何耀京

(广东核力工程勘察院 ,广东 广州 510800)

跨孔地震CT技术(地震波层析成像技术)被认为跨孔高精度地层结构成像探测的有效方法之一。该方法主要利用不同地层波速差异，通过某个钻孔激发地震波，另一钻孔通过地震检波器接收地震直达波，然后通过抽道叠加方式实现速度CT成像从而达到探测井间地质目标体的物理特性和几何分布形态。该方法已经在采空区[1]、路基[2]、隧道[3]等方面精细探测中得到广泛应用。为此，本文将该方法引入到商业区地基岩溶勘探中，通过已有的25个钻孔的跨孔地震CT探测，实现研究区的三维立体探测，为后续溶洞处理和基础设计、施工提供充分依据。

1 研究区概况

某开发公司决定在广州某中央商务区建设数码产业总部商业楼，设计高度超过300m，为附近的地标性建筑。建设地区属于灰岩溶洞发育地区，同时根据前期超前钻资料表明商业楼的20个超前钻探孔中有5个钻孔揭露溶洞，见洞率25%，溶洞洞高1.9m至3.1m。为此，需要查明该区域溶洞的分布情况，为后续溶洞处理和基础设计提供依据。

本场地揭露的溶洞一般充填少量砾岩碎块、粘土，部分溶洞无充填物。鉴于本场地溶洞位于地下水水位以下，溶洞内固态充填物一般饱和含水，无固态充填物的溶洞内一般均充填有水。根据以往同类工程经验，溶洞内介质的压缩波波速Vp在1500～2500m/s之间。溶洞外介质为中微风化砂岩、砾岩、花岗岩，压缩波波速Vp在4000～6000m/s之间。溶洞内外介质存在极为明显的波速差异。这种波速差异的存在，使得采用跨孔弹性波CT法探明溶洞提供了较好的物性条件。

图1 研究区钻孔位置与测线布置图

2 跨孔弹性波CT法工作方法技术

为了有效查明研究区的岩溶分布情况，本文通过已有的25个钻孔布设横测线5条(H1-H5)、纵测线5条(L1-L5)、斜测测线14条(X1-X7,Y1-Y7)共计24条测线，使其构成一个三维立体探测网络，具体布设见图1。本次采用跨孔弹性波CT法进行测量，观测系统由两个钻孔组成，一个发射孔，一个接收孔。在发射孔内设置激发点间距为1.0m，在接收孔内设置接收间距也为1.0m，同时保证每一个激发点在接收孔中进行全孔接收，见图2。

图2 跨孔弹性波CT法观测系统示意图

本为采用美国Geometrics公司的Geode型浅层地震仪进行测量，同时在外接计算机使用配套软件Seismodule Controller进行控制。接收传感器采用北京水电物探研究所生产的CH3型高灵敏度12道声波探头，每个接收探头均采用20倍集成运算放大器进行阻抗匹配、抑制道间串扰。为了保证数据采集质量，本文野外施工均为半夜干扰较小的时候。经过野外现场试验，跨孔弹性波CT法选择的野外工作参数为采样间隔为20.833μs，滤波带通为400～4000Hz；叠加次数为3次。本文对跨孔弹性波CT数据经抽道集、共激发点道集检查、初至时间拾取、初至时间检查、射线平均波速计算、初始速度模型预测、CT反演后得到跨孔的速度剖面，其中在CT反演中采用0.5m×0.5m网格。

3 结果及解释

根据前期钻孔资料和跨孔地震CT成像探测结果可知，本文将研究区地层根据工程性质有浅至深分为素填土、岩溶发育区、溶蚀裂隙发育区及软弱夹层以及完整基岩四层(见表1)。其中目标层岩溶发育区波速表现为1500～2000 m/s，为低速层。

表1 弹性波CT法波速分区表

本文以某一次跨孔地震CT成像为例来说明其探测结果和解释原则。图3为L1线ZKCT1-ZKCT2钻孔之间跨孔地震CT速度剖面图，从图中可以看出，从浅到深大致可以分为二层第一层为低速素填土层，深度在-12～-18m之间；第二层为灰岩地层，深度在-18m以下；表现为整体高速(红色)局部地区有明显低速(蓝绿色)异常体。低速异常体根据表1以及钻孔资料可推断为岩溶发育区，本段剖面共划分四处异常区。

图3 L1线第一段解释成果图

综合所有地震CT剖面，在拟建场地内查明揭露有38个岩溶发育区；具体平面分布见图5。场地内线岩溶率为24.6%，见洞率为28.9%；场地岩溶强烈等级属中等～强烈。场地内岩溶大多数无充填物或少量充填，极少数为半充填；充填物均为松散岩块、砾石、砂等。岩溶处治容易达到较好效果。砂岩、砾岩、花岗岩岩性分界面附近常见溶蚀裂隙发育区或强风化软弱夹层。对于上述软弱夹层，埋藏浅的可采用换填进行处理；对于埋深较大无法处理的夹层，建议设计单位进行承载力验算和沉降变形验算。其中编号为R31的岩溶发育区，岩溶发育规模较大，埋藏很浅，处理时需注意施工安全。

图4 研究区跨孔地震CT探测推断岩溶位置分布图

4 结论与建议

本文利用跨孔地震CT对广州某商业区标志性建筑地基进行三维立体网络式探测，揭示了研究区的速度分布特征，结合已知钻孔和地层速度信息圈定了整个研究区的岩溶发育区的空间分布位置以及规模特征，为建筑施工设计和岩溶处理提供了基础数据。