地質(zhì)雷達(dá)在巖溶勘探中的使用.doc

地下巖溶勘探地球物理前提：巖溶又名karst ，指可溶性巖石，特別是碳酸鹽類巖石（如石灰?guī)r、石膏等），受含有二氧化碳的流水溶蝕，有時并加以沉積作用而形成的地貌。石灰?guī)r在略有酸性的水中更易於溶解，而這種水在自然界中廣泛存在。雨水沿水平的和垂直的裂縫滲透，將石灰?guī)r溶解，并以溶液形式帶走。沿節(jié)理發(fā)育的垂直裂隙逐漸加寬、加深，形成石骨嶙峋的地形。當(dāng)雨水沿地下裂縫流動時，就不斷使裂縫加寬、加深，直到終於形成洞穴系統(tǒng)或地下河道。巖溶的存在，成為工程施工及維護(hù)中的重大安全隱患。測量參數(shù)：電磁波在地下傳播的過程中，碰到介質(zhì)的分界面（即空隙的巖壁），被反射回地面。通過檢測巖壁反射的電磁波信號，達(dá)到探測地下巖溶的目的。使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行地下巖溶探測，發(fā)射和接受電磁波，主要是測量發(fā)射和接收的時間間隔，以計算巖溶的深度和位置。測量儀器及其工作原理：地質(zhì)雷達(dá)(ground pene ting mdar，簡稱GPR) 是2O世紀(jì)7O年代發(fā)展起來的一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁法，以其高分辨率、高效率和無損探測成為地球物理勘探的有力工具。國內(nèi)外一些專家已在工程勘察領(lǐng)域中的應(yīng)用做了大量的研究工作，尤其在空洞探測方面取得了矚目的成績，但在巖溶勘察方面的研究尚還薄弱。地質(zhì)雷達(dá)的基本原理：地質(zhì)雷達(dá)的工作原理基于高頻電磁波理論，其工作方式是由地面發(fā)射天線T向大地發(fā)射主頻為數(shù)兆至上千兆赫茲的高頻電磁波。電磁波在地下傳播過程中遇到介質(zhì)的分界面后被反射回地面，再由接收天線R接收。根據(jù)接收信號及電磁波在底層中的傳播時間便可判斷電性界面的存在及其埋藏深度。 T X R 介質(zhì)分界面其特性參數(shù)為：電磁波雙程旅行時間t（ns）：假定發(fā)射天線與接收天線之間的間距為X，m;H為反射點埋深，m；電磁波在介質(zhì)中的傳播熟讀為V，m/ns,則電磁波傳播的雙程旅行時間t（ns）為t=(4H2+X2)1/2/V。電磁波在介質(zhì)中的傳播速度V（m/ns）：電磁波傳播速度V=c/(r，r)1/2，其中c為電磁波在真空中的傳播速度（0.3m/ns）；r為地下介質(zhì)的相對電常數(shù)；r為介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率（r1）。電磁波反射系數(shù)r：電磁波在介質(zhì)中傳播時，當(dāng)遇到相對介電常數(shù)明顯變化的地質(zhì)體時，會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，反射系數(shù)表征了反射和折射間的能量分配關(guān)系，其表達(dá)式如下式中 -第一層介質(zhì)的相對介電常數(shù)； -第二層介質(zhì)的相對介電常數(shù)； -第一層介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率1； -第二層介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率1。則地質(zhì)分界面距離地面的深度H為： 地質(zhì)雷達(dá)探測是以被測目的體(巖溶)與其圍巖之間存在明顯的電磁性差異為基礎(chǔ)的，被測目的體的電性特征、埋藏深度、規(guī)模大小及賦存形態(tài)等特性都直接影響方法的有效性，在實際應(yīng)用中更應(yīng)注重場地特有的地球物理特征，通過現(xiàn)場試驗來正確選擇地質(zhì)雷達(dá)的r作參數(shù)，以免由于選擇了不合理的或錯誤的技術(shù)參數(shù)而導(dǎo)致應(yīng)用的失敗。應(yīng)用實例：與鉆探方法僅限于“點” 相比，地質(zhì)雷達(dá)探測能解決“線”和“面”的問題，可獲得地下完整的面積性資料，且費用較低，因此選擇地質(zhì)雷達(dá)方法對場地的巖溶發(fā)育情況進(jìn)行探測。根據(jù)場地條件和電磁波在介質(zhì)中的傳播參數(shù)表(見表1)選擇SIRlOH，2 system地質(zhì)雷達(dá)，配備中心頻率為20MHz的天線，工作時測線間距10m，探測點距05m。如圖2所示是該場地21測線325355m(其中的0m對應(yīng)325m)地質(zhì)雷達(dá)剖面圖的一部分，從圖中可以很清楚地看到曲線反應(yīng)異常，結(jié)合場地地質(zhì)資料，將其解釋為寬約5m高約10m的不規(guī)則巖溶，成果如圖3所示。后經(jīng)547號鉆孔證實，“該處發(fā)育l較大巖溶，起止深度45143m，內(nèi)充填可塑狀棕紅色粘土”。實踐表明： 在巖溶勘察中，采用鉆探與地質(zhì)雷達(dá)探測相結(jié)合的方法是行之有效的，可獲得連續(xù)完整的地質(zhì)剖而。采用此方法不但能提高勘察施工效率、保證勘察成果質(zhì)量，還可節(jié)約勘察投資，建議在今后類似工作中推廣應(yīng)用。在虛用此方法巖溶勘察時還應(yīng)注意：地質(zhì)雷達(dá)探測是以被測目的體(巖溶)與其圍巖之間存在明顯的電磁性差異為基礎(chǔ)的，被測目的體的電性特征、埋藏深度、規(guī)模大小及賦存