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物探方法在探测岩溶构造中的应用

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物探 方法 探测 岩溶 构造 中的 应用
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第 23 卷   第 1 期                           桂 林 工 学 院 学 报                         23 12 0 0 3 年 1 月                   F L E Y                003文 章 编 号 : 1006 - 544X (2003) 01 - 0041 - 05物 探 方 法 在 探 测 岩 溶 构 造 中 的 应 用张 致 付 , 程 志 平(桂 林 工 学 院 资 源 与 环 境 工 程 系 , 广 西 桂 林   541004)摘   要 : 单 个 异 常 体 和 线 性 异 常 体 的 岩 溶 构 造 都 具 有 弱 波 阻 抗 、 低 电 阻 率 的 地 球 物 理 特 性 ,因 此 地 球 物 理 探 测 方 法 是 探 测 岩 溶 构 造 的 一 种 有 效 手 段 ; 通 过 广 西 红 水 河 水 泥 股 份 有 限 公司 技 改 工 程 (2 000 t/ d) 勘 察 实 例 , 讨 论 地 震 映 像 (地 震 共 偏 移 距 法 ) 和 高 密 度 联 合 剖 面 电阻 率 法 两 种 物 探 方 法 相 结 合 在 探 测 岩 溶 构 造 中 的 应 用 技 术 和 方 法 ; 并 通 过 对 几 种 典 型 的 岩溶 构 造 异 常 进 行 分 析 , 介 绍 了 地 震 映 像 和 高 密 度 联 合 剖 面 电 阻 率 法 资 料 的 综 合 解 释 过 程 ;说 明 这 两 种 物 探 方 法 在 探 测 岩 溶 构 造 中 能 够 取 得 良 好 的 效 果 词 : 岩 溶 构 造 ; 地 震 映 像 ; 高 密 度 联 合 剖 面 电 阻 率 法中 图 分 类 号 :     文 献 标 识 码 : A ①我 国 华 南 、 西 南 地 区 广 泛 分 布 着 岩 溶 发 育 带 ,是 水 利 工 程 、 路 基 工 程 、 高 层 建 筑 地 基 工 程 的 主要 地 质 问 题 , 由 于 岩 溶 构 造 本 身 的 特 殊 性 , 使 得工 程 勘 察 变 得 非 常 复 杂 . 以 往 常 用 的 勘 察 手 段 主要 为 工 程 地 质 测 绘 、 钻 孔 测 试 等 , 而 这 些 方 法 手段 具 有 相 当 大 的 局 限 性 、 片 面 性 , 一 些 问 题 难 以查 清 , 使 工 程 在 建 设 过 程 中 出 现 难 以 预 料 的 问 题 ,增 加 了 工 程 建 设 的 难 度 , 甚 至 个 别 工 程 建 成 后 不能 投 入 使 用 , 造 成 了 经 济 的 巨 大 浪 费 \[1 \] 物 理 探 测 方 法 (物 探 方 法 ) 是 一 种 高 效 、无 损 的 勘 察 方 法 , 在 地 质 调 查 、 资 源 勘 探 中 已 经取 得 了 丰 硕 的 成 果 . 随 着 仪 器 精 度 的 提 高 和 理 论的 成 熟 , 物 探 方 法 逐 步 在 工 程 勘 察 中 得 到 应 用 ,取 得 了 满 意 的 效 果 . 岩 溶 构 造 的 低 阻 、 弱 波 阻 抗地 球 物 理 特 性 能 够 产 生 物 探 异 常 , 是 物 探 方 法 应用 的 前 提 条 件 \[1 \]. 本 文 以 广 西 红 水 河 水 泥 股 份 有限 公 司 技 改 工 程 (2 000 t/ d) 勘 察 为 例 , 讨 论 物探 方 法 在 岩 溶 构 造 探 测 中 的 应 用 , 说 明 物 探 方 法结 合 工 程 地 质 测 绘 、 钻 探 等 方 法 , 能 够 时 间 短 、成 本 低 地 完 成 工 程 勘 察 任 务 , 并 提 供 更 加 详 细 的工 程 勘 察 资 料 岩 溶 构 造 的 地 球 物 理 特 性岩 溶 构 造 的 地 球 物 理 特 性 按 其 形 态 , 主 要 分为 以 下 两 类 :(1) 弱 波 阻 抗 — — — 低 阻 单 个 异 常 体 . 主 要 包括 溶 洞 、 岩 溶 塌 陷 、 溶 槽 等 , 这 些 构 造 的 异 常 体一 般 充 水 、 电 阻 率 低 , 异 常 体 比 周 围 介 质 的 密 度 、速 度 小 , 泊 松 比 差 异 大 . 各 种 地 震 波 在 此 发 生 变化 , 在 地 震 剖 面 上 , 有 一 个 很 强 的 反 射 波 同 相 轴 ,其 形 态 多 表 现 为 抛 物 线 或 漏 斗 状 , 而 面 波 的 能 量增 加 , 其 频 率 和 速 度 低 , 同 时 在 异 常 体 下 方 往 往有 多 次 波 . 由 于 电 阻 率 低 , 电 法 和 电 磁 法 测 量 都将 出 现 明 显 的 低 阻 异 常 .(2) 弱 波 阻 抗 — — — 低 阻 线 性 异 常 体 . 这 类 异常 是 由 于 岩 溶 裂 隙 形 成 的 含 水 带 , 在 二 维 剖 面 上表 现 为 线 性 形 态 , 其 地 球 物 理 特 性 与 (1) 类 似 ,但 其 范 围 大 , 在 地 震 剖 面 上 , 没 有 明 显 的 反 射 波同 相 轴 , 波 的 同 相 轴 紊 乱 , 其 频 率 和 速 度 低 . 各种 电 法 、 电 磁 法 测 量 都 有 一 个 范 围 大 、 低 阻 线 性异 常 .① 收 稿 日 期 : 2001 - 12 - 31 ; 修 订 日 期 : 2002 - 03 - 07作 者 简 介 : 张 致 付 (1978 - ) , 男 , 安 徽 芜 湖 人 , 硕 士 研 究 生 , 地 球 探 测 与 信 息 技 术 专 业 地 球 物 理 探 测 方 法目 前 在 工 程 勘 察 中 , 浅 层 地 震 和 高 密 度 电 法由 于 其 施 工 方 便 、 效 率 高 等 特 点 , 已 被 广 泛 使 用 ,其 中 地 震 映 像 和 高 密 度 联 剖 法 对 探 测 岩 溶 构 造 效果 明 显 地 震 映 像地 震 映 像 , 又 称 地 震 共 偏 移 距 法 , 是 采 用 相同 的 偏 移 距 逐 步 移 动 测 点 接 收 地 震 信 号 . 利 用 反射 波 、 折 射 波 、 面 波 等 信 息 来 探 测 地 下 介 质 变 化的 浅 层 多 波 地 震 勘 探 方 法 \[2 \], 其 前 提 是 地 下 介 质密 度 、 速 度 、 泊 松 比 具 有 差 异 . 由 于 是 利 用 多 波信 息 , 最 主 要 的 是 选 择 合 适 的 偏 移 距 , 使 各 种 波在 地 震 剖 面 上 分 开 , 偏 移 距 的 选 择 是 由 施 工 场 地的 上 覆 地 层 厚 度 和 介 质 的 地 球 物 理 性 质 决 定 , 通过 试 验 干 扰 剖 面 给 出 , 一 般 偏 移 距 在 6~ 20 m , 点距 和 线 距 由 勘 探 任 务 而 定 ; 对 采 集 数 据 作 各 种 处理 后 , 通 过 分 析 反 射 波 , 折 射 波 、 面 波 变 化 信 息进 行 综 合 地 质 解 释 高 密 度 联 合 剖 面 法高 密 度 电 法 进 行 二 维 地 电 断 面 测 量 时 , 兼 有剖 面 法 和 测 深 法 的 功 能 , 有 点 距 小 、 采 样 密 度 高的 特 点 , 其 前 提 是 介 质 的 电 阻 率 有 差 异 . 只 需 一次 布 置 电 极 后 , 可 进 行 多 个 记 录 点 测 量 , 其 信 息量 大 、 效 率 高 , 其 中 高 密 度 联 合 剖 面 电 阻 率 法 在测 量 浅 层 、 横 向 变 化 的 异 常 体 有 明 显 效 果 , 其 解释 的 成 果 图 可 用 电 阻 率 等 值 线 断 面 图 和 联 剖 曲 线表 示 , 岩 溶 构 造 在 电 阻 率 等 值 线 断 面 图 上 表 现 为低 阻 等 值 线 区 , 而 在 电 阻 率 联 剖 曲 线 上 是 一 个 低阻 正 交 点 . 但 由 于 其 平 均 效 应 大 , 在 确 定 异 常 体边 界 方 面 精 度 不 高 , 且 受 表 层 低 阻 干 扰 严 重 , 在工 程 勘 察 中 , 一 般 用 于 其 它 高 精 度 物 探 方 法 的 辅助 手 段 实   例广 西 红 水 河 水 泥 股 份 有 限 公 司 技 改 工 程(2 000 t/ d) (以 下 简 称 技 改 工 程 ) 场 地 勘 察 任 务之 一 是 确 定 岩 溶 构 造 的 分 布 情 况 . 根 据 任 务 要 求 ,投 入 了 地 震 映 像 勘 探 , 并 辅 以 高 密 度 电 阻 率 联 剖法 进 行 探 测 地 质 和 地 球 物 理 特 性技 改 工 程 施 工 场 地 地 层 从 上 到 下 依 次 为 : 填土 、 硬 性 粘 土 、 可 塑 性 红 粘 土 、 灰 岩 , 据 以 往 的勘 探 资 料 显 示 该 场 地 岩 溶 、 断 裂 构 造 较 为 发 育 波 速 为 350~ 700 m/ s , 电 阻 率 为 200~ 800Ω · m . 灰 岩 波 速 一 般 大 于 2 000 m/ s , 电 阻 率 约 为500~ 1 500 Ω · m. 如 果 基 岩 中 存 在 岩 溶 构 造 , 往往 导 致 覆 盖 层 土 体 疏 松 或 发 育 土 洞 , 地 震 波 的 速度 会 明 显 降 低 , 其 电 阻 率 也 会 降 低 , 因 此 可 利 用地 震 和 电 阻 率 法 探 测 岩 溶 构 造 参 数 设 置图 1 为 试 验 干 扰 剖 面 (道 间 距 为 015 m , 偏 移距 015 m) , 通 过 对 试 验 干 扰 剖 面 分 析 , 在 515 一 分 层 界 面 , 上 覆 层 的 速 度 约 为 350 m/ s , 下面 地 层 的 厚 度 约 为 600 m/ s , 当 偏 移 距 达 到 16 在 地 震 剖 面 上 , 各 种 波 成 分 基 本 分 开 , 容 易识 别 , 515 m 处 的 分 界 面 对 应 的 反 射 波 同 相 轴 大 约在 60 近 . 根 据 地 质 条 件 、 勘 探 任 务 和 对 干扰 剖 面 的 分 析 , 参 数 设 置 如 下 :① 地 震 映 像 . 偏 移 距 :16 m ;点 距 :1 m ;线 距 :10 m ;采 样 间 隔 :012 采 样 数 / 道 :2 048.② 高 密 度 联 剖 法 . 电 极 间 距 :3 m ;电 极 数 :   试 验 干 扰 剖 面1   资 料 的 处 理 和 解 释对 地 震 资 料 首 先 进 行 废 道 删 除 、 增 益 调 整 工作 ; 然 后 , 对 地 震 记 录 中 的 有 效 信 号 和 噪 声 信 号进 行 频 谱 分 析 , 根 据 有 效 信 号 和 噪 声 信 号 频 谱 的差 异 , 对 地 震 记 录 进 行 了 滤 波 处 理 \[3 \]. 对 高 密 度电 阻 率 资 料 进 行 了 数 据 文 件 格 式 转 换 、 不 同 排 列测 量 数 据 合 并 处 理 . 根 据 解 释 需 要 然 后 绘 制 对 称四 极 视 电 阻 率 等 值 线 图 或 联 剖 曲 线 扰 剖 面 可 知 , 如 果 在 60 出 现 连 续24 桂   林   工   学   院   学   报                               2003 年的 反 射 波 同 相 轴 , 面 波 同 相 轴 没 有 变 化 , 说 明 该处 地 层 完 整 , 没 有 岩 溶 构 造 发 育 \[3 ,4 \]. 图 2 为 20线 的 45~ 65 m 段 地 震 映 像 剖 面 . 这 是 该 场 地 典 型的 完 整 地 层 剖 面 钻 孔 资 料 , 综 合 分 析 地 震 映 像 剖 面 图 和高 密 度 联 剖 曲 线 , 将 该 场 地 的 岩 溶 构 造 分 为 以 下几 类 :图 2   完 整 地 层 的 地 震 映 像 剖 面   岩 溶 塌 陷 的 地 震 映 像 和 推 断 地 质 剖 面3   a 岩 溶 破 碎 带 ; 2 — 基 岩31311   岩 溶 塌 陷   图 3 为 11 线 55~ 72 m 段 的 地震 映 像 剖 面 , 从 剖 面 图 上 可 看 到 一 个 岩 溶 塌 陷 异常 , 岩 溶 塌 溶 处 的 波 形 明 显 与 两 侧 的 波 形 不 同 ,其 主 要 特 征 为 波 的 速 度 减 小 、 频 率 降 低 、 波 形 较乱 , 面 波 的 同 相 轴 下 掉 。 钻 孔 布 置 在 11 线的 65 m 附 近 , 结 果 见 到 该 岩 溶 塌 陷 溶 槽   图 4 为 6 线 50~ 90 m 附 近 段 的 地震 映 像 异 常 , 该 异 常 反 映 了 地 质 条 件 的 横 向 变 化 ,其 主 要 特 征 是 波 形 同 相 轴 比 较 整 齐 , 有 多 组 下 凹的 面 波 同 相 轴 , 60 m 处 附 近 面 波 同 相 轴 下 降 最大 \[4 \]; 高 密 度 联 剖 曲 线 图 (图 4a , 电 极 距 为 4615m) 上 在 近 60 m 有 一 个 非 常 明 显 的 低 阻 正 交 点 ,电 阻 率 等 值 线 断 面 图 (图 4b) 上 在 60 m 附 近 有 一个 低 阻 异 常 区 ; 两 种 物 探 测 量 数 据 吻 合 , 可 以 推断 为 溶 槽 , 溶 槽 边 界 根 据 地 震 剖 面 计 算 , 其 结 果如 图 岩 溶 破 碎   图 5 为 3 线 0~ 30 m 段 附 近 地的 地 震 映 像 异 常 剖 面 图 , 异 常 的 主 要 特 征 是 波 形絮 乱 , 同 相 轴 下 降 \[4 \]; 高 密 度 联 剖 曲 线 图 (图 5a ,电 极 距 为 4615 m) 上 在 10 m 附 近 有 一 个 不 太 明 显的 低 阻 正 交 点 , 这 是 由 于 受 旁 侧 和 表 层 电 阻 率 的影 响 缘 故 , 电 阻 率 等 值 线 断 面 图 (图 5b) 上 在 10m 附 近 有 一 个 低 阻 异 常 区 ; 在 3、 4 线 相 同 段 也 有类 似 的 异 常 特 征 , 推 断 为 岩 溶 裂 隙 带 结 束 语通 过 广 西 红 水 河 水 泥 股 份 有 限 公 司 技 改 工 程(2 000 t/ d) 场 地 岩 溶 构 造 的 探 测 实 例 , 说 明 了 地震 映 像 和 高 密 度 联 剖 电 阻 率 法 相 结 合 是 一 种 探 测岩 溶 构 造 方 便 、 快 捷 、 有 效 的 手 段 ; 在 野 外 数 据采 集 时 必 须 要 进 行 一 定 的 试 验 , 来 确 定 合 理 的 参数 设 置 , 使 之 得 到 真 实 客 观 的 结 果 ; 两 种 物 探 方法 受 覆 盖 层 等 因 素 影 响 , 单 独 使 用 存 在 一 定 的 局限 性 , 在 解 释 过 程 中 , 需 要 反 复 对 比 解 释 ; 如 果岩 溶 构 造 的 范 围 小 , 异 常 数 据 变 化 小 、 难 以 分 辨 ,探 测 具 有 一 定 的 困 难 , 这 时 需 要 加 密 测 量 . 总 之 ,两 种 物 探 方 法 在 寻 找 岩 溶 构 造 中 结 合 工 程 地 质 测绘 、 钻 探 等 手 段 能 够 高 效 的 完 成 地 质 勘 察 任 务 3 卷   第 1 期                 张 致 付 等 : 物 探 方 法 在 探 测 岩 溶 构 造 中 的 应 用图 4   溶 槽 的 电 阻 率 、 地 震 映 像 及 推 断 地 质 剖 面4   a 电 阻 率 联 剖 曲 线 ; b — 电 阻 率 等 值 线 断 面 图 ; 1 — ρ 2 — ρ   岩 溶 破 碎 的 电 阻 率 、 地 震 映 像 及 推 断 地 质 剖 面   a 电 阻 率 联 剖 曲 线 ; b — 电 阻 率 等 值 线 断 面 图 ; 1 — ρ 2 — ρ   林   工   学   院   学   报                               2003 年参 考 文 献 :\[1 \]王 振 东 . 浅 层 地 震 勘 察 应 用 技 术 \[ M \] . 北 京 : 地 质 出 版社 , 1988.\[2 \]陈 韶 光 , 程 志 平 . 公 路 路 基 工 程 勘 察 的 物 探 方 法 研 究\[J \] 工 学 院 学 报 , 2000 , 20 (2) : 105 - 109.\[ 3 \]张 建 清 , 张   智 , 张 一 民 . 浅 层 地 震 多 波 勘 探 新 技 术 研 究\[J \] 勘 察 . 2001 , 24 (6) : 65 - 68.\[ 4 \]程 志 平 , 单 娜 琳 , 沈 云 发 . 广 西 红 水 河 水 泥 股 份 有 限 公 司技 改 工 程 ( 2 000 t/ d) 物 探 报 告 \[ R \] . 桂 林 : 桂 林 工 学院 , of in 41004 , of of is an in on o. of of of to of It is in 腐 败 的 常 见 症 状症 状 一 : 不 劳 而 获 , 剽 窃 他 人 科 研 成 果 。 将 与 他 人 合 作 的 科 研 成 果 或 自 己 并 未 参 与 研 究 的 他 人 科 研 成果 据 为 己 有 ; 更 有 甚 者 , 直 接 利 用 手 中 的 职 权 , 将 学 生 的 科 研 成 果 收 入 自 己 囊 中 。 这 是 近 年 来 “ 学 术 腐败 ” 的 最 突 出 表 现 。症 状 二 : 用 卑 劣 手 段 获 取 “ 荣 誉 ” 。 此 种 “ 症 状 ” 表 现 是 不 遵 守 学 术 规 范 , 将 同 一 成 果 改 头 换 面 后 反复 发 表 , 或 者 一 稿 多 投 ; 撰 写 论 文 引 用 他 人 的 成 果 不 注 明 出 处 , 还 有 的 急 功 近 利 , 片 面 追 求 成 果 数 量 而 不求 质 量 , 热 衷 “ 旁 门 左 道 ” , 炒 作 标 榜 自 己 。症 状 三 : “ 权 钱 交 易 ” 开 始 渗 入 学 术 领 域 。 在 一 些 地 方 的 学 校 内 , 只 要 你 给 钱 、 给 职 位 , 就 有 人 为 你当 “ 枪 手 ” , 写 论 文 、 写 专 著 ; 在 校 外 , 只 要 你 有 权 或 有 钱 , 能 给 学 校 办 事 , 学 校 就 可 以 “ 给 ” 你 学 历 、学 位 乃 至 “ 博 导 ” 、 “ 教 授 ” 的 头 衔 。另 外 , 学 术 腐 败 的 毒 菌 也 相 当 程 度 地 侵 入 了 出 版 机 构 、 学 术 机 构 、 学 术 评 估 系 统 。54第 23 卷   第 1 期                 张 致 付 等 : 物 探 方 法 在 探 测 岩 溶 构 造 中 的 应 用
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