浅谈基岩溶洞的探测方法原理与分析

浅谈基岩溶洞的探测方法原理与分析

魏 来 徐洋洋 上官士青

（中国矿业大学，江苏 徐州 221008）

摘 要：溶蚀现象是灰岩地区基岩中较为普遍的特点，产生溶洞等不良地质现象，严重地影响基础工程质量。对于高标

准工程建设，仅用钻探成本高且难以达到理想效果。本文阐述了利用高密度电法及其他物探手段（如地质雷达法）对基岩溶洞进行探测，根据密实度和电阻率等相关参数，准确确定溶洞的空间赋存状态及质量评析。 关键词：高密度电法；电阻率；基岩；溶洞；地质雷达 基岩溶蚀发育至一定程度时，在地下水动力条件等因素的作用下容易引起地面坍塌。所以，基岩地区的地质勘探不但要查清基岩的起伏，而且要查明溶蚀带、溶洞等不良地质现象。

1 溶洞存在的地质前提及其物理现象

溶洞位于基岩面以下，是石灰岩（主要是CaCO3）地区地下水溶蚀的产物。溶洞的形成过程是CaCO3和H2O与CO2发生化学反应时生成可溶于水的Ca(HCO3)2。

溶洞发育地区地层一般分布有：①人工回填土层；②风化残积层，由灰岩风化残积而成； ③基岩为灰岩，可能有断层、裂隙发育，溶沟溶槽等现象较严重。

[0013]根据本申请的第二方面，本申请提供ー种光学谐振器，包括金属层和高折射率介质层，高折射率介质层的材料为能产生表面等离子体的材料，高折射率介质层形成在金属层之上，高折射率介质层平行于金属层的横截面为环形，高折射率介质层最靠近金属层的横截面落在金属层所形成的范围之内。[0006]根据本申请的第一方面，本申请提供ー种光学谐振器高密度电法原理，包括金属层和高折射率介质层,高折射率介质层的材料为能产生表面等离子体的材料,其特征在于,金属层形成在高折射率介质层之上，金属层平行于高折射率介质层的横截面为环形，金属层最靠近高折射率介质层的横截面落在高折射率介质层所形成的范围之内。① 油气储层综合研究● 油气储层地质基础● 储层地球化学● 储层形成机理● 储层识别方法和技术② 含油气盆地动力学及油气资源潜力分析● 中国西部成山成盆成藏动力学● 油气成藏要素精细描述● 成藏过程恢复及动力学机制分析● 成藏要素和成藏过程的关系● 盆地油气资源潜力分析③ 复杂油气藏地球物理勘探理论与方法● 深部地质结构与油气赋存背景的地球物理基础● 深层复杂储层地球物理预测● 储层岩石物理测试分析与数值模拟● 各向异性介质地震波成像理论与多波地震勘探新技术● 储层流体地球物理识别及预测理论和方法④ 复杂油气藏开发理论。

岩溶发育普遍表现为：①自下而上，由弱变强；基岩面广泛发育着溶沟、溶槽等溶蚀现象，浅部基岩岩溶发育好，深部为老的溶洞，老的溶洞连通而成地下暗河。②浅部溶洞充填物较多高密度电法原理，深部充填物较少，充填物主要是地下水，地下水活动频繁地带溶洞较发育；③裂隙、构造断层较发育。

2 地质雷达法

地质雷达法是利用高频脉冲电磁波勘查地下介质分布的一种基岩溶洞探测技术。工作原理是:探测基岩溶洞时,通过发射天线向地层定向发射高频脉冲电磁波，电磁波在传播中遇到不同介质的目标体即发生透射、反射，反射波信号由接收天线接收后，传给接收机,在接收机经过滤波、整形和放大等处理后,经电缆传输到雷达主机，可判断基岩溶洞的深度、大小和位置。在探测过程中，天线沿测线移动,脉冲信号不断地被发射和接收,经转换后得到的数字信号编码排列及处理,然后绘出溶洞剖面图像。图像异常特征有二种：①雷达反射很强，部分为弧形，向下反射波的能量逐渐减小，推理是岩溶发育区，部分弧形反射为溶洞；②反射波同相轴断续，反射强度变化大，反射波能量向下逐渐减小，推理是溶蚀裂隙发育区，也可能有较大溶洞。

收稿日期：2008-12-14 修回日期：2009-01-12作者简介：魏来（1986-），男，江苏睢宁籍，本科。

其中最有意思的就是介绍隐形飞机的隐身术.为了使雷达看不见,这种飞机的外形与一般飞机不同,还有这种飞机它使用非金属材料和吸波性材料制成.当雷达发出的电磁波碰到它们,不是被飞机表面的吸波性涂料吸收,就是被镜面一样的“玻璃幕墙”反射到别的地方去了,雷达基本上收不到什么回波.即使能够收到一点点,由于散射而造成的雷达测量误差,也会使它上当的。原理，不同天线与雷达头组合适用不同测量环境 国外雷高精度的调频连续波雷达在世界上以瑞典的saab公司的saab-pro系列和saab-rex系列为典型，脉冲在液面处被反射，精度±3~10mm rex系列是具有贸易交接认证的±0导波雷达料位计是通过处理雷达波从探头发射到介质表面然后返回到探头的时间来测量料位的。 *输出为可选的4~20ma叠加hart信号,数字式 profibus dp 或 trl2 现场总线信号.fmcw(frequency modulated continue wave),调频连续波技术主要产品包括 5600系列、saab pro系列和rex系列.雷达头发射出以一定速率连续变化的高频率信号(ghz级),雷达信号被液体表面反射后,天线接收回波. 由于雷达波频率在改变,返回的波与新发射的雷达波的频率不同而形成频率差,这个差值正比于自雷达头到液面的距离.fmcw技术就是测量这种频率差的数字技术,能完成非常精确的测量.萨博saabsaab雷达液位计此信息3天内更新过。

在用地质雷达法探测溶洞前，熟知其与基岩是否有足够的介电常数差异,然后选定使用的雷达天线及制定探测方案。

3 高密度电法

高密度电法是一种电法勘探新技术，它的理论基础是电阻率法原理，并运用自动控制技术和大规模集成电路。高密度电法系统主要由电法仪、多极可连接电缆、电源、数据处理计算机构成。

高密度电法集电剖面法和电测深法，采用高密度布点测量二维溶洞断面，可以获得很多关于溶洞断面的信息，而且观测精度高、速度快，同时减少了误差及手工误操作。工作原理是：电极布设是一次性完成，要求设置高密度的观测点。数据采集系统包括多路电极转换器和电极系，数据采集实现自动化。多路电极转换器通过多极电缆处理各电极间的测量状态与供电状态；主机通过电缆发出指令（供电、接收、存贮数据等）控制多路电极转换器。主机会自动存储数据，实现了资料的脱机处理和实时处理，计算机然后将数据转成操作软件要求的数据格式，再通过处理模块处理实现二维反演图像。溶洞内介质间的导电性差异是高密度电法勘探的前提条件，通过两点电极向地下供电，然后测量另外两点间的极电位差，求得记录点的视电阻率。根据实测的视电阻率剖面进行计算、分析，可以解决相应的一些物探工程课题。对称四极、偶极偶极、单极偶极、单极单极是四种基本的排列，其他的排列

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