摘要:貴州碳酸鹽巖分布廣泛，巖溶問題突出，給各類工程建設(shè)造成極大的安全隱患和巨大損失，巖溶勘察尤顯重要。當(dāng)前巖溶勘探以物探方法為主，但各方法本身存在局限性，影響巖溶的精細(xì)化勘探。在分析巖溶物理電性特征的基礎(chǔ)上，選擇跨孔電阻率CT法，并從應(yīng)用的角度出發(fā)，研究跨孔電阻率CT法孔內(nèi)電極接地、各裝置對(duì)比、數(shù)據(jù)采集方式等多方面內(nèi)容，得出跨孔電阻率CT法是一種方便、高效、高精度和高分辨率的物探方法，在巖溶地區(qū)具有極大的應(yīng)用前景，并以實(shí)例舉證說明。

　　關(guān)鍵詞:物探;跨孔電阻率CT法;巖溶勘探

　　西南地區(qū)碳酸鹽巖廣泛分布，尤其在貴州，占全省總面積的73%，巖溶地質(zhì)問題在省內(nèi)十分突出，給公路、鐵路、水利、軌道交通等地下工程建設(shè)造成極大安全隱患和巨大損失。巖溶是具有溶蝕力的地下水對(duì)可溶巖石進(jìn)行溶蝕作用形成的，它以溶蝕作用為主，還包括流水的沖蝕、潛蝕，以及坍陷等機(jī)械侵蝕過程。故地下水的運(yùn)動(dòng)及分布規(guī)律基本決定了巖溶的發(fā)育規(guī)律[1]，在垂直方向上巖溶發(fā)育可劃分為四個(gè)帶:包氣帶，主要發(fā)育落水洞;季節(jié)變動(dòng)帶，主要發(fā)育大型溶洞、暗河;飽水帶，主要發(fā)育水平狀巖溶管道;緩流帶，巖溶微發(fā)育。

　　在巖溶勘察工作中，了解巖溶地區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律和特點(diǎn)，是巖溶勘探的基礎(chǔ)，也是選擇采用何種勘察手段和方法的基礎(chǔ)。選擇高效的手段和方法，不但能準(zhǔn)確查明巖溶洞穴的位置、規(guī)模、埋深等，還可有效節(jié)約工期、節(jié)省投資。目前針對(duì)巖溶的勘探，通常以物探探測(cè)為主，并結(jié)合鉆探、槽探等其它多種方法、手段同時(shí)進(jìn)行。其中物探根據(jù)工作點(diǎn)的位置，分為地表物探和孔內(nèi)物探2種。地表物探主要是高密度電法、瞬變電磁法、音頻大地電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法等方法探測(cè)效果最佳，但各方法本身也存在局限性，如高密度電法，體積效應(yīng)顯著;瞬變電磁法、音頻大地電磁法易受地表電磁干擾、地貌影響;地質(zhì)雷達(dá)法探測(cè)深度受限，只能探測(cè)巖溶的頂界面，也易受場(chǎng)地條件限制和干擾影響。

　　孔內(nèi)物探方法主要有電磁波CT法、彈性波CT法和電阻率CT法，前2種方法應(yīng)用較多，但在探測(cè)距離、激發(fā)震源和孔內(nèi)耦合方面存在制約;而電阻率CT法應(yīng)用較少，處于應(yīng)用研究階段。在分析巖溶物理電性特征的基礎(chǔ)上，我單位選擇跨孔電阻率CT法對(duì)其開展研究，包括理論基礎(chǔ)、數(shù)值模擬、孔內(nèi)電極接地、各裝置對(duì)比、數(shù)據(jù)采集方式等多方面內(nèi)容。通過研究得出，跨孔電阻率CT法是一種方便、高效、高精度和高分辨率的物探巖溶探測(cè)方法，具有廣泛的應(yīng)用前景[2-7]。

　　1跨孔電阻率CT法原理及工作方法

　　跨孔電阻率CT法，其原理類似于地面直流電法，也是以地殼中巖土體的導(dǎo)電性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測(cè)與研究人工建立的地中電場(chǎng)的分布規(guī)律解決工程地質(zhì)問題的一種電法勘探方法。但由于其電極在地下，激發(fā)的電場(chǎng)在地下，相較于傳統(tǒng)的地面直流電阻率法，跨孔電阻率CT法能獲得更為豐富的數(shù)據(jù)、較小的地面電磁干擾和顯著降低體積效應(yīng)，因此在進(jìn)行精細(xì)化目標(biāo)探測(cè)和地層電性描述時(shí)能取得更好的結(jié)果。

　　2工程實(shí)例

　　2.1實(shí)例

　　1擬建某大橋?yàn)檎�幅橋，起訖樁�?hào)K30+646～K31+222，全長567m。橋位橫跨山間溝谷，橋軸線經(jīng)過的地面標(biāo)高介于1127.3～1071.2m，相對(duì)高差56.1m。場(chǎng)區(qū)受風(fēng)化剝蝕、流水浸蝕、溶蝕等作用，地貌類型屬溶蝕-侵蝕型低中山地貌。場(chǎng)區(qū)覆蓋層為殘坡積層紅粘土，基巖為二疊系下統(tǒng)棲霞群灰?guī)r。鉆探至13號(hào)墩ZK77號(hào)鉆孔時(shí)，揭露溶洞，具體鉆孔信息如下:ZK77:0～7.8m，粉質(zhì)粘土;7.8～8.3m，強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r;8.3～16.9m，溶洞，其中14.8～16.9m充填粘土;16.9～19.7m，中風(fēng)化灰?guī)r;19.7～20.7m，溶洞，未充填;20.7～35.5m，中風(fēng)化灰?guī)r。

　　(1)CT反演圖上低阻異常主要分布在:ZK20鉆孔深22m至反演圖像底部，兩孔中間16.5～18.5m和29.5～30.5m段，以及靠近ZK23深36～43m段。(2)ZK20鉆孔深24m至反演圖像底部低阻條帶狀低阻異常區(qū)，對(duì)比ZK20鉆孔巖芯照片，在24～35m段，巖體破碎，巖芯呈塊狀、碎塊狀，說明巖體裂隙發(fā)育。圖像上深16.5～19.5m段低阻異常區(qū)，正對(duì)應(yīng)ZK22鉆孔18.1～19.0m段充填溶洞，據(jù)此判斷此異常為溶洞，傾斜向斷面左下方延伸，巖溶發(fā)育區(qū)(溶洞、溶蝕裂隙帶)寬度約6.5m。

　　(3)針對(duì)上述2處低阻異常的驗(yàn)證，推斷兩孔中間29.5～30.5m段、靠近ZK23深36～43m段較低阻區(qū)為巖體裂隙發(fā)育，可能存在小型溶洞。通過上述分析、對(duì)比，可知跨孔電阻率CT法準(zhǔn)確查明了巖體的巖溶發(fā)育及破碎情況，結(jié)果可靠、準(zhǔn)確。2.2.2ZK30-ZK34跨孔測(cè)量ZK30-ZK34間距18.5m，ZK32距ZK30-ZK34斷面0.9m。

　　跨孔CT法測(cè)量深度范圍0～74.0m，測(cè)量孔ZK30孔口高程418.456m，ZK32孔口高程425.033m，ZK34孔口高程431.230m，以ZK34鉆孔孔口高程為X軸，ZK30鉆孔所在位置為Y(1)反演圖上主要存在2處低阻異常區(qū)，分別位于兩孔中間深17.7～21.7m段和49.7～51.7m段。(2)兩測(cè)量孔中間深17.7～21.7m段低阻異常區(qū)，對(duì)應(yīng)ZK32鉆孔深14.0～16.7m段巖體，此段巖芯呈砂狀、少量碎塊狀，巖體裂隙極發(fā)育，而上下段巖體巖芯呈短柱狀、塊狀，巖體質(zhì)量較此段好。深49.7～51.7m段低阻異常區(qū)，對(duì)應(yīng)ZK32深41.0～46.0m段巖體，此段巖芯呈碎塊狀、塊狀，而上下段巖體巖芯呈短柱狀。通過上述分析、對(duì)比，跨孔電阻率CT法準(zhǔn)確查明了巖體的裂隙發(fā)育情況，結(jié)果可靠、準(zhǔn)確，且精度高、分辨率高。

　　3結(jié)論通過電阻率CT法的實(shí)際測(cè)試，結(jié)果與地質(zhì)鉆探情況一致，不僅可探測(cè)1～2m巖溶洞穴的發(fā)育形態(tài)、位置、大小等特征，也可探測(cè)溶蝕裂隙帶的發(fā)育范圍，判斷巖體的完整程度。證明了跨孔電阻率CT法具有高分辨率、高精度的優(yōu)點(diǎn)，是一種精細(xì)的巖溶勘探方法。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]康厚榮，羅強(qiáng).巖溶地區(qū)公路修筑理論與實(shí)踐[M].北京;人民交通出版社，2008.

　　[2]李術(shù)才，舒茂鑫，薛翊國，等.城市地鐵跨孔電阻率CT超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，33(5):913-920.

　　[3]劉征宇.電阻率跨孔CT探測(cè)方法及其工程應(yīng)用[D].濟(jì)南:山東大學(xué)，2014.

　　[4]董清華，曹俊興.井間電阻率層析成像的幾個(gè)問題研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，1998，13(4):84-89.

　　[5]李曉芹，陶裕錄，馮銳，等.電阻率層析成像的原理與初步應(yīng)用[J].地震地質(zhì)，1998，20(3):234-242.

　　巖土工程論文投稿刊物：巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)反映我國巖石力學(xué)與工程的新成就、新理論、新方法、新經(jīng)驗(yàn)、新動(dòng)向，促進(jìn)海內(nèi)外學(xué)術(shù)交流，特別歡迎國家重大項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目及其他重要項(xiàng)目的研究成果，倡導(dǎo)和鼓勵(lì)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的作者撰稿，并優(yōu)先刊用這些稿件，本刊也發(fā)表少數(shù)側(cè)重于工程應(yīng)用的土力學(xué)方面的文章。