溶洞精準(zhǔn)探測技術(shù)和地下溶洞勘探方法

　　溶洞精準(zhǔn)探測技術(shù)和地下溶洞勘探方法

　　原理：利用地面瞬變電磁法精細(xì)探測技術(shù)圈定采空區(qū)范圍，為鉆探提供靶區(qū)，引導(dǎo)鉆探快速曝光采空區(qū)（如果擊中煤柱，可采用地面瞬變電磁法進(jìn)一步圈定采空區(qū)的空間展示形式），通過高精度孔內(nèi)三維激光掃描和三維聲納掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦采空區(qū)/溶洞的連續(xù)跟蹤精準(zhǔn)勘察。

　　特點(diǎn)：通過目標(biāo)體與圍巖的物理差異，采用地面大定源瞬變電磁、地孔三分量瞬變電磁、高精度三維激光/聲納掃描等技術(shù)手段，從靶區(qū)定位、鉆探曝光、三維精細(xì)掃描等步驟逐步實(shí)現(xiàn)目標(biāo)體的精確三維建模，實(shí)現(xiàn)了從常規(guī)定性解釋到精確定量質(zhì)量的突破。

　　地下溶洞勘探方法

　　主要目的：快速查明地下溶洞，溶洞的空間分布形式（工程設(shè)計(jì)要求有效探測深度范圍為50m內(nèi))及第四系覆蓋層厚度(即巖石埋深)。

　　地表物理探測手段包括：利用地層間電阻率差和人工地震波在波阻抗差介質(zhì)中傳播時(shí)的反射，以及電磁波在不同介質(zhì)中被吸收和衰減時(shí)形成的異常平面分布；通過現(xiàn)有鉆孔，單孔和跨孔探測空間中異常的延伸形式，使物理探測調(diào)查發(fā)現(xiàn)白云巖分布區(qū)對工程有影響的溶洞，進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，確定溶洞的分布、規(guī)模和發(fā)展趨勢。

　　溶洞主要分布在東北部和西南部的白云巖地層，以洞穴、半填充、填充、土洞（溶洞頂板倒塌后形成）的形式反映。

　　地球的物理特征

　　根據(jù)現(xiàn)場地層分布情況，通過單點(diǎn)電測深度和單孔波速數(shù)據(jù)測試統(tǒng)計(jì)，結(jié)合物理探測技術(shù)方法，獲得巖土常見物理參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值。

　　由于白云巖分布區(qū)存在溶解溝、溶解槽、落水洞、溶解間隙、溶解洞等不良地質(zhì)體，以及斷層破碎帶，在砂巖分布區(qū)也發(fā)現(xiàn)了土洞，這些地質(zhì)現(xiàn)象會(huì)影響正常地層的結(jié)構(gòu)和完整性，從而改變原地質(zhì)體的地球物理層特征，形成新的物理特征，與周圍原巖體形成明顯的電阻抗差異，為相應(yīng)的物理探測方法奠定了物理基礎(chǔ)。

　　根據(jù)物理差異，利用波阻抗.電阻率差，采用高密度電法.瞬變電磁法.地質(zhì)雷達(dá)法.地震成像法等探測溶洞具有地球物理?xiàng)l件。

　　巖石試驗(yàn)參數(shù)測試與分析

　　電阻率測試

　　采用Wenner四極法電測深度，測量15m深度范圍內(nèi)的地基土電阻值。其工作參數(shù)為：供電極距離。AB／2=1.2，2.1，3，4.5，6，9，12，15m，測量極距MN／2=0.4，0.7，1.0，1.5，2.0，3.0，4.0，5.0m。

　　波速測試

　　巖土層的壓縮波速通過單孔波速試驗(yàn)得到.切割波速和計(jì)算巖土動(dòng)彈性參數(shù)。通過地層波速試驗(yàn)，確定地層之間的波阻抗差異，為地震方法的使用提供依據(jù)。

　　巖石聲波測試

　　鉆孔內(nèi)取新鮮巖石(中新鮮巖石).微風(fēng)化試樣測試其縱波聲速，進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，得出地層巖石的聲速范圍值及其平均值作為巖石完整性分析的依據(jù)之一。

　　巖石物性參數(shù)

　　經(jīng)單點(diǎn)電測深度和單孔波速數(shù)據(jù)測試統(tǒng)計(jì)，結(jié)合物理探測技術(shù)方法，獲得場地巖土參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值。

　　物探試驗(yàn)分析

　　電測深法

　　實(shí)測電測深曲線為G型和K型。巖石電阻率與含水量有很大關(guān)系。溶洞揭示的。ZKll2鉆孔單點(diǎn)電測深度，測試曲線類型為K型，電阻率為180~480Ω·m，但溶洞位置電阻率測深不明顯。

　　面波法

　　個(gè)單排列測試，lm道距，5m偏移距離，錘擊刺激作為瞬態(tài)振源。ZK252位于測線的第七個(gè)位置。13.366m以上為粉末粘土層，面波速度236m·s～，15．04m以下為松軟土層，面波速度184m·S~，異常反映的深度位置與溶洞位置一致；并非每個(gè)異常位置都有這種反映。

　　聲波測井

　　該方法通過孔中聲波測井測量聲波在巖體中的傳播速度，分析聲速曲線的異常位置，判斷地下溶洞縱截面的分布形式，也是劃分巖體完整性的主要依據(jù)。ZK174鉆孔聲波測試結(jié)果，測試間距為20cm。ZK174鉆探過程中13-14m鉆桿脫落，表示為空洞。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有兩層溶洞，頂板不完整，隔斷破碎，填料有粉土.碎石。在13.65-17.05m存在一個(gè)3.4m大溶洞。未來，鉆孔可用于關(guān)鍵基礎(chǔ)位置。CT成像技術(shù)來確定溶洞.空洞綜合體規(guī)模異常.形式，為基礎(chǔ)加固提供準(zhǔn)確的信息。

　　瞬變電磁法

　　工作參數(shù)：發(fā)射線框采用1000*100m，3匝線圈；00匝線圈；*50m，發(fā)身電流20A，發(fā)射頻率32HZ，疊加次數(shù)32次，點(diǎn)距0.5.1m。

　　采用Surfer軟件分別構(gòu)圖了各測線的視電阻率等值線擬斷面圖，橫坐標(biāo)表示平面位置，縱坐標(biāo)表示深度，不同色階表示不同的電阻率段。

　　從上圖可以看出，視電阻率中深等值線比較雜亂，ZK112鉆孔位于測線300m處，已知在13.5m在任何地方都可以看到溶洞。測線兩端基巖埋深，中間凸起類似石筍或石丘。起點(diǎn)處基巖深達(dá)199年。.9m。測線15m和30m直深14處基巖.2m.12.5m深，35m遠(yuǎn)埋深更大。測線300m處10m深以下有2個(gè)低阻異常體，15個(gè)m異常鉆孔驗(yàn)證為基巖破碎。瞬變電磁結(jié)果準(zhǔn)確，測深50m內(nèi)部可以，但作為普查方法很難。

　　地震雷達(dá)法

　　工作參數(shù)：16MHz.32MHz低頻組合天線，天線距離3m，濾波4-32MHz，疊加64次，點(diǎn)距1m。地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理采用歸一化.增益.濾波等方法，得到各測線地質(zhì)雷達(dá)探測剖面圖像。

　　資料分析：ZK112鉆孔位于測線19.5m從圖像上看，與上述方法相比，地質(zhì)雷達(dá)的異常反應(yīng)并不明顯，其有效探測深度為20m左右，探測深度不夠，信噪比差，很難找到中深溶洞。

　　地震映像法

　　在ZK多道單排列布置在252孔上，1m道距，5m偏移距離，測試其反射波窗口，取佳窗口為難測偏移距離。

　　地震圖像法實(shí)際上是反射波法共偏移選排法之一，采用單一觀察，1m點(diǎn)距，偏移距4m，觀察時(shí)深記錄400ms，測線由南向北布置，鉆孔線由南向北布置。ZK252位于測線29m處。

　　地震波相位延伸不連續(xù)，與相鄰表現(xiàn)相反，振幅較弱，異常位置與鉆點(diǎn)一致。

　　高密度電法

　　測線按東西向垂直地層和結(jié)構(gòu)線布置，分別采用溫納法和斯隆貝格法。ZK112孔上采用2m極距，觀察10-35層。反演擬合后，測線699m中下藍(lán)色低阻異常明顯，與鉆探結(jié)果一致。

　　結(jié)束語

　　基于以上分析，根據(jù)已知點(diǎn)進(jìn)行的物探異常對比試驗(yàn)，結(jié)合物探異常鉆探試驗(yàn)，高密度電法和地震圖像法對地下溶洞檢測效果良好。

　　高密度法

　　穩(wěn)定連續(xù)地層，其電阻率可作為連續(xù)跟蹤的電性層，跟蹤確定試驗(yàn)區(qū)是否有斷裂.結(jié)構(gòu)破碎帶及其地下溶洞的空間形態(tài)以及基巖面的起伏。

　　地震映像法

　　溶洞反射波振幅較弱，頻率較低，相位，波阻抗變化引起振幅相位變化，可作為普查溶洞跟蹤異常位置的有效方法。