综合物探方法技术在岩溶塌陷防治工程中的应用

2021-01-06周俊

中国金属通报 2020年10期

周俊

（安徽省地矿局321 地质队，安徽铜陵 244033）

岩溶是一种特殊性地质现象，常见于灰岩地区，岩溶塌陷是一种较为严重的地质灾害问题。某村坐落于灰岩区段内，发生多次塌陷事件，致使田地陷落，房屋失稳，严重危及居民生活与生命安全，防治工程成为保障民生效应的关键措施。防治工程规划期间，物探方法具有良好的勘察能力，为防治工程提供了多重助益。

1 物探方法

1.1 地质概况

勘察区岩性以黏土、粉细砂为主，区域电阻率控制在40Ω·m，其厚度在10m左右，下伏基岩以灰岩为主，白云岩为辅，电阻率数值较高，测定范围为[100，20000]，Ω·m。下伏基岩地层周边及内在区域所含有的溶蚀区，当水渗入时，电阻率呈现下滑趋势，趋近于连导物体，电阻率数值不足10Ω，区别于围岩电阻率，电性特征为高阻对低阻的包围圈，此时借助物探法实施塌陷测量。电法勘探产生的体积效应，对围岩浅层提供了物性探测基础。然而电法勘探对浅表局部异常所具有的测量效应灵敏度不高，地质雷达拥有的分辨率较高，两者功能上具有互补性。地质雷达在测定熔岩参数时，实现了多重指数的判断，具体包括：地层岩性间距与孔隙度、岩石颗粒直径、岩石排列方式等，测定方法为：向地下岩层释放脉冲电磁波，以辐射、散射、反射三种形式，将电磁波携带至地下岩层，借助电磁参数逐一确定各项指数。为此，物探法用于岩层探测，探测数据的精准性，应用效果良好[1]。

1.2 物探方法概述

物探方法，作为一种间接式测定技术，借助物理学理论与相关仪器，获取已知岩矿石相关参数与发展规律，依据已存在的物性规律相关内容，解析实际观测数据的真实含义，将物探资料，比如物性剖面、断面等图片，称之为地质物探成果。其中物探方法中，有两个应用思路，即正式演变与反式演变。在确定岩性的物理特性时，将资料转化为岩层物性，继而绘制成曲线，具有反式推演的效果。反式演变指的是在依据曲线与物性之间的关系，反向推演岩层物性。

2 防治工程中物探方法技术的应用

2.1 电阻率法

电阻率物探方法，是将电阻率探测、剖面探测两者方式相融合的物探电法，采取的布极方式为一次性，采样方式为密集式，以此减少熔岩观测数据具有的误差性，同时可采集基数较大的岩溶数据。探测器：规格为DUK-2 型，供货商位于重庆，此类型探测器属于高密度电阻率；极距为3m；隔离系数取值为[1，24]；电极数取值范围为[1，120]。此种规格的物探设备具有多重应用优势，具体表现为分辨率高、测量数据时间短，室内开展数据处理时，借助反演理论，开展二维电阻率的反演分析流程，以此分析围岩物性。

2.2 雷达法

雷达测定方法，依赖的测定原理为：电磁波对多重介质，产生的反射程度具有差异性，应用特制天线，将短脉冲电磁波发射至地面，再借助接收天线反射回程显示的电磁波，将相关数据予以完整记录，包括反射时长、波形状态、频率大小、幅度变化等，以此判定目标物所具有的外观状态、深度形式、介质结构等。测定仪器选择地质雷达系统，产地为加拿大，天线系统的中心频率规格为100MHz，记录长度分别为300.0ns、600.0ns；采样频率为dt=0.8ns、1.6ns；道间长度为dx=0.25m；天线长度为L=2.0m、1.0m；天线功率为f=50MHz；脉冲电压为1000V；累加频数设为N，数值为64。观测数据经信号校准，采取信号增益措施，经过中值滤波处理，形成图像。其中滤波处理方式有多种，具体表现为：平滑、中值、一维、二维等[2]。

2.3 电磁法

电磁法时借助专用天线，此种天线无须接地，将脉冲磁场发送至地面，产生一次场信号，借助相应天线，形成二次磁场信号，此二次磁场不具有稳定性。多种差异性介质在脉冲磁场作用下，产生的二次磁场信号具有差别性。瞬间转变电磁物探方式，借助此种差异性原理，其物探测定的主要项目为：感应电动势、电场、磁场等参数。测定仪器规格为EMRS-2B，产自西安，电源配置为48V，可充电，电流属性为350A，脉冲发射长度数值为4ms，测定分辨率为0.1uv，稳定性不小于60db，点距为5 米。将采集回收的数据，用此设备加以处理，可获取电阻率断面图资料，用于熔岩危险区分析与确定。

2.4 透射测井

图1 物探工作材料分布图

透射测井物探技术，测量位置选择为相邻井之间，放置仪器设备：震源、检波器，在勘察区域目标周边开启地震波，在另一侧井相应位置观测与接收地震回传波，并将相关数据予以记录，获取震波频率数值、走势方向、振幅变化等资料，继而结合钻进地质勘测数据，开展综合式分析流程，以此判定两井之间地质结构的相关物性，并确定空间分布方式。震源设备规格：产自湖南，检波器为12 道串式，相邻长度间隔为2 米，频率取值范围为10KHz～60KHz；采样间距为8us，基站为24 道。

3 成果推断

物探测量数据经处理绘制成图，将剖面编制成六张效果图，并以此开展解译推演，在篇幅限制作用下，分析物探结果：从高密度电法断面图可知，断面电性层分隔开3 个电性区间，近地表区间为低阻层，阻值取值范围[20，40]，Ω·m，剖面最底层为高阻，阻值不小于120Ω·m，中间层所具有不均等厚度属性，为中高阻层，阻值取值范围为[40，120]Ω·m。剖面在三个区间的点位，电阻率数值较低，分别为[30，165]、[195，215]、[270，290]。

结合地质材料加以分析：电性层与电阻层相对应，剖面为3个分区，顶层距离5m 左右，测定为第四系黏土层，此层物质为砂砾石层；中间岩层厚度在[4，9]米范围内，局部厚度较大，不小于20m，作为强、中两级分化灰岩，处于电阻率曲线凹变位置，此区域熔岩发育良好，或可能存在地质构造；最底层为灰岩，结构完整[2]。此种物探方法深度不足，处于浅层岩性探测，探测结果精准度较高。依据剖面的地质特征，开展破碎带推演，获取分布图，如图1 所示。

4 透射测井数据分析

透射测井数据整理，如表1 所示。物探综合测定结果，结合地质岩溶特征，参照过往治理措施与效果，此处应采取钻孔注浆法，开展防治工程的设计。如图1 所示，设定三个钻孔。经探测数据整理，获得表1 相关数据，由表1 可知：注浆完成施工时，低速区域的速度发展至秒速为[1900，2500]m 时，相对低速区的秒速为[2500，3400]m，钻孔注浆完成时，波速获得了显著提升，由此说明：测定期间，松散地层波速较低的位置，存在岩溶、裂隙现象，逐渐胶结整合，并具有较好的胶结效果，以此实现防治工程的完成。由此可知，物探技术在熔岩危险区判断期间具有良好应用，准确判定熔岩危险性位置，继而开展有效措施加以防范，具有良好的应用效果[3]。