武斌，陈宁，刘和，杨勇

地震勘探在长昆高铁隐伏岩溶检测中的应用

武斌，陈宁，刘和，杨勇

（四川省地矿局物探队，成都 610072）

长昆高铁是沟通我国东、中、西部的快速通道，贵阳至盘县段通过我国重要的可溶岩石分布区，对其隐伏岩溶的检测尤为重要。隐伏岩溶的检测采用地震映像、面波检测效果特别好，检测出大量的溶洞（空溶洞、充填或半充填）和破碎带，探测深度15～20m，为高铁岩溶的整治提供了地球物理依据。地震映像、面波结合探测隐伏岩溶，快捷、方便、经济，是一种非常有效的手段。

长昆高铁；地震映像法；面波法； 应用

长昆高铁又称长昆客运专线、沪昆高铁长沙南至昆明南段、沪昆客运专线长沙至昆明段。长昆高铁预计总投资1 601.4亿元，横跨湖南、贵州、云南3省，全长1 167km，设计时速为每小时350km。这条铁路客运专线架起了我国东、中、西部快速通道。2010年开工建设，2016年计划开通长沙至盘县段。为了保证长昆高铁的顺利开通，我们对贵阳至盘县段的隧底和路基进行了隐伏岩溶的检测。采用的方法主要是隧底和岩质路基段采用地震映像法，路堤段采用面波法。

地震映像法和面波是近10年来用于探测浅部介质中纵、横向不均匀体（构造、洞穴、障碍物、非金属管道、岩溶、土坝中蚁穴及空洞、地裂缝与疏松带、滑坡体等）有效方法。

地震映像，又称高密度地震勘探和地震多波勘探。它是基于反射波中的最佳偏移距技术发展起来的一种常用浅层勘探方法。这种方法可以利用多种有效波来进行探测，也可以根据探测的目的要求采用一种特定的波作为有效波。除常见的反射波、折射波、绕射波外，还可以利用有一定规律的面波、横波和转换波。在这种方法里，每一测点的波形记录都采用相同的偏移距激发和接收。在该偏移距处接收到的有效波具有较好的信噪比和分辨率，能够分辨出地质体沿垂直方向和水平方向的变化。地震映像可以用波形图或彩色振幅图显示结果，同时进行运动学和动力学的解释分析，数据处理可以在时间、空间和频率域中进行，图示直观。目前一些地震仪器中已采用了特殊的数据采集技术、可以方便快速地获得地震映像记录。

地震映像方法特点：数据采集速度快，但抗干扰能力弱，勘探深度有限；资料解释中可以利用多种波的信息，即有效波不但是反射波，还可以是折射波、面波、绕射波。或同时有两种和三种有效波能够反映地下地质条件变化；探测目标单一，只需研究横向地质情况变化，如果探测层数较多时，不容易确定最佳偏移距；由于每个记录道都采用了相同的偏移距，地震记录上的时间变化主要是地下地质异常体的反映，这给资料解释带来了极大的方便，可直接对资料解释带来了极大方便，可直接对资料进行数字解释，如数字滤波、时频分析和相关分析等。

图1 地震映像法工作装置示意图

1 岩溶探测理论

1.1 地震映像法

地震映像法，又称地震共偏移距法，是以相同的小偏移距逐步移动测点接收地震信号，对地下地层或目标体进行连续扫描，利用地震波信息（如传播时间、频率、振幅、相位等）来探测地下介质变化的工程地震方法。在地震映像测量过程中，激发后在接收点用单个检波器接收，仪器记录后，激发点和接收点同时向前移动一个测点距，重复上述步骤获得地震映像时间剖面。

地震映像法采用地震仪及配套电缆、检波器、采集处理软件进行野外数据采集，采用100Hz的检波器接收，震源采用18磅大锤，锤击垫板，单边激发，偏移距根据试验确定，一般为3~10m。仪器参数为：采样点数为2 048个，采样率为0.1ms，滤波方式为全通。该方法采集数据速度快、分辨率高、信噪比高，电磁波干扰无影响，可利用多波信息对探测目标体进行识别和分析。地震映像剖面反映了地下地质体的连续变化，保留了地震波动力学特征，对研究横向地质变化效果较好（图1、图2）。

图2 某地区岩溶探测地震映像成果示意图

图3 瞬态瑞雷面波法检测原理

1.2 瞬态面波法

瞬态面波法通过瑞雷波的特性，一是瑞雷波有变异介质中传播时的频散特性；二是瑞雷波传播速度与介质的物理力学性质的密切相关性，获得的不同深度上介质的速度参数，从而推测介质的物质及结构属性。

多道瞬态瑞雷面波法是面波法技术的主要应用模式，其常规数据采集一般以一个共炮点的多道面波排列为一个面波测点，按一定的测点间隔依次移动排列，从而得到多个共炮点的面波记录。数据处理时，对每一个共炮点面波记录进行单独频率域处理，最后综合全部测点处理结果形成一条面波剖面解释成果图。

瞬态瑞雷波法采用地震仪及配套电缆、检波器、采集处理软件进行野外数据采集，每个测点采用12道4Hz的低频检波器接收，道间距2m，震源采用18磅大锤，锤击垫板，单边激发，偏移距根据试验确定，一般为3~10m。仪器参数为：采样点数为2 048个，采样率为0.1ms，滤波方式为全通。该方法探测深度一般地质条件下可达到15~20m，激振能量合适时可达到30~40m，且分辨率较高，电磁波干扰无影响；但如果点距较密时，效率较低。见图3、图4。

图4 瑞雷面波原始记录和频散曲线图

在地面以瞬时冲击力激发面波，并沿直线接收、记录，然后对所采集的面波波形进行处理得到该点的频散曲线，当下面存在溶洞时，在溶洞时程的相应位置处便会出现速度陡降等现象，原理如图2。

2 岩溶探测成果

岩溶隧道、路基基底在岩溶发育段落探测测线沿线路方向按照单线铁路2条（轨道中线1条，轨道两侧交替探测）布置；双线铁路布置测线2条（左、右线的轨道中线各布置1条）。全段分5个检测标段，地震映像、面波、高密度电法合计工作量316km。共检测出物探异常974个，溶洞11个，破碎带963个。验证钻孔67个，14个揭示溶洞或溶槽，其余钻孔揭示物探异常极破碎、破碎或局部破碎。

2.1 隧道溶洞异常

图5为关口寨隧道第一类物探异常与钻探验证结果对比图，异常里程段为左中线：D1K744+372～D1K744+385，图中左侧为地震映像剖面图，中间为异常边部D1K744+375.5验证孔岩芯照片，右侧为异常中心处D1K744+380.5验证孔岩芯照片。异常边部D1K744+375.5验证孔揭示：0～2m为人工填混凝土，2～6.7m为灰岩破碎带，6.7～18.9m为弱风化灰岩。异常中心D1K744+380.5验证孔揭示：0～2m为人工填混凝土，2～8.2m为碎石土充填溶洞，8.2～19.6m为弱风化灰岩。异常中心及边部施工钻孔揭示该异常主要为溶洞的反映，异常中心部位揭示为碎石土充填溶洞（深度：2～8.2m），异常边部主要为破碎带（深度：2～6.7m）的反映。

图5 关口寨隧道第一类物探异常与钻探验证结果对比图

2.2 路堤充填溶洞

图6为填方路堤低速异常与钻探验证结果对比图，图6（左）为瞬态面波法速度断面图，图6（右）为异常中心D1K774+487（右线）左侧2.2m异常验证孔岩芯照片。

异常中心D1K774+487（右线）左侧2.2m异常验证孔揭示：0～9.6m为人工填碎石土，9.6～11.8m为粉质黏土，11.8～12.2m为弱风化灰岩，12.2～13.9m为溶洞、粉质黏土充填，13.9～20m为灰岩，节理、裂隙发育，岩芯较破碎，20.0～25.4m为白云岩，节理发育、岩芯极破碎，呈角砾状。

图6 填方路堤低速异常与钻探验证结果对比图

速度断面图由浅至深总体表现为高速、低速、高速的分层特征，为由浅至深相对高速人工碎石土层、低速覆盖层、高速基岩的反映。里程段D1K774+484～D1K774+493、深度12~20m范围内呈凹槽状异常区速度值介于300~500m/s、低至约300m/s，两侧背景区速度值介于800~1 200m/s，异常验证孔揭示该低速异常区为溶洞、基岩破碎的反映。

3 结论

本次工作检测出物探异常974个，溶洞11个，破碎带963个。验证钻孔67个，14个揭示溶洞或溶槽，其余钻孔揭示物探异常极破碎、破碎或局部破碎，为此段长昆高铁岩溶的整治提供了地球物理依据。地震映像法和面波法在长昆高铁岩溶检测中发挥了很大作用，将被广泛应用在可溶岩区的溶洞检测。但注意在一些长隧道里由于施工干扰的影响，会对我们检测解释的物探异常产生错判。

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The Application of Seismic Exploration to Hidden Karst Detection of the Changsha-Kunming High Speed Rail

WU Bin CHEN Ning LIU He YANG Yong

(Geophysical Exploration Team, SBGEEMR, Chengdu 610072)

The Guiyang-Panxian section of the Changsha-Kunming High Speed Rail is one of important karst regions. Therefore, hidden karst detection is very important. This study applies seismic exploration to the detection of the hidden karst in the Guiyang-Panxian section, finding a large amount of karst caves and providing basis for the high speed rail.

seismic exploration; seismic image method; surface wave method; high resistivity method; Changsha-Kunming High-Speed Rail

2017-03-30

武斌（1971- ），男，山西临猗人，物探高级工程师，固体物理学博士，长期从事物探工作

P631.4；

A

1006-0995（2017）04-0667-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.032