶地區(qū)的地質情況非常復雜, 因此在進行巖溶勘察時,僅靠傳統(tǒng)的地質方法難以得到滿意結果，因而采用合理的勘察方案和勘察方法就顯得尤為重要。本文在多年來在巖溶地區(qū)工程勘察的經(jīng)驗的基礎上，收集相關工程資料和他人的研究成果并加以綜合整理、分析和研究, 總結出適用于巖溶地區(qū)工程地質勘察的方法。
2、巖溶工程地質勘察的地質方法
2.1 鉆探
鉆探是工程地質勘察最直接的勘探手段。主要受地形條件影響較大，特別是對于鐵路工程勘察，交通和機具搬運、安置等都很困難，因此物探對于鐵路巖溶地區(qū)工程地質勘察顯得尤為重要。對于交通方便的地區(qū)，幾乎任何條件下均可使用鉆探方法。鉆探工作是了解一定深度范圍內的巖溶發(fā)育情況, 尤其當?shù)乇頍o巖溶現(xiàn)象或有覆蓋層時, 結合地質調查和物探資料, 根據(jù)工程具體情況布置鉆孔。工程地質勘察中使用的鉆探方法較多, 因而要根據(jù)具體情況選用適宜的鉆探方法和機具, 此外,為了利用鉆孔更好地了解地下地質情況,配合鉆探, 往往要進行鉆孔壓水試驗或抽水試驗等水文地質工作。
2.2 靜力觸探
靜力觸探手段在工程地質勘察中主要是用來確定軟土、粘性土和砂類土的承載力。靜力觸探用于覆蓋型巖溶工程地質勘察，主要是查明第四系覆蓋層中有無隱蔽土洞存在、土洞的規(guī)模及埋藏位置、 疏松裂隙帶的分布及其范圍等。其方法是: 在依據(jù)鉆探、物探資料進行了初步穩(wěn)定性分區(qū)的基礎上有針對性的布置靜力觸探孔， 結合具體情況,解釋靜力觸探PS-h是否出現(xiàn)異常值來推測有無土洞或裂隙帶。
在覆蓋型巖溶工程地質勘察采用靜力觸探方法，解決了鉆探、物探手段受到技術和經(jīng)濟上的限制或場地的限制時，為探明覆蓋層中潛蝕作用的分布范圍和強度提供了簡便的方法。在綜合勘探中合理使用靜力觸探手段可以提高勘測質量、縮短勘測周期。另通過靜力觸探與其它物探方法相結合可以用來探明土層中隱伏土洞與擾動土層。
3、巖溶工程地質勘察的物探方法
3.1 遙感技術
遙感技術是根據(jù)電磁輻射的理論, 應用現(xiàn)代技術中的各種探測器, 對遠距離目標輻射來的電磁波信息進行接受, 傳送到地面接收站加工處理成遙感資料( 圖象或數(shù)據(jù))用來探測識別目標物的整個過程。它是建立在現(xiàn)代物理學、數(shù)學、電子計算機技術和地學規(guī)律基礎之上的。具有調查面積大,重復性好等特點,遙感圖像能宏觀而真實地反映地表特征和各種地質現(xiàn)象的空間關系，遙感影像視域廣闊、信息量大, 在識別巖溶地貌形態(tài)、巖溶層組劃分及地質構造特征等方面, 具有其它勘測方法所不及的優(yōu)點, 尤其更適用于我國南方裸露型巖溶地區(qū)。地球資源衛(wèi)星遙感、航空遙感、熱紅外遙感、側視雷達遙感等,在70年代引進我國以后, 被廣泛應用于巖溶地區(qū)工程地質勘察。遙感在新建鐵路選線、水利水電工程區(qū)域穩(wěn)定性評價、巖溶水庫滲漏分析等方面都發(fā)揮了重要作用。
3.2 地球物理勘探
采用地球物理方法對巖溶進行探測是巖溶地質調查的重要手段。巖溶洞穴與其圍巖之間一般存在較明顯的密度、速度和電性等物理性質的差異, 目前, 適用于巖溶勘察的物探方法主要有電阻率法、微重力法、鉆孔電磁波透視法、五極縱軸電測深法、地震層析成像技術、瞬變電磁法、地質雷達等。物探方法的綜合應用能有效查明了巖溶的分布范圍、埋藏深度和發(fā)育情況。本文在總結資料的基礎上, 對各種方法的優(yōu)缺點、勘察效果和適用條件進行介紹。
3.2.1直流電法
直流電法是以巖層電學性質的不同為基礎，通過觀測電場變化規(guī)律來解決地質問題的一種勘探方法。不同巖性由于成分和結構不同而具導電性的差異。直流電法的原理就是根據(jù)導電性差異來了解巖層分布和地質構造形態(tài)的方法。直流電法常用的電測深法和電剖面法兩種，電測深是探測沿垂向深度變化的地質信息；電剖面是了解沿橫向電性變化情況。另外直流電法還有高密度電法、三維電法、自然電場法、充電法、激發(fā)極化法應用時應根據(jù)工作條件和探測要求選用相應的觀測方法和觀測裝置。
3.2.2瞬變電磁法
瞬變電磁法是利用不接地回線源向地下發(fā)送脈沖電磁場（一次場），在一次脈沖電磁場的間斷期間，利用線圈觀測二次渦流場的方法。瞬變電磁法應用廣泛，在接地條件差和高阻圍巖中區(qū)分低阻目標物，利用多測道剖面曲線識別覆蓋層下是否賦存低阻異常體。適用于探測隱伏斷層破碎帶、覆蓋層、地下古河道、巖溶、洞穴等、堤防和防滲帷幕隱患探測、地下水和地熱源探測等，也可進行分層探測。
3.2.3地震波法
地震勘探是研究由人工激發(fā)的地震彈性波在巖土介質中的傳播規(guī)律，以探測地層和構造的分布形態(tài)。地震勘探正是利用地下介質傳播條件變化特征來查明地質問題。根據(jù)所采集的地震波在介質中的傳播速度與振幅、波形特征等來劃分介質的物性、巖性及結構等。
（1）反射波法。反射波法是利用反射波沿測線的反射時距曲線來確定反射界面深度與構造形態(tài)。反射波法可探測基巖面上覆蓋層厚度。反射波法適用于劃分地層界線、查找地質構造、探測不良地質體的厚度和范圍、隧道施工超前預報。
（2）面波法。面波（瑞利波）法是一種新興的巖土原位測試勘探方法，利用面波的頻散特性和傳播速度與巖土物理力學性質的相關關系，來解決工程地質問題。適用于探測淺部地層中的巖溶洞穴等不均勻體、評價路基基床質量和地基整治加固效果。
3.2.4電磁波法
電磁波（CT）探測方法是在兩個鉆孔之間進行，一個孔發(fā)射電磁波，另一個孔接收電磁波，通過探測孔間地層對發(fā)射電磁波的吸收程度，來推斷解釋兩孔間的地質及構造情況。電磁波層析成像適用于在鉆孔中探測鉆孔間或鉆孔周圍的巖溶洞穴、破碎帶等。
3.2.5地質雷達
地質雷達是基于地下介質的電導率、介電常數(shù)等電性參數(shù)的差異, 利用高頻電磁脈沖波的反射探測地下介質分布的一種物探手段。高頻電磁波在介質中傳播時, 其路徑、電磁場強度和波形, 將隨所通過介質的電性特征及幾何形態(tài)而變化, 故通過對時域波形的采集、處理和分析, 可確定地下界面或目標體的空間位置及結構。適宜于探測淺埋藏的巖溶、洞穴、構造破碎帶、層間構造帶、巖性分界面，也可用于淺部分層和土層內部淺埋藏洞穴的探測。
4、結束語
物探的每一種方法的應用都有其應用的前提， 只有在滿足前提條件下的勘察效果才會是好的。因此, 在確定使用何種物探方法之前，正確地分析判斷場地的地質情況是非常重要的，采用綜合物探,可以取得更好的效果。將物探應用到工程地質勘察中，能降低勘察成本，縮短勘察工期，提高勘察工作質量，但不能忽略鉆探作為最基本的工程地質勘察的勘探手段所發(fā)揮的重要作用。每種方法都有各自的優(yōu)缺點及適用條件， 應取長補短，互為補充。大量的工程實踐表明，物探定性配合鉆探定量，能更好地了解工程地質情況，為設計提供準確的依據(jù)。
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