宋 允，鄭 興

核工業(yè)二九〇研究所地質環(huán)境中心，廣東 韶關 512000

為拉動粵北地區(qū)的經濟發(fā)展，粵北某灰?guī)r地區(qū)建設了一座綜合性通用機場，飛行等級指標為4C，占地面積為2.2km2。區(qū)域地質資料顯示該場地位于泥盆系上統(tǒng)天子嶺組（D3t）灰?guī)r上，初步勘察中隱伏巖溶表現(xiàn)特征差異大，分布廣泛、埋深不一致、充填物性質不一，無法判別巖溶分布發(fā)育規(guī)律，通過采取聯(lián)袂應用高密度電法和跨孔電磁波CT的勘察方法，取得了較好的效果。

1 場地地質條件

該建設場地主要巖性為灰?guī)r，上部為薄～中厚層灰?guī)r、泥質灰?guī)r，下部為中厚～厚層灰?guī)r。建設場地構造位置處于粵北山字形構造體系的脊柱東側，南北向瑤山復背斜的東翼，北東向的廂廊向斜北西翼；斷裂構造主要為北東向犁市斷裂，次為北西向的斷裂構造。建設場地中部有一條推斷的北東向32°斷裂構造通過，受區(qū)域構造影響，場地內巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要有三組節(jié)理發(fā)育，節(jié)理寬0.1～0.5cm，節(jié)理局部充填方解石。受巖性及構造的影響，該場地可能發(fā)育隱伏巖溶，發(fā)育強弱及聯(lián)通情況不明[1]。該場地位于剝蝕丘陵地貌區(qū)，地表有多處池塘，距武江河近。地表覆蓋層為耕植土層和粉質黏土層。地表地質調查并未發(fā)現(xiàn)溶洞、土洞坍塌的跡象，現(xiàn)狀地質災害不發(fā)育[2]。

2 高密度電法

2.1 工作原理

高密度電法勘察原理是以巖土體的電性差異為基礎，向研究對象施加電場，根據地下傳導電流的變化分布規(guī)律判斷研究對象的性質。溶洞、殘坡積層、含砂透鏡體電阻率較低，灰?guī)r、砂礫巖電阻率較高。在地表測量接收極之間電壓UMN，利用歐姆定律計算電阻率，根據不同深度的電阻率變化，推測地下溶洞或土洞分布狀況[3]。

2.2 外業(yè)布線

在場地內共布設6條測線，總長度為13km，跑道區(qū)域3條較長，每條長3.73km，間隔200m，航站樓及辦公區(qū)域布設3條較短的測線，每條長0.6km，間隔200m。該測線布設能夠覆蓋整個區(qū)域的巖溶發(fā)育情況，通過測試地下電阻率情況，圈出巖溶發(fā)育異常區(qū)域，測線布設如圖1所示。

圖1 高密度電法測線布設圖

2.3 高密度電阻率法解譯

高密度電阻率法的數據處理是把所測得的視電阻率經數據格式轉換、數據預處理、地形校正、正演和反演計算，最后得到視電阻率成像色譜圖并對其進行地質解釋。通過繪制高密度電法解譯剖面圖及推斷巖溶異常分布圖，推測異常分區(qū)及巖溶發(fā)育情況。6條測線分段解譯之后，以6條測線為剖面線，在地下30m范圍內，測得多處電阻異常點，表明在建設區(qū)域內存在大量土洞和溶洞。

2.4 高密度電阻率法成果及缺陷

此次布設6條測線共13km，圈出巖溶發(fā)育重點區(qū)地段長度共計1672m，巖溶發(fā)育深度為5～25m，較大溶洞36處，較小的溶洞有132處。將168個電阻異常點投射在場地平面圖上，并沿其邊緣將巖溶發(fā)育區(qū)圈定，共圈定巖溶高發(fā)育區(qū)7個，巖溶主要發(fā)育在機場北東部跑道和航站樓左側地段。

高密度電法表明建設場內局部地段巖溶發(fā)育，特別是跑道東北部及航站樓左側巖溶發(fā)育程度高。但高密度電法僅大致圈出了巖溶高發(fā)育區(qū)，對于巖溶的發(fā)育程度、發(fā)育規(guī)模及各測線之間的溶洞連通性并未揭示，故該結果應用于工程建設及巖溶治理是存在缺陷的。

3 跨孔電磁波CT

為徹底探明巖溶的發(fā)育，特別是平面上的巖溶發(fā)育聯(lián)通情況，在高密度電法圈定的巖溶發(fā)育區(qū)域內，使用跨孔電磁波CT可進一步查明巖溶發(fā)育情況。

3.1 工作原理

跨孔電磁波CT是通過測量透過兩鉆孔的電磁波能量的吸收衰減量，并通過計算機對觀測數據進行層析成像處理，重建兩孔間介質電磁吸收系數圖像，根據介質電磁特性與地下介質的地層、構造的相關關系，重構地下結構與構造的地質剖面圖[4]。

3.2 野外工作

跨孔電磁波CT測量工作使用儀器為EWCT-3型孔間電磁波層析成像系統(tǒng)。根據高密度電阻率法的成果，在機場建設區(qū)內圈定的7個巖溶高發(fā)育區(qū)進行重點勘測，勘測區(qū)分布及勘測孔分布示意圖如圖2所示。

圖2 電磁波CT工作區(qū)布設圖

3.3 資料解譯

由于不同介質對電磁波的吸收存在差異，當電磁波穿越不均勻地下介質，或者層析介質中存在不均勻層或裂隙破碎等異常時，其吸收系數就會呈現(xiàn)異常，利用這些差異來推斷目標體位置及其幾何形狀[5]。

一般而言，完整灰?guī)r吸收系數較低，電磁波強度數值在0.18～0.3dB，泥質膠結、巖溶裂隙發(fā)育、黏土充填溶洞、黏土介質對電磁波吸收較強，反演圖上電磁波吸收系數較高，一般大于0.4dB/m。在此次資料解譯中，將大于0.4dB/m的區(qū)域推斷為巖溶發(fā)育異常區(qū)域。其典型的觀測剖面圖如圖3所示。

圖3 電磁波CT觀測剖面圖

3.4 跨孔電磁波CT成果

通過利用跨孔電磁波CT技術，共圈定物探異常210處，推測溶洞異常106處，推測巖溶發(fā)育區(qū)104處。工作區(qū)內推斷巖溶發(fā)育區(qū)垂向深度主要是標高為5～45m，推斷溶洞的垂向深度主要是標高為66～73m；在平面分布上推斷的巖溶異常主要是分布在跑道東北側和航站樓東北側，具體分布如圖4所示。利用跨孔電磁波CT技術，可詳細探明高密度電法圈定的巖溶高發(fā)育區(qū)內，巖溶的聯(lián)通情況和發(fā)育規(guī)模，基本能夠滿足巖溶治理的工作需求。

圖4 電磁波CT工作區(qū)溶洞分布平面圖

4 鉆探驗證

在聯(lián)袂使用高密度電法及跨孔電磁CT技術查明巖溶異常區(qū)后，采用鉆探驗證的方法，證實了巖溶發(fā)育及聯(lián)通的準確性。在鉆孔驗證中，采用對比方案，分別在高密度電法圈定的異常區(qū)范圍外、異常區(qū)范圍內、CT圈定的發(fā)育區(qū)內外布置驗證鉆孔。

經鉆孔驗證，發(fā)現(xiàn)串珠狀的連續(xù)發(fā)育溶土洞，基本沿區(qū)域內的斷裂帶分布，分布方向也沿斷裂方向延續(xù)。

5 結束語

在機場建設區(qū)隱伏巖溶勘探中，高密度電法可以在整個建設區(qū)域中圈出巖溶高發(fā)育區(qū)，但不能確定在高發(fā)育區(qū)中的各巖溶聯(lián)通情況，而利用跨孔電磁波CT技術可在巖溶高發(fā)育區(qū)內布設測線，能夠很好地解決巖溶聯(lián)通的問題，同時向下延伸了巖溶發(fā)育深度情況。經過鉆孔對比驗證，高密度電法及跨孔電磁波CT法聯(lián)袂應用可較準確地查明巖溶的分布情況及發(fā)育程度。