综合物探方法在广州市金沙洲岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害调查中的应用

综合运用跨孔地震CT、探地雷达、高密度电阻率法、浅层地震反射波、土壤氡浓度和波速测试6种物探方法,对广州市白云区金沙洲岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害进行探测,查明了该区的溶洞、土洞及构造破碎带的分布。介绍了各种方法技术,对综合物探成果进行总结,结合实例说明综合物探方法在该区的应用取得了显著效果,为地质灾害防治提供了基础地质资料。在广花盆地岩溶发育区,首次应用跨孔地震CT探测建筑物地下岩溶分布,为评价受岩溶地质灾害影响的建筑物安全提供依据。     

跨孔地震CT层析成像在岩溶勘察中的应用

指出了在岩溶发育地区采用常规工程地质勘察方法的不足,简述了跨孔地震CT层析成像进行岩溶勘察的原理及工作方法技术,介绍了一个工程勘察实例,指出了跨孔地震CT层析成像在岩溶,勘察中的应用前景。     

孔间电磁波CT技术在北京普安店岩溶勘查中的应用

孔间电磁波CT技术是工程勘探中的一种常用方法,利用孔间层析成像进行探测,其成果清晰、直观,较好地展现了孔间介质电磁波吸收情况,清楚地显示出地下不同地质体的空间分布。北京普安店地区存在岩溶塌陷,前期进行了大量的钻孔勘探,利用钻孔进行孔间电磁波CT扫描,探测钻孔之间溶洞的分布情况,填补了钻孔之间溶洞展布情况的空白,并对溶洞的充填情况进行解释。该技术提供的数据准确可靠,信息丰富,为后期岩溶地区的稳定性评价及工程处理提供了科学依据和基础数据。     

基于程函方程反演的跨孔地震岩溶探测数值模拟研究

岩溶探测对于岩溶发育地区的工程建设有重大意义,跨孔地震波探测是工程勘察有效的地球物理探测技术。本文旨在利用基于程函方程的初至旅行时层析方法,实现对跨孔地震波岩溶探测的反演,并通过多个工况的数值模拟验证其有效性,探索其适用性和局限性。首先,基于波动方程的时域有限差分对跨孔地震岩溶探测进行正演模拟;然后从模拟的地震记录中提取初至旅行时,最后以基于程函方程的初至层析方法反演得到钻孔间的地层速度模型。本文设置了单一溶洞,单一断层,溶洞断层组合及多溶洞组合4种工况,通过数值试验得到了地震记录、旅行时、反演图像、迭代残差等结果。结果表明基于程函方程的初至旅行时层析反演方法对溶洞位置、大小,断层的方位反演较为准确,对于复杂地质条件,多溶洞和裂隙组合反演较为稳定,相互之间干扰很小,能定性区分对溶洞填充物的速度与地层背景波速的高低。但岩溶异常体中的反演速度较真实速度有偏高,纵向分辨率比横向分辨率高。相比溶洞,该方法对断层较不敏感。考虑到基于程函方程的跨孔层析反演在多个岩溶地质体共存的复杂地质条件下依然保持高效和稳定,该方法可以为实际工程提供重要勘察信息。     

自然伽马测井和跨孔CT技术在岩溶地区地质勘察中的应用

在灰岩地区,由于岩溶发育、风化破碎等情况存在,进行地质勘察往往有诸多困难。本文通过济南地区某项目地质勘察实践活动,详细介绍了自然伽马测井和跨孔CT技术的应用,并取得了预期的效果。该场区应用自然伽马测井,非常准确的划分出了岩溶破碎区域,结合钻探资料,提高了勘察的准确性。应用电磁波跨孔CT技术,对钻孔之间地层岩溶发育情况进行了探测,更好的指导后续工作的开展。     

应用跨孔地震CT技术检测锚基基础断裂

跨孔地震CT技术是一种实用性较强的高分辨率地震勘探手段,文章叙述了地震CT技术原理及其具体工作方法,并通过锚基基础断裂探测实例与效果,指出跨孔地震CT技术和已知地质资料相结合,将在地质工程等领域具有较好的应用前景.     

综合物探方法在株洲湘江大桥勘察中的应用

岩溶发育地区地质条件复杂,地质情况直接影响桥梁设计方案。株洲湘江大桥桥区岩溶强烈发育,在综合研究该区地形地貌特征和地质情况的基础上,为查明桥址区及各桥墩位置深部岩溶发育类型、规模,勘察中采用了高密度电法、大地电磁、水上浅层地震和孔间弹性波CT进行探测。异常区钻孔验证结果显示,探测结果准确可靠,表明综合物探方法应用于桥址勘察是准确、有效的。调整了桥梁跨径布置方案及桩基基础奠基高程,使布跨和桩长更合理,成功避开岩溶,实现了地质优先,择地建桥的桥梁设计方案。     

铁路下伏采空区注浆效果综合物探检测方法研究

为评价铁路下伏采空区注浆治理检测,以牡丹江至佳木斯客专里程DK142+850～DK143+300段下伏采空区为依托,采用综合物探技术对牡丹江至佳木斯新建铁路下伏采空区的注浆治理效果进行检测。研究结果表明:钻孔岩芯全孔平均取芯率在90%以上,采空区处理段落受注层平均剪切波速均大于250 m/s,未发现低速异常段,岩体完整性较好;孔中电视影像清晰,研究区下部地层较完整,无残余空洞;跨孔电磁CT衰减系数与完整岩土体吸收系数接近,孔间不存在明显高吸收异常体。因此,采用“布设钻孔-孔中摄像-波速测试-孔间电磁CT”的综合物探技术用于铁路下伏采空区治理效果探测是完全可行的,具有较强的适用、推广性。     

跨孔弹性波CT成像在路基病害诊断中的应用

跨孔地震层析成像(简称CT)法,是利用大量地震波传播时间与其相应的射线在成像单元内所经过的路径以及待求速度的关系建立大型线性方程组,反演出路基下介质的波速,再根据钻孔资料可建立地下地质模型,进而准确定位出路基病害(煤窑采空区、岩溶、软弱层等)的位置,为路基的设计提供基础资料.用这种方法对某段铁路路基下存在的煤层、煤窑采空区的分布情况进行勘测,取得了理想的效果.     

跨孔同步视电阻率测量与应用

本文介绍了跨孔同步视电阻串测量工作方法。用解析法和有限元法计算了球体、二维板状体跨孔同步视电阻率测量曲线特征,并提出解释方法。该方法对解决跨孔间目标体的连通与延伸,确定目标体距测量孔的距离及解决目标体产状等方面具有较好的应用价值。在福建某铜金矿区的方法试验中与无线电波透视法比较取得了今人满意的效果。该方法对探测金属、非金属矿体、岩溶洞穴、断块油藏等方面将会显示出特殊作用。     

Application of cross-hole radar tomograph in karst Area

Electromagnetic wave CT, containing velocity CT and attenuation CT, is one of the effective geophysical prospecting methods to detect underground caves. The accuracy is low when applying the velocity CT and the attenuation CT separately into investigation in a karst area. This paper briefs the basic theory of electromagnetic wave CT imaging, and then mainly introduces the basic theory and applying methodology of cross-hole radar tomography for exploration in a karst area. Through numerical value simulation and practice verification, the advantage and disadvantage of the velocity CT and the attenuation CT of electromagnetic wave based on very high frequency have been studied, respectively. It has been found that the attenuation CT does better in confirming the location of karst caves, and the velocity CT is better in determining the shape of the karst caves although the whole distribution regular of the velocity CT is almost consistent with the attenuation CT.     

瞬态瑞雷面波勘探中隐伏溶洞的响应特征研究

瞬态瑞雷面波法勘探中,掌握隐伏溶洞的响应特征是进行野外探查分析的基础。结合两类填充状态隐伏溶洞,使用有限差分法进行数值模拟,分别构建不同发育介质溶洞模型。并利用贵广铁路隐伏溶洞探测实例验证探测效果。分析认为:瑞雷面波法对面波相速度差异反映敏感,精度较高,对基岩面和两种类型隐伏溶洞分辨率高;对于填充溶洞,速度响应由溶洞中充填介质的物性决定,一般为低速反映;对于空溶洞,速度较粘土层及基岩均为低速反映;两种溶洞探测面波频散曲线在溶洞位置都会出现较为形象明显的“之”字形拐曲。取得的结果可为工程应用提供借鉴。     

无锡某地基埋藏型岩溶发育特征及充填物来源

研究埋藏型岩溶的发育特征和充填物来源对拟建超高层建筑的选址及持力层的选择具有重要意义。本文通过跨孔地震CT对溶洞和破碎带进行探测,并对部分代表性溶洞的充填物进行比重试验、颗粒分析和X射线衍射分析,结合现场工程地质情况,研究了距地表以下80余米处岩溶的规模、分布情况、岩溶发育特征及溶洞充填物来源。结果表明:溶洞发育规模较小,面积多在2m2以下,在垂直方向具有多层性;溶洞充填率达到92.7%,多为硬塑泥质全充填,承载力较大,可作为基础持力层;溶洞填充物的矿物成分基本相同,且与上覆基岩一致,充填物来源主要为上覆基岩的剥蚀;溶洞之间不存在大的连通通道,且地下水位已降至场地溶洞以下,故该处溶洞不会进一步发育,不会对上部地基稳定性造成威胁。      

地面岩溶塌陷的高分辨地震勘查

地面岩溶塌陷是地质灾害主要灾种,由于其突发性,对人类的生产和生活造成威胁。浅层高分辨地震技术可以查明形成塌陷的基岩地质条件,特别是横波反射法可以查明覆盖层中地下水作用形成的潜蚀带或土洞等覆盖层地质条件。勘查洞穴是岩溶塌陷地震勘查方法面临的特殊问题,为了解土洞、溶洞形成的地震反射信号特征,专门进行二维固体超声波模型试验。唐山市岩溶塌陷勘查实例表明,高分辨地震技术可探明基岩埋深、断层、破碎带及覆盖层潜蚀扰动区,为防冶工程设计提供地质背景资料。     

Application of seismic velocity tomography in investigation of karst collapse hazards,Guangzhou, China

This paper describes seismic velocity tomography applied to the investigation and assessment of karst collapse hazards to facilitate accurate characterization of geological conditions of karst sinkhole formation. In the survey areas of Xiamao, Guangzhou, China, and Huangchi, Foshan, China, seismic velocity tomography was used to explore the structures of rock and soil associated with karst collapse. The results show that sand intercalated with clay or clay intercalated with soft soil dominates the cover of these two areas. The overburden is 20–33 m thick and underlain by Carboniferous limestone. In the limestone, there are well-developed karst caves and cracks as well as highly fluctuating bedrock surfaces. The seismic velocities are less than 2500 m/s in the cover, 2500–4500 m/s in the karst fracture zones and caves of Xiamao, and 1500–2000 m/s in the Huangchi collapse area. The karst fracture zones, relief of bedrock surfaces, and variations of soil thicknesses revealed by seismic velocity tomography are well constrained and in agreement with those in the drilling borehole profiles. This paper demonstrates that seismic velocity tomography can delineate anomalies of rock and soil with the advantages of speed, intuitive images, and high resolution.     

塔里木盆地塔河油田岩溶峡谷区海西早期洞穴系统发育模式*

塔河油田岩溶峡谷区发育大型岩溶洞穴型储集层,勘探效果较好。基于三维地震资料、钻井资料,并结合地震属性提取技术,对地下岩溶洞穴系统、古地貌、古水文系统进行精细刻画,探讨洞穴形成机理,进而总结洞穴发育模式。研究结果表明: (1)峡谷上游段地表水垂向侵蚀作用强烈,峡谷失去了排水功能演变为干谷,下游段水动力条件减弱。(2)峡谷区岩溶洞穴类型划分为暗河洞穴、峡谷—断裂双控型洞穴。暗河洞穴主要发育在峡谷上游段,与峡谷呈“映射”关系。峡谷—断裂双控洞穴发育于峡谷两侧,垂向上具有多层性特征。(3)综上探讨峡谷区岩溶洞穴形成机理,认为较充足的水源补给条件以及水流强烈的垂向侵蚀溶蚀作用控制了暗河洞穴发育,多期次排泄基面下降以及断裂系统共同控制峡谷—断裂双控洞穴的发育。结合现代恩施地区洞穴系统特征,提出了峡谷地区洞穴发育模式,为下一步洞穴储集层预测和勘探实践提供理论借鉴。     

塔河油田碳酸盐岩油藏古岩溶洞穴层状结构与形成机理

随着岩溶型碳酸盐岩油藏开发实践的不断深入,层状洞穴储层结构特征和流体同层连通特点逐渐被学者重视。层控岩溶结构、形成要素和过程等是本类油藏有效开发的关键。通过原始地层组构对比和野外溶洞特点,认为:塔河奥陶系岩溶层具较好的对比标志层和岩性差异,为层状岩溶洞穴发育奠定了物质基础;野外顺水平层理多层溶洞和受控于层理缝的管道型古暗河等地质现象,证实了层控岩溶普遍存在。在岩溶洞穴单井识别、连井测井对比、单井动态及地震波形特征的基础上,以典型溶洞带为例,识别出3个主要洞穴层,建立了全新的3层洞穴储集体地质结构剖面:第1层洞穴以砂砾岩充填为主要特点,第2层洞穴呈现洞穴规模大且泥质充填严重,第3层规模较小,主要发育于岩溶地貌高地。运用现代岩溶理论,探讨了层控岩溶的形成机制:碳酸盐岩原岩组构差异是岩溶作用的物质基础和主控因素之一;潜流带岩溶水(饱含CO₂)控制着岩溶洞穴的横向发育,岩溶古地貌控制同层洞穴的横向差异;平缓地层条件下的潜水面水位垂向带迁移控制洞穴的岩溶期次及层状结构。基于各岩溶要素认识,构建了层状岩溶储层发育模式。     

综合物探技术在灰岩地区隧洞超前预报中的应用

将TSP、地质雷达技术用于千岛湖配水工程灰岩区隧洞超前预报,简述了两种物探方法的原理,统计了完整性较好的灰岩与砂质岩对应的TSP指标范围,采用有限差分法模拟了地震波在隧洞前方遭遇大型溶洞时的波场特性,总结了岩性变化、溶洞、溶蚀带对应的物探异常规律。结论如下:地质雷达是溶洞、溶蚀带探测较理想的手段,其电磁异常特征表现为反射波振幅强,同相轴错断或呈双曲线状,并伴随一定程度的多次反射,含泥溶腔主频较空腔偏低,但多大于50MHz;同等质量级别下灰岩对应TSP各物理力学指标较粉砂岩或泥质砂岩偏好;大型空腔对应TSP纵波波速、密度及杨氏模量偏低,TSP对小型溶腔或溶蚀带探测敏感度较差,有时仅体现为反射层密集。