巖溶地區(qū)地質(zhì)勘察綜述
2016-10-17
1、引言
巖溶地區(qū)在我國分布十分廣泛,以廣西、四川、云南、貴州最為發(fā)育, 其余如湖南、廣東、浙江、江蘇、山東、山西等地均存在規(guī)模大小不同的巖溶地區(qū)。由于地表水和地下水的溶蝕作用, 發(fā)育著各種類型的巖溶地貌和巖溶形態(tài), 產(chǎn)生溝槽、裂隙和空洞。巖溶勘察的目的在于查明對建筑物場地和地基有影響的巖溶的發(fā)育規(guī)律, 巖溶形態(tài)的分布、形狀、規(guī)模, 巖溶水情況對土層的工程性質(zhì)等, 并對建筑場地的適宜性和地基的穩(wěn)定性作出評價(jià)。
不同地質(zhì)時(shí)代的可溶性巖層,由于巖溶在時(shí)間和空間上發(fā)育的不均一性,造成巖溶地區(qū)的地質(zhì)情況非常復(fù)雜, 因此在進(jìn)行巖溶勘察時(shí),僅靠傳統(tǒng)的地質(zhì)方法難以得到滿意結(jié)果，因而采用合理的勘察方案和勘察方法就顯得尤為重要。本文在多年來在巖溶地區(qū)工程勘察的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，收集相關(guān)工程資料和他人的研究成果并加以綜合整理、分析和研究, 總結(jié)出適用于巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察的方法。
2、巖溶工程地質(zhì)勘察的地質(zhì)方法
2.1 鉆探
鉆探是工程地質(zhì)勘察最直接的勘探手段。主要受地形條件影響較大，特別是對于鐵路工程勘察，交通和機(jī)具搬運(yùn)、安置等都很困難，因此物探對于鐵路巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察顯得尤為重要。對于交通方便的地區(qū)，幾乎任何條件下均可使用鉆探方法。鉆探工作是了解一定深度范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育情況, 尤其當(dāng)?shù)乇頍o巖溶現(xiàn)象或有覆蓋層時(shí), 結(jié)合地質(zhì)調(diào)查和物探資料, 根據(jù)工程具體情況布置鉆孔。工程地質(zhì)勘察中使用的鉆探方法較多, 因而要根據(jù)具體情況選用適宜的鉆探方法和機(jī)具, 此外,為了利用鉆孔更好地了解地下地質(zhì)情況,配合鉆探, 往往要進(jìn)行鉆孔壓水試驗(yàn)或抽水試驗(yàn)等水文地質(zhì)工作。
2.2 靜力觸探
靜力觸探手段在工程地質(zhì)勘察中主要是用來確定軟土、粘性土和砂類土的承載力。靜力觸探用于覆蓋型巖溶工程地質(zhì)勘察，主要是查明第四系覆蓋層中有無隱蔽土洞存在、土洞的規(guī)模及埋藏位置、 疏松裂隙帶的分布及其范圍等。其方法是: 在依據(jù)鉆探、物探資料進(jìn)行了初步穩(wěn)定性分區(qū)的基礎(chǔ)上有針對性的布置靜力觸探孔， 結(jié)合具體情況,解釋靜力觸探PS-h是否出現(xiàn)異常值來推測有無土洞或裂隙帶。
在覆蓋型巖溶工程地質(zhì)勘察采用靜力觸探方法，解決了鉆探、物探手段受到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的限制或場地的限制時(shí)，為探明覆蓋層中潛蝕作用的分布范圍和強(qiáng)度提供了簡便的方法。在綜合勘探中合理使用靜力觸探手段可以提高勘測質(zhì)量、縮短勘測周期。另通過靜力觸探與其它物探方法相結(jié)合可以用來探明土層中隱伏土洞與擾動土層。
3、巖溶工程地質(zhì)勘察的物探方法
3.1 遙感技術(shù)
遙感技術(shù)是根據(jù)電磁輻射的理論, 應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)中的各種探測器, 對遠(yuǎn)距離目標(biāo)輻射來的電磁波信息進(jìn)行接受, 傳送到地面接收站加工處理成遙感資料( 圖象或數(shù)據(jù))用來探測識別目標(biāo)物的整個(gè)過程。它是建立在現(xiàn)代物理學(xué)、數(shù)學(xué)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和地學(xué)規(guī)律基礎(chǔ)之上的。具有調(diào)查面積大,重復(fù)性好等特點(diǎn),遙感圖像能宏觀而真實(shí)地反映地表特征和各種地質(zhì)現(xiàn)象的空間關(guān)系，遙感影像視域廣闊、信息量大, 在識別巖溶地貌形態(tài)、巖溶層組劃分及地質(zhì)構(gòu)造特征等方面, 具有其它勘測方法所不及的優(yōu)點(diǎn), 尤其更適用于我國南方裸露型巖溶地區(qū)。地球資源衛(wèi)星遙感、航空遙感、熱紅外遙感、側(cè)視雷達(dá)遙感等,在70年代引進(jìn)我國以后, 被廣泛應(yīng)用于巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察。遙感在新建鐵路選線、水利水電工程區(qū)域穩(wěn)定性評價(jià)、巖溶水庫滲漏分析等方面都發(fā)揮了重要作用。
3.2 地球物理勘探
采用地球物理方法對巖溶進(jìn)行探測是巖溶地質(zhì)調(diào)查的重要手段。巖溶洞穴與其圍巖之間一般存在較明顯的密度、速度和電性等物理性質(zhì)的差異, 目前, 適用于巖溶勘察的物探方法主要有電阻率法、微重力法、鉆孔電磁波透視法、五極縱軸電測深法、地震層析成像技術(shù)、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)等。物探方法的綜合應(yīng)用能有效查明了巖溶的分布范圍、埋藏深度和發(fā)育情況。本文在總結(jié)資料的基礎(chǔ)上, 對各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)、勘察效果和適用條件進(jìn)行介紹。
3.2.1直流電法
直流電法是以巖層電學(xué)性質(zhì)的不同為基礎(chǔ)，通過觀測電場變化規(guī)律來解決地質(zhì)問題的一種勘探方法。不同巖性由于成分和結(jié)構(gòu)不同而具導(dǎo)電性的差異。直流電法的原理就是根據(jù)導(dǎo)電性差異來了解巖層分布和地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的方法。直流電法常用的電測深法和電剖面法兩種，電測深是探測沿垂向深度變化的地質(zhì)信息；電剖面是了解沿橫向電性變化情況。另外直流電法還有高密度電法、三維電法、自然電場法、充電法、激發(fā)極化法應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)工作條件和探測要求選用相應(yīng)的觀測方法和觀測裝置。
3.2.2瞬變電磁法
瞬變電磁法是利用不接地回線源向地下發(fā)送脈沖電磁場（一次場），在一次脈沖電磁場的間斷期間，利用線圈觀測二次渦流場的方法。瞬變電磁法應(yīng)用廣泛，在接地條件差和高阻圍巖中區(qū)分低阻目標(biāo)物，利用多測道剖面曲線識別覆蓋層下是否賦存低阻異常體。適用于探測隱伏斷層破碎帶、覆蓋層、地下古河道、巖溶、洞穴等、堤防和防滲帷幕隱患探測、地下水和地?zé)嵩刺綔y等，也可進(jìn)行分層探測。
3.2.3地震波法
地震勘探是研究由人工激發(fā)的地震彈性波在巖土介質(zhì)中的傳播規(guī)律，以探測地層和構(gòu)造的分布形態(tài)。地震勘探正是利用地下介質(zhì)傳播條件變化特征來查明地質(zhì)問題。根據(jù)所采集的地震波在介質(zhì)中的傳播速度與振幅、波形特征等來劃分介質(zhì)的物性、巖性及結(jié)構(gòu)等。
（1）反射波法。反射波法是利用反射波沿測線的反射時(shí)距曲線來確定反射界面深度與構(gòu)造形態(tài)。反射波法可探測基巖面上覆蓋層厚度。反射波法適用于劃分地層界線、查找地質(zhì)構(gòu)造、探測不良地質(zhì)體的厚度和范圍、隧道施工超前預(yù)報(bào)。
?。?）面波法。面波（瑞利波）法是一種新興的巖土原位測試勘探方法，利用面波的頻散特性和傳播速度與巖土物理力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系，來解決工程地質(zhì)問題。適用于探測淺部地層中的巖溶洞穴等不均勻體、評價(jià)路基基床質(zhì)量和地基整治加固效果。
3.2.4電磁波法
電磁波（CT）探測方法是在兩個(gè)鉆孔之間進(jìn)行，一個(gè)孔發(fā)射電磁波，另一個(gè)孔接收電磁波，通過探測孔間地層對發(fā)射電磁波的吸收程度，來推斷解釋兩孔間的地質(zhì)及構(gòu)造情況。電磁波層析成像適用于在鉆孔中探測鉆孔間或鉆孔周圍的巖溶洞穴、破碎帶等。
3.2.5地質(zhì)雷達(dá)
地質(zhì)雷達(dá)是基于地下介質(zhì)的電導(dǎo)率、介電常數(shù)等電性參數(shù)的差異, 利用高頻電磁脈沖波的反射探測地下介質(zhì)分布的一種物探手段。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí), 其路徑、電磁場強(qiáng)度和波形, 將隨所通過介質(zhì)的電性特征及幾何形態(tài)而變化, 故通過對時(shí)域波形的采集、處理和分析, 可確定地下界面或目標(biāo)體的空間位置及結(jié)構(gòu)。適宜于探測淺埋藏的巖溶、洞穴、構(gòu)造破碎帶、層間構(gòu)造帶、巖性分界面，也可用于淺部分層和土層內(nèi)部淺埋藏洞穴的探測。
4、結(jié)束語
物探的每一種方法的應(yīng)用都有其應(yīng)用的前提， 只有在滿足前提條件下的勘察效果才會是好的。因此, 在確定使用何種物探方法之前，正確地分析判斷場地的地質(zhì)情況是非常重要的，采用綜合物探,可以取得更好的效果。將物探應(yīng)用到工程地質(zhì)勘察中，能降低勘察成本，縮短勘察工期，提高勘察工作質(zhì)量，但不能忽略鉆探作為最基本的工程地質(zhì)勘察的勘探手段所發(fā)揮的重要作用。每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件， 應(yīng)取長補(bǔ)短，互為補(bǔ)充。大量的工程實(shí)踐表明，物探定性配合鉆探定量，能更好地了解工程地質(zhì)情況，為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。
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