巖溶地區(qū)巖土勘探方法

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1引言

我國巖溶無論是分布地域還是形成時(shí)代上都有相當(dāng)大的跨度，使得不同地區(qū)巖溶發(fā)育各具特色。但無論是何種類型巖溶，其共同點(diǎn)是：由于巖溶作用形成了地下架空結(jié)構(gòu)，破壞了巖體的完整性，降低了巖體強(qiáng)度，增加了巖體滲透性，也使得地表面強(qiáng)烈的參差不齊，以及碳酸鹽巖極不規(guī)則的基巖面上發(fā)育各具特征的地表風(fēng)化產(chǎn)物一紅粘土，這種由巖溶作用所形成的復(fù)雜地基常常會(huì)由于下伏溶洞頂板坍塌、土洞發(fā)育而形成大規(guī)模地面塌陷、巖溶地下水的突襲、不均勻地基沉降等，對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生重要影響。

2巖溶地區(qū)勘察方法

2．1巖土工程的一般勘察方法

巖土工程勘察常用的方法有鉆探工程、坑探工程及地球物理勘探三類。鉆探和坑探工程是直接勘探手段，能較可靠地了解地下地質(zhì)情況。鉆探工程是使用最廣泛的一類勘探手段，普遍應(yīng)用于各類工程的勘察中。由于它對(duì)一些重要的地質(zhì)體或地質(zhì)現(xiàn)象有可能會(huì)誤判、遺漏，所以也稱它為“半直接”勘探手段，而坑探工程勘探人員可以在其中觀察編錄，以掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，但是重型坑探工程耗資高，勘探周期長，使用時(shí)應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)要求。地球物理勘探簡稱物探，是一種間接的勘探手段，它可以簡便而迅速的探測(cè)地下地質(zhì)情況，且具有立體透視性的特點(diǎn)，但其勘探成果具多解性，使用時(shí)往往受一定條件的限制。

2．2巖溶地區(qū)物探勘察方法

巖溶地區(qū)勘察主要是探測(cè)建筑區(qū)巖溶溶蝕、漏斗、溶洞、暗河的平面分布和巖溶地下水的分布等情況。在巖溶地區(qū)的物探勘察方法中主要使用電阻率法、高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震法、瞬變電磁法、激發(fā)極化法、測(cè)井、無線電波透視法、鉆孔電磁波透視法、微重力法、射氣測(cè)量等。

2．2．1電阻率法

電阻率法是電法中勘察巖溶地質(zhì)最常用的勘察方法，也是早期巖溶勘察中運(yùn)用最多的物探方法。電阻率法包括電剖面和電測(cè)深法。在巖溶地質(zhì)的勘察中更多的是使用電測(cè)深法進(jìn)行勘探。電測(cè)深法對(duì)勘察隱伏淺層巖溶較為有效，電測(cè)深勘探比鉆探探查的范圍大。電測(cè)深法是對(duì)巖土體三維情況的勘察方法，是體積勘探概念，它除探測(cè)測(cè)點(diǎn)下方垂線上的巖溶情況，同時(shí)還探測(cè)外側(cè)一定范圍(與電場(chǎng)分布有關(guān))的截面上的情況；而鉆探僅局限于沿鉆孔軸線上的探查。這也是根據(jù)測(cè)深解釋結(jié)果和鉆探結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)會(huì)出現(xiàn)不相符的原因。如果工作布置合理，點(diǎn)距與線距選擇適當(dāng)，利用電測(cè)深體積勘探可了解地基空間巖溶發(fā)育的整體性情況，但是它只具有宏觀上的掃描功效，只能從宏觀上解釋鉆孔揭露的某些巖溶現(xiàn)象，而且分辨能力低下。

2．2．2高密度電阻率法

高密度電阻率法在勘察覆蓋型巖溶發(fā)育地區(qū)的第四系土洞發(fā)育、灰?guī)r巖溶、斷裂發(fā)育情況以及確定灰?guī)r的分布情況等方面，能取得較好的地質(zhì)效果。高密度電法是一種快速、高效、經(jīng)濟(jì)的淺表巖溶構(gòu)造勘察手段，這種方法能夠有效地發(fā)現(xiàn)我們所關(guān)注的深度范圍的巖溶構(gòu)造，較為準(zhǔn)確地確定巖溶存在的位置及大小，然而高密度電阻率法有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是對(duì)場(chǎng)地的要求較高，要求工作區(qū)地形相對(duì)較平坦，所以一般來說高密度電法在平地或地勢(shì)平緩的地方應(yīng)用效果會(huì)比較好。

2．2．3地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)與常規(guī)的鉆探工作相比，地質(zhì)雷達(dá)在探測(cè)巖溶方面有其他物探148方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它是一種高效、直觀、連續(xù)無破壞性、分辨率高的物探方法，提供的資料圖件為連續(xù)的平面和剖面形態(tài)，對(duì)溶洞的分布范圍、埋深、大小及連通情況一目了然，尤其是對(duì)微小目標(biāo)的探測(cè)。地質(zhì)雷達(dá)定性預(yù)測(cè)溶洞或采空洞的存在較準(zhǔn)確，但對(duì)溶洞或采空洞大小的預(yù)測(cè)比實(shí)際尺寸偏大，且存在線性相關(guān)關(guān)系，由于巖溶本身的空間形態(tài)發(fā)育非常復(fù)雜，大量溶蝕溶溝形態(tài)發(fā)育時(shí)，反射波電信號(hào)相互干擾、重疊、造成探測(cè)結(jié)果擴(kuò)大化：當(dāng)溶洞發(fā)育呈層狀分布，對(duì)于E下層溶洞之間的巖石溶蝕發(fā)育或破碎，地質(zhì)雷達(dá)的雷達(dá)圖象難以區(qū)分，探測(cè)結(jié)果易判為一個(gè)大溶洞；如巖石存在破碎帶，由于巖性的差異顯著，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果也會(huì)顯示存在空洞。此外，地質(zhì)雷達(dá)在巖溶地區(qū)的探測(cè)還受到上覆土層厚度和地下水的影響，而且探測(cè)深度較小，地形要求相對(duì)平坦，操作人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平及儀器參數(shù)選擇的是否得當(dāng)也都是取得良好探測(cè)效果的關(guān)鍵因素。

2．2．4淺層地震法

地震勘探是指通過研究人工震源激發(fā)所產(chǎn)生的地震波在地下介質(zhì)中的傳播規(guī)律來解決地質(zhì)問題的一種物探方法。在淺層地震勘探技術(shù)中，常被用來勘察巖溶地質(zhì)的勘察方法包括：地震波cT層析成像技術(shù)、井間超聲波層析成像技術(shù)、瑞雷波面法等。淺層地震法在巖溶勘察中，具有使用儀器占地小、應(yīng)用范圍廣、精細(xì)程度高，可靠性強(qiáng)、成圖直觀，受外界干擾小的特點(diǎn)，能夠較準(zhǔn)確反映和區(qū)分溶洞大小、溶蝕發(fā)育等，它比此前介紹的幾種物探方法的勘測(cè)深度大，能夠勘測(cè)到地下60m#b的深度。但是資料采集和計(jì)算工作量大，對(duì)勘察人員的技術(shù)要求比較高。

3巖溶地區(qū)巖土工程綜合勘察方法

3．1巖溶場(chǎng)地的巖土工程勘察與分區(qū)

目前，大多數(shù)的物探方法在巖溶勘察工程中的應(yīng)用，是采用一種或幾種具體的物探方法在某一有限區(qū)域內(nèi)使用，而沒有針對(duì)具體的巖溶工程地質(zhì)條件提出如何應(yīng)用多種物探方法進(jìn)行綜合的勘察。巖溶場(chǎng)地的工程地質(zhì)分區(qū)是以場(chǎng)地的穩(wěn)定條件作為分區(qū)基本原則，其中“無巖溶區(qū)”和“巖溶不發(fā)育區(qū)”比較容易劃分，“巖溶發(fā)育場(chǎng)地穩(wěn)定區(qū)”與“巖溶發(fā)育場(chǎng)地不穩(wěn)定區(qū)”劃分比較困難。目前對(duì)巖溶場(chǎng)地的評(píng)價(jià)還處于經(jīng)驗(yàn)多于理論、定性多于定量階段。巖溶地質(zhì)勘察包括工程地質(zhì)調(diào)查與測(cè)繪、各種勘探方法(物探、鉆探和坑探等)和測(cè)試工作。在巖溶地區(qū)，由于巖溶在空間上發(fā)育不均一性和巖溶水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性以及地形的多樣性，一些常規(guī)地質(zhì)方法在一定程度上受到限制，如鉆探方法由于成本高、勘探周期長，不可能以極密的網(wǎng)度來查明復(fù)雜的巖溶分布特征。因此，需要合理地結(jié)合綜合物探方法才能對(duì)巖溶進(jìn)行立體勘探，解決一些普通方法無法解決的問題，從而為巖溶發(fā)育場(chǎng)地穩(wěn)定性的科學(xué)劃分提供基礎(chǔ)條件。

3．2巖溶場(chǎng)地的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

對(duì)于一些大型的工程項(xiàng)目，由于巖溶地區(qū)的工程地質(zhì)十分復(fù)雜，為了工程的安全、質(zhì)量和進(jìn)度，有必要進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作。巖溶地區(qū)的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，可以避免和減少由于地質(zhì)狀況不明而給施工帶來的嚴(yán)重影響，甚至重大事故，解決施工中全過程工程地質(zhì)調(diào)查的配套工藝和相應(yīng)設(shè)施，是保證施工質(zhì)量，提高施工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。目前的超前預(yù)報(bào)方法在實(shí)踐中積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)，也暴露出不少問題，最主要的問題是不良地質(zhì)條件的判讀缺乏明確的指標(biāo)，更多的依賴于經(jīng)驗(yàn)，其次是不良地質(zhì)對(duì)象的定位精良不高；第三是對(duì)于預(yù)報(bào)巖體工程類別的變化方面還缺乏可靠的依據(jù)。這些問題和缺點(diǎn)主要是由于觀測(cè)條件的限制、觀測(cè)方式過于簡單和分析處理方法比較簡單造成的，還有待更進(jìn)一步的發(fā)展與提高。

3．3巖溶場(chǎng)地的綜合地質(zhì)勘察方法

通過大量的文獻(xiàn)資料查閱，注意到現(xiàn)有的研究都局限于某個(gè)或者某幾個(gè)物探勘察方法的研究，對(duì)于巖溶地區(qū)綜合地質(zhì)勘察方法很少涉及到，還應(yīng)注意到的是，物探方法只是間接的地質(zhì)勘察方法，最終地下的巖溶地質(zhì)情況還需要通過鉆孔勘察來驗(yàn)證。張運(yùn)標(biāo)在文獻(xiàn)中利用鉆探與跨孔cT電磁波透視法，有效地查明了埋藏型、覆蓋型巖溶場(chǎng)地的溶洞空間分布規(guī)律。由于巖溶地區(qū)的復(fù)雜性，必須采取各種勘察手段相結(jié)合的方式，才能取得與實(shí)際相符的資料，根據(jù)勘察性質(zhì)、地質(zhì)條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等綜合因素，合理制定勘探方案是巖溶地質(zhì)勘探的關(guān)鍵，若只采取鉆探的方法，不僅花費(fèi)大，而且不…定能滿足勘察的要求。采取在巖溶地區(qū)運(yùn)用遙感技術(shù)、地質(zhì)測(cè)繪、綜合物探及地質(zhì)鉆探等綜合勘察手段，能夠較為準(zhǔn)確地查明可溶巖的分布、巖溶發(fā)育形態(tài)及巖溶水的儲(chǔ)存規(guī)律，取得良好的效果。

4結(jié)束語

綜合利用各種探測(cè)方法全面準(zhǔn)確的反映巖溶場(chǎng)地的地質(zhì)情況，從而使設(shè)計(jì)、施工建立在一個(gè)堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)上，確保工程設(shè)計(jì)、施工和使用達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理，以避免由于單一的勘察手段所提供的不確切的甚至錯(cuò)誤的勘察結(jié)果給設(shè)計(jì)和施工所帶來的不良后果。發(fā)揮物探技術(shù)的先進(jìn)性、全面性及鉆探的直觀性，并使其能相互滲透、互為補(bǔ)充，使各種勘探手段有序的進(jìn)行，不斷在工作過程中調(diào)整方案、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，提高地質(zhì)的勘探水平。