跨孔電阻率CT法在巖溶精確勘探中的應用研究

時間： 2025年5月4日星期日分類：科學技術論文次數：490

摘要:貴州碳酸鹽巖分布廣泛，巖溶問題突出，給各類工程建設造成極大的安全隱患和巨大損失，巖溶勘察尤顯重要。當前巖溶勘探以物探方法為主，但各方法本身存在局限性，影響巖溶的精細化勘探。在分析巖溶物理電性特征的基礎上，選擇跨孔電阻率CT法，并從應用的

　　摘要:貴州碳酸鹽巖分布廣泛，巖溶問題突出，給各類工程建設造成極大的安全隱患和巨大損失，巖溶勘察尤顯重要。當前巖溶勘探以物探方法為主，但各方法本身存在局限性，影響巖溶的精細化勘探。在分析巖溶物理電性特征的基礎上，選擇跨孔電阻率CT法，并從應用的角度出發，研究跨孔電阻率CT法孔內電極接地、各裝置對比、數據采集方式等多方面內容，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，在巖溶地區具有極大的應用前景，并以實例舉證說明。

　　關鍵詞:物探;跨孔電阻率CT法;巖溶勘探

巖土工程

　　西南地區碳酸鹽巖廣泛分布，尤其在貴州，占全省總面積的73%，巖溶地質問題在省內十分突出，給公路、鐵路、水利、軌道交通等地下工程建設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可溶巖石進行溶蝕作用形成的，它以溶蝕作用為主，還包括流水的沖蝕、潛蝕，以及坍陷等機械侵蝕過程。故地下水的運動及分布規律基本決定了巖溶的發育規律[1]，在垂直方向上巖溶發育可劃分為四個帶:包氣帶，主要發育落水洞;季節變動帶，主要發育大型溶洞、暗河;飽水帶，主要發育水平狀巖溶管道;緩流帶，巖溶微發育。

　　在巖溶勘察工作中，了解巖溶地區巖溶發育規律和特點，是巖溶勘探的基礎，也是選擇采用何種勘察手段和方法的基礎。選擇高效的手段和方法，不但能準確查明巖溶洞穴的位置、規模、埋深等，還可有效節約工期、節省投資。目前針對巖溶的勘探，通常以物探探測為主，并結合鉆探、槽探等其它多種方法、手段同時進行。其中物探根據工作點的位置，分為地表物探和孔內物探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、地質雷達法等方法探測效果最佳，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;地質雷達法探測深度受限，只能探測巖溶的頂界面，也易受場地條件限制和干擾影響。

　　孔內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種方法應用較多，但在探測距離、激發震源和孔內耦合方面存在制約;而電阻率CT法應用較少，處于應用研究階段。在分析巖溶物理電性特征的基礎上，我單位選擇跨孔電阻率CT法對其開展研究，包括理論基礎、數值模擬、孔內電極接地、各裝置對比、數據采集方式等多方面內容。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方法，具有廣泛的應用前景[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電性差異為物質基礎，通過觀測與研究人工建立的地中電場的分布規律解決工程地質問題的一種電法勘探方法。但由于其電極在地下，激發的電場在地下，相較于傳統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據、較小的地面電磁干擾和顯著降低體積效應，因此在進行精細化目標探測和地層電性描述時能取得更好的結果。

　　2工程實例

　　2.1實例

　　1擬建某大橋為整幅橋，起訖樁號K30+646～K31+222，全長567m。橋位橫跨山間溝谷，橋軸線經過的地面標高介于1127.3～1071.2m，相對高差56.1m。場區受風化剝蝕、流水浸蝕、溶蝕等作用，地貌類型屬溶蝕-侵蝕型低中山地貌。場區覆蓋層為殘坡積層紅粘土，基巖為二疊系下統棲霞群灰巖。鉆探至13號墩ZK77號鉆孔時，揭露溶洞，具體鉆孔信息如下:ZK77:0～7.8m，粉質粘土;7.8～8.3m，強風化灰巖;8.3～16.9m，溶洞，其中14.8～16.9m充填粘土;16.9～19.7m，中風化灰巖;19.7～20.7m，溶洞，未充填;20.7～35.5m，中風化灰巖。

　　(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，對比ZK20鉆孔巖芯照片，在24～35m段，巖體破碎，巖芯呈塊狀、碎塊狀，說明巖體裂隙發育。圖像上深16.5～19.5m段低阻異常區，正對應ZK22鉆孔18.1～19.0m段充填溶洞，據此判斷此異常為溶洞，傾斜向斷面左下方延伸，巖溶發育區(溶洞、溶蝕裂隙帶)寬度約6.5m。

　　(3)針對上述2處低阻異常的驗證，推斷兩孔中間29.5～30.5m段、靠近ZK23深36～43m段較低阻區為巖體裂隙發育，可能存在小型溶洞。通過上述分析、對比，可知跨孔電阻率CT法準確查明了巖體的巖溶發育及破碎情況，結果可靠、準確。2.2.2ZK30-ZK34跨孔測量ZK30-ZK34間距18.5m，ZK32距ZK30-ZK34斷面0.9m。

　　跨孔CT法測量深度范圍0～74.0m，測量孔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，分別位于兩孔中間深17.7～21.7m段和49.7～51.7m段。(2)兩測量孔中間深17.7～21.7m段低阻異常區，對應ZK32鉆孔深14.0～16.7m段巖體，此段巖芯呈砂狀、少量碎塊狀，巖體裂隙極發育，而上下段巖體巖芯呈短柱狀、塊狀，巖體質量較此段好。深49.7～51.7m段低阻異常區，對應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、對比，跨孔電阻率CT法準確查明了巖體的裂隙發育情況，結果可靠、準確，且精度高、分辨率高。

　　3結論通過電阻率CT法的實際測試，結果與地質鉆探情況一致，不僅可探測1～2m巖溶洞穴的發育形態、位置、大小等特征，也可探測溶蝕裂隙帶的發育范圍，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、高精度的優點，是一種精細的巖溶勘探方法。

　　參考文獻:

　　[1]康厚榮，羅強.巖溶地區公路修筑理論與實踐[M].北京;人民交通出版社，2008.

　　[2]李術才，舒茂鑫，薛翊國，等.城市地鐵跨孔電阻率CT超前地質預報方法研究[J].巖石力學與工程學報，2014，33(5):913-920.

　　[3]劉征宇.電阻率跨孔CT探測方法及其工程應用[D].濟南:山東大學，2014.

　　[4]董清華，曹俊興.井間電阻率層析成像的幾個問題研究[J].地球物理學進展，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用[J].地震地質，1998，20(3):234-242.

　　巖土工程論文投稿刊物：巖石力學與工程學報反映我國巖石力學與工程的新成就、新理論、新方法、新經驗、新動向，促進海內外學術交流，特別歡迎國家重大項目、國家自然科學基金項目及其他重要項目的研究成果，倡導和鼓勵有實踐經驗的作者撰稿，并優先刊用這些稿件，本刊也發表少數側重于工程應用的土力學方面的文章。