朱保坤，燕 轲

（华设设计集团股份有限公司，江苏 南京）

前言

岩溶工程地质勘察应遵循从面到点，先地表后地下，先定性后定量以及先疏后密的原则。在收集资料的基础上，通过工程地质调绘、勘探、工程物探等方法进行综合勘察。

使用多种物探方法对岩溶进行综合探测，可以达到理想的探测效果，本文重点讨论反磁通瞬变电磁、跨孔CT 以及管波等三种物探方法在某船闸灰岩区岩溶探测应用[1]。

1 等值反磁通瞬变电磁法

中南大学地球科学与信息物理学院自主设计研发生产的等值反磁通瞬变电磁，与传统的瞬变电磁比较，在采集数据稳定性以及探测精度上都有较大改进，其主要特点在于采用反磁通瞬变电磁技术，大大降低了传统瞬变电磁浅部勘探中存在的“盲区”及抗干扰弱的问题，并且该系统外业采集数据效率高、稳定性强，数据处理方面也进行了较大的改进。该技术采用上下平行共轴的两个相同线圈通以反向电流作为发射源（双线圈源），并在双线圈源的中间平面接收地下二次场。由于接收面为上下两线圈的等值反磁通平面，其一次场磁通始终为零，而地下空间却仍然存在一次场，因此一次场关断时，接收线圈测量的是地下的纯二次场响应。该方法采用的两个发射线圈相同，但它们的电流大小相等方向相反，因次称为等值反磁通瞬变电磁法，装置示意见图1。

图1 反磁通瞬变电磁法装置示意

据本项目勘察资料及前期资料，勘探深度内土层依次为第四系全新统粉质黏土、粉土、粉细砂、砾砂、圆砾、卵石土层（局部含漂石），局部夹淤泥质土，下部基岩为泥盆系灰岩。

场地地球物理特征是指岩层与岩层之间、岩层与岩溶之间的物理性质（电学性质、力学性质等）差异，是开展地球物理勘探的物性前提。由于杂填土、黏土的电阻率值相对较低，灰岩等岩石较高，岩溶填充物介于二者之间。在简单地层状态下，其导电性特征在纵向上具有固定的变化规律，而在横向上相对比较均一，在瞬变电磁剖面图上，纵向上呈现为视电阻率值随着深度呈梯度逐渐增加；横向上视电阻率值随着里程变化不大。当存在岩溶时，半充填岩溶如果不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果岩溶含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体，全充填岩溶一般表现为低阻，根据这些物性差异，可将视电阻率值的大小及横向变化认为是岩溶的综合反映。

图2、图3 为某船闸岩溶探测区域反磁通瞬变电磁测线探测成果（局部），结合测线所过钻孔资料，对物探成果对应地层及岩溶进行视电阻率值初步划分：

图3 反磁通瞬变电磁半充填型岩溶探测成果

①杂填土层、粘土层：≤100 Ω·m；②卵石层：100～220 Ω·m；③灰岩：220～550 Ω·m；④岩溶：220～430 Ω·m（岩溶视电阻率随岩溶埋深加大而加大）。

探测成果表明船闸区域岩溶发育强烈，岩溶发育规模较大，场地降水丰富，地下水含量较高，探测岩溶异常以低阻为主，岩溶以半充填类型以半充填～全充填岩溶为主，岩溶异常范围内出现的高阻值推测为卵石、碎石及强风化砂岩等高阻填充物反应，船闸地下岩溶整体发育强烈，施工时建议采取相应合理措施，保证施工安全。

2 弹性波跨孔CT

以某船闸工程岩溶物探探测应用为例，在反磁通瞬变电磁进行测线断面探测的前提下，对岩溶强发育区进行跨孔CT定段探测，以提高探测精度，验证补充瞬变电磁探测成果[5]。

弹性波CT观测系统，以一个钻孔为发射孔，另一个钻孔为接收孔，发射孔与接收孔之间的距离为14～20 m，在发射孔内按1.0 m间距设置激发点，在接收孔内,一般按1.0 m间距设置接收点, 每一个激发点在接收孔内对每一个接收点都进行接收（见图4）[6]。

图4 跨孔弹性波CT 观测系统示意

根据工程的场地条件和特点，为确保采集数据准确、可靠，探测过程中采取了下列措施：

（1） 观测前，向孔中充满井液，确保孔中有井液耦合；（2） 选取围岩较为完整的钻孔作为发射钻孔，以利于能量激发传播；（3） 激发接收点尽量在同一高程，以保证探测成果的准确度；（4） 野外测试时需现场监控每一个记录，发现较差记录，需要进行重测；（5） 检查记录质量，对较差记录进行分析、查找原因，进行重测。

根据前期资料揭露，场区内地层由上至下依次为：人工填土层、第四系残积层、石炭系下统石灰岩、炭质灰岩、泥灰岩、炭质页岩、泥岩、砂岩[7]。

其中灰岩岩溶发育严重，溶洞发育无规律。

钻孔揭示的溶洞充填物一般为黏土，部分溶洞无充填。由于灰岩裂隙非常发育，溶洞均有裂隙水充填。溶洞充填物压缩波波速值一般在1 400～2 000 m/s。灰岩的压缩波波速一般在3 500～5 500 m/s。溶洞内外介质存在极为明显的波速差异[8]。

图5、图6 为跨孔CT探测成果。通过弹性波CT 探测成果可以清楚地依据低速区对岩溶发育进行准确圈定，对于岩溶分布特征以及连通性可以较好揭示。

图5 跨孔弹性波CT 测线X1 岩溶探测成果

图6 跨孔弹性波CT 测线X2 岩溶探测成果

3 管波

管波探测法属于孔内探测，使用工勘钻孔，通过发射管波，采集记录并分析管波反射信号，即可探明周边范围内的岩溶、软弱夹层等情况，并评价持力层的完整性。为设计施工提供准确可靠的地质资料[9]。图7 为管波探测工作装置。

图7 管波探测工作装置

图8、图9 为某船闸岩溶管波探测成果。通过管波探测成果可以清楚地揭示以钻孔为中心直径约3 m 左右的圆柱状探测成果，其中管波可以揭示隐藏在钻孔之外的岩溶发育情况，而钻孔揭示的岩溶规模较小，呈竖条状发育并未横向发育，也能探测出来，因此管波进行桩基位置等定点探测具备独特的优势。

图8 管波岩溶探测成果

图9 管波岩溶探测成果

结束语

在传统单一物探方法探测岩溶的基础上，对场地物性参数进行分析，增加探测目标体物性参数探测，使用至少三种物探技术方法，称为综合物探方法，综合物探方法可以大大提高岩溶目标体的探测准确度及探测精度。综合物探技术方法之间既可以互相验证又可以互相补充，本次在某船闸岩溶探测实例中，综合物探方法分别进行了反磁通瞬变电磁、跨孔CT以及管波，从探测面的普查到探测段的精探，再到探测点的精探，对岩溶区船闸工程勘察具有借鉴意义。