楊 林
(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊,貴州 安順 561000)
近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,地質(zhì)雷達(dá)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用越來越廣泛。在工程建設(shè)過程中,復(fù)雜的地質(zhì)問題是影響勘查效果的主要因素之一,如地下巖溶,嚴(yán)重的威脅著建設(shè)工程的質(zhì)量和安全,所以必須采取有效的技術(shù)手段,對巖溶的發(fā)育情況,如規(guī)模大小,是否穩(wěn)定等信息進(jìn)行準(zhǔn)確的勘查。地質(zhì)雷達(dá)因其操作簡單,適應(yīng)性較強(qiáng)等優(yōu)點,被廣泛的應(yīng)用到巖溶勘查中[1]。因此,研究分析地質(zhì)雷達(dá)在巖溶勘查中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。
地質(zhì)雷達(dá)在工作過程中,首先對需要勘查的區(qū)域進(jìn)行高頻寬帶電磁波脈沖的發(fā)射,然后利用接收天線,收集地下不同介質(zhì)反射回來的不同的反射波,后經(jīng)過科學(xué)的計算和分析,對介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)進(jìn)行推測,從而對巖溶的位置和分布進(jìn)行確定。電磁波在不同介質(zhì)中傳播時受介質(zhì)的電性性質(zhì)、相對介電常數(shù)以及形態(tài)等影響較大,導(dǎo)致出現(xiàn)傳播路徑、電磁場的強(qiáng)度和波形差異[2]。尤其是巖溶區(qū)域,地層介質(zhì)的相對介電常數(shù)和空氣的相對介電常數(shù)存在較大的差異,因此,若巖溶區(qū)域存在地下空洞或者孔隙,采用地質(zhì)雷達(dá)所采集到的反射波也會存在較大的差異,從而幫助相關(guān)工作者精準(zhǔn)的掌握巖溶區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu),完成巖溶勘查的工作任務(wù)。
(1)區(qū)域地質(zhì)概述。云馬一條街巖、土分布從上到下依次為:第四系(Q)和三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組三段(T2g3)和三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組二段(T2g2)。分述如下:
①第四系(Q):淺褐、黃色紅粘土,成因多為殘積。云馬一條街表層均有分布,經(jīng)鉆探,紅粘土厚度1m~6m。②三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組三段(T2g3):主要出露于地表,其巖性為灰色中厚層白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。云馬一條街該地層巖性為白云質(zhì)灰?guī)r[3]。③三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組二段(T2g2):灰色薄至中厚層灰?guī)r,間夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及泥灰?guī)r。引水隧洞圍巖主要為灰?guī)r。
(2)工程所在區(qū)域地質(zhì)評價結(jié)果。①第四系:屬于松散巖組,其厚度小,呈可塑狀,網(wǎng)狀裂隙發(fā)育,壓縮性高,力學(xué)強(qiáng)度低。②三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組三段白云質(zhì)灰?guī)r:中風(fēng)化—微風(fēng)化程度,屬于較硬質(zhì)巖類巖石,節(jié)理裂隙較發(fā)育,沿節(jié)理面充填方解石脈、泥質(zhì),結(jié)合物探和鉆探巖芯揭示表明,該段巖組巖體破碎—較破碎,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。該巖組巖溶較發(fā)育,主要表現(xiàn)形式為淺層溶溝、溶槽,及層面起伏。其巖體完整性較差。③三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組二段灰?guī)r:微風(fēng)化程度,屬于較硬質(zhì)巖類巖石,節(jié)理裂隙較發(fā)育,沿節(jié)理面充填方解石脈,結(jié)合物探和鉆探巖芯揭示表明,該段巖組巖體較破碎,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。
(3)地質(zhì)雷達(dá)勘查。由于地質(zhì)雷達(dá)在進(jìn)行巖溶勘查過程中,很容易受到外界干擾因素的影響,包括地表物體、地下管線以及空中高壓電纜等。為了對這些干擾信號進(jìn)行有效的控制,確??碧浇Y(jié)果的準(zhǔn)確性,在數(shù)據(jù)采集過程中對以上干擾因素進(jìn)行削除,并利用事后數(shù)字處理方法削弱干擾因素的影響,提高地質(zhì)雷達(dá)的圖像識別能力。
(4)地質(zhì)雷達(dá)勘查結(jié)果。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)對該地區(qū)巖溶結(jié)構(gòu)的勘查結(jié)果,得出如下結(jié)論:①云馬大街西側(cè)195米處(深約28m)、202.5m處(深約21m),220m(深約26.5m)處出現(xiàn)低阻、強(qiáng)吸收的特征,根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的反饋圖像,推測為溶洞(粘土充填或充水)或充水巖溶管道裂隙。②云馬大街西側(cè)局部裂隙極發(fā)育帶(88m~96m、148m~160m埋深25m~30m處)。③云馬大街東側(cè)房屋背后130m~140m處分布有垂直低阻帶,推測為垂直裂隙帶;測線電阻率普遍較低,根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的反饋圖像,推測基巖裂隙極為發(fā)育,且沖水或夾泥,僅34m~70m下方,100m~110m下方,154m~160m下方局部電阻率稍高,根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的反饋圖像,推測為基巖裂隙較發(fā)育區(qū)。
(5)鉆探驗證。為了驗證地質(zhì)雷達(dá)勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性,共設(shè)計鉆孔25個,結(jié)果表明:8個鉆孔見溶洞裂隙發(fā)育,鉆孔見洞率為32%。鉆探驗證結(jié)果如表1所示:
表1 工程鉆探驗證結(jié)果
同時,隧道施工時隧道內(nèi)局部出現(xiàn)管涌狀涌水。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)勘查結(jié)果與鉆探施工驗證實際表明:勘查區(qū)域地下巖溶發(fā)育,主要表現(xiàn)形式為淺層溶洞、裂隙和地下水巖溶管道。
(6)抽排地下水可能產(chǎn)生的影響。通過地質(zhì)雷達(dá)勘探和鉆探驗證,結(jié)果表明工程所在區(qū)域內(nèi)巖溶主要形式為淺層溶溝、溶槽;根據(jù)對塌陷區(qū)的勘查,表明塌陷上大下小,向下逐漸閉合。此外,該工程區(qū)域巖石物理力學(xué)高,抗風(fēng)化力強(qiáng),在勘查區(qū)發(fā)生大規(guī)模巖溶塌陷的可能性不大,發(fā)生小規(guī)模地面塌陷的可能性大。其特點為分布無規(guī)律,出現(xiàn)頻率以隧道為中心向兩側(cè)逐漸變小。若耕地區(qū)出現(xiàn)的塌陷,為破壞耕地使用;若在房屋分布區(qū)出現(xiàn)的塌陷,因出現(xiàn)的位置不同,對房屋的破壞影響程度亦不同。最嚴(yán)重程度因地基失穩(wěn)導(dǎo)致房屋開裂甚至垮塌。根據(jù)抽排地下水工程的影響半徑計算可得,在引水隧道為中心兩側(cè)453.14米范圍內(nèi),可能會對地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成影響,在該范圍內(nèi)發(fā)生巖溶塌陷的可能性大,危害程度高。因此,為了避免因為抽排地下水導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故,應(yīng)采取有效的技術(shù)措施,對現(xiàn)狀及未來可能出現(xiàn)的塌陷區(qū)進(jìn)行綜合治理。
綜上所述,本文結(jié)合實例分析了地質(zhì)雷達(dá)在巖溶勘查中的具體應(yīng)用,并通過鉆探對地質(zhì)雷達(dá)的勘查結(jié)果進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明地質(zhì)雷達(dá)可以精準(zhǔn)的反饋巖溶地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況,為本地段巖溶發(fā)育特征的研究提供了基礎(chǔ)資料,給工程的安全建設(shè)和運營管理提供了保證。