高密度电法与微动技术组合在岩溶塌陷分区中的应用分析——以广西来宾吉利塌陷为例

为了验证物探技术在岩溶塌陷调查中的应用效果,本文于广西来宾市吉利村开展了高密度电法和微动技术野外探测研究。结果表明:高密度对称四极电测深能直观地反映第四系覆盖层的厚度和低阻异常的深度,微动技术能定性地判定地下暗河和岩溶破碎带在地表的平面投影,将两种方法相结合能更加准确地圈出塌陷,以及引起塌陷的溶洞、地下河、断层破碎带及软土分布范围。地下暗河或岩溶破碎带在高密度联合剖面法上反映为低阻正交点异常,极距为45 m时正交点附近电阻率值约为250 Ω?m;在微动H/V比值谱上反映为H/V极大值异常,极大值特征频率在2~6 Hz之间。依据2测线上的高密度电法和微动异常显示,圈出了两个易塌陷区,经对其中的一异常进行钻探验证,异常区覆盖层下42 m 厚的灰岩地层中钻遇溶洞8个,其中最大的高达5.7 m。      

利用高精度示踪技术和大功率充电法确定地下河系统的管道分布特征——以毛村地下河系统为例

由于岩溶发育的非均一性和复杂性,确定岩溶地下河流域范围及地下河管道的位置是非常困难的。高精度示踪技术可用来确定地下河管道的连通性及地下河流域大致范围;大功率充电法能够准确定位岩溶地下河管道的平面分布特征并追踪地下河系统的管道展布方向。综合高精度示踪技术和大功率充电法等成果,并结合地下河的地表出露特征和钻探等信息进行验证,查明毛村地下河系统的地下河管网分布特征及大致流域范围,探测技术方法组合成效显著。主要成果体现:在毛村地下河系统上游,存在多个地下河管道分支,且还存在一个未被发现的地下河管道,连通各地下河分支;在地下河系统中游径流区,地下河主管道接受周围山体的补给并与次级管道、岩溶裂隙带形成复杂的地下河网状系统;在地下河系统下游排泄区,地下河管道分支呈扇形向排泄点聚集。另外,大功率充电法探测结果显示灯明泉可能是毛村地下河系统的一个分支,但是两者之间的连通性较差,在雨季或水位上涨时,两者之间的联通性可能会有所改善。      

Sting R1 Ip Swift高密度电法长剖面测量方法探讨

通过对Sting r1 Ip Swift高密度电法在前花园金矿区和阿陵河金矿区的应用分析,结果表明勘探线长度大于高密度电法实际探测剖面长度时,可先采用滑动测量或滚动测量两种方法采集数据,再将数据处理融合后进行反演,反演结果为长剖面二维断面图.将其与单条短剖面测量反演结果对比,两种结果反映出的异常在形态上相似、位置上对应,长剖面测量反演图像能够突出强度较高的异常,该方法实现了对整条勘探线上各异常进行强度对比和异常等级划分.     

岩溶塌陷自然电场及其应用

流经土洞或岩溶塌陷坑中的地下水破坏了土层的固-液界面离子双电层扩散区中正、负电荷的平衡,引起地下介质（土层）自然极化,形成自上而下的自然电场。土洞或岩溶塌陷在平面上产生自然电位似同心圆负心异常、在剖面上引起极小值异常;自然电位梯度在剖面上出现过零点异常,在平面上呈以零值线为对称轴的正负对称的似“蝴蝶状”异常。岩溶区自然电场法干扰因素主要有工业游散电流等人文干扰电磁场、地下金属管道（线） 自然极化电场、上升或下降泉自然电场、山地电场、炭质灰岩自然电场等。针对岩溶区自然电场法干扰因素特点,本文提出采用避让法、排除法、在线监测法进行消除,并将之应用于广西来宾市吉利村岩溶塌陷探测中。结果表明,自然电位剖面曲线在地面沉陷区中心附近出现极小值异常,自然电位梯度剖面曲线也在相同部位显示过零点异常。水文地质监测钻孔在相应的位置上分别揭露了塌陷堆积物、溶洞和断层破碎带,从而验证了上述自然电场法异常的属性。      

桂南陇瑞洼地浅层岩溶自然电场特征剖析

岩溶洼地地下水渗透流在一定的渗透压力作用下,通过洼地土层过滤后沿碳酸盐岩溶蚀裂隙网络或孔隙下渗补给岩溶管道或地下河等深层岩溶水,便会产生离子导电岩土层的自然极化现象和自然电场,这种自然电场的研究方法可用于洼地浅层岩溶水的探测。研究结果表明,陇瑞洼地浅层岩溶发育带产生的自然电场实测值的平面等值线在洼地中心部位上出现了场幅值-60～-80 mV、带宽约40 m的带状异常,异常带由北至南呈似“S”状分布;自然电位梯度实测值的平面等值线在岩溶发育带顶部在地面投影中心线附近出现由负值向正值过度的“零值”异常带,“零值”异常带平面分布位置的变化指示了洼地浅层岩溶发育的平面差异与变化。以第18测线为例,陇瑞洼地浅层岩溶自然电位在剖面上分布满足位函数分布特征,即自然电位在浅层岩溶带顶部（615/18测点附近）取得极小值,在极小值的两侧由于逐渐远离岩溶发育带自然电位幅值逐渐减弱,直至趋近于零;自然电场梯度在浅层岩溶带顶部（615/18测点）附近出现由负值向正值过度的“零点”异常,呈似中心对称曲线。水文地质监测钻孔在不同深度揭露了浅层溶洞、溶隙和断层破碎带,从而验证了自然电场法探测岩溶洼地浅层岩溶水资源的有效性。      

渝东南岩溶储水构造高密度电阻率法异常特征

通过对75条高密度电阻率法勘探测线及57眼钻孔验证情况的总结分析,研究渝东南地区岩溶储水构造的高密度电法异常特征。渝东南岩溶储水构造划分为三类地质模型:浅表层岩溶带、溶洞及岩溶管道、构造裂隙。根据渝东南地区找水高密度电法成果统计总结出该地区常见的四类高密度电法异常形态:浅表层横向条带状低阻异常、UV型低阻异常、团状或囊状低阻异常、串珠状低阻异常,每一类异常对应1~3种岩溶储水构造地质模型。高密度电法是渝东南岩溶山区找水的首选物探方法,总结地区勘探经验及合理解译高密度异常后推荐孔位可以提高岩溶石山地区找水的成井率。     

微动技术在堤坝渗漏探测中的应用

堤坝是重要的水利工程,其安全性至关重要。坝体渗漏是常见的安全隐患之一,对坝体渗漏位置、程度以及坝体结构变化的探测一直是重要的物探课题。微动勘探作为一种新兴的物探手段,应用范围正逐步拓展,通过某水库大坝渗漏检测实例,展示频率-波数法微动线性点阵剖面测量进行大坝渗漏检测的效果,该技术通过提取频散曲线及视S波速度成像,刻画地层速度结构并圈定异常,可实现对大坝渗漏快速精确的无损探测,具有一定的方法优势和广泛的应用前景。     

基于时延三维电阻率反演的岩溶地下河管道空间分布识别物理模拟研究

岩溶地下河管道空间分布的识别对岩溶区的各类地球科学工作意义重大,文章阐述了采用时延三维电阻率反演技术,开展对地下河管道空间分布识别的研究,在室内灰岩介质下的物理模拟实验结果表明:对雨季管道充水和枯季管道干涸时采集的电阻率数据进行时延反演后,地下河管道的模拟三维空间分布被很好地突显出来,时延反演效果大大地优于对单次采集数据的反演效果,管道充填水时的反演效果次之,管道充填空气时的反演结果很难有效识别地下河管道的空间分布情况。物理模型试验成果可指导野外实践中对岩溶地下河管道的探测研究。      

砂岩型铀矿地浸开采过程中电法勘查技术的应用

原地浸出采铀是一种利用砂岩型矿层对水的渗透性,采用注、抽液孔向含矿岩层注入“溶浸液”和抽取“浸出溶液”而获得铀的先进采矿技术。研究井场下方 “浸出液”分布范围,不仅能掌握矿体的被覆盖程度和矿床开采率,且对于地下水体污染监控具有重要意义。对内蒙古二连盆地某铀矿地浸开采试验基地进行电法勘查,以对铀矿地浸开采过程进行监测试验。具体采用可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)和时间域激发极化法对试验井场进行探测试验。试验区以抽孔为中心布设一个18×18的测网,测网的线距和点距均为10 m。电法探测试验时,对穿过抽、注井的5条纵向和4条横向测线进行了CSAMT观测,并对全区进行中间梯度激发极化测量。经过数据处理和反演得到了中梯装置视极化率平面等值线图及CSAMT二维电阻率模型,并结合研究区域已知资料进行解释,认为电阻率断面上井场区域下方的低阻异常带反映了地浸开采过程“溶浸液”的地下分布状态;视极化率平面等值线图上显示的抽注单元下方的大片低极化率异常,可能是由地下浸出液与岩层组成的离子导电体系“薄膜极化”效应产生的异常带。     

岩溶区页岩气勘探中的近地表地球物理探测技术应用研究

岩溶区页岩气钻井在近地表常揭露溶洞、地下河、强裂隙带等不良地质体,严重制约了页岩气资源勘探开发的进程。在岩溶页岩气靶区利用地球物理技术探测对钻探不利的近地表地质结构构造,可有效规避钻井钻遇近地表强岩溶发育带、断层破碎带的风险。综合运用高密度电阻率成像法、音频大地电磁法和测氡法对贵州都匀和广西融安碳酸盐岩区的2个油气靶区进行了地下构造识别,结果表明：高密度电阻率成像法和音频大地电磁法能有效确定浅地表地下低阻构造的位置、宽度和产状,高密度电阻率成像法在50 m以浅深度拥有更高的分辨率,音频大地电磁法探测深度更深,但对地下介质的分辨率不高,氡气测量能很好地识别地下低阻构造的属性。高密度电阻率成像法、音频大地电磁法与测氡法三者可优势互补,组成有效识别岩溶区近地表地质结构构造的技术方法体系,可为南方岩溶区页岩气钻井避开近地表强岩溶发育带、断层破碎带以及最终位置的确定提供可靠的技术支撑。     

湖南道县铁锰矿区岩溶发育影响因素分析

湖南道县铁锰矿区岩溶发育主要受地层岩性、地形地貌、断裂构造等因素的控制,岩溶形态主要有溶洞、暗河、溶沟、溶槽、漏斗、落水洞和溶蚀洼地等,岩溶非均一性特征明显。在地层岩性上,以矿区CaO含量最高的上泥盆统佘田桥组和锡矿山组下段二至四层白云质灰岩、白云岩与锡矿山组下段第一层泥灰岩、泥质灰岩隔水层交界部位岩溶最为发育,佘田桥组见溶洞260个,占总溶洞数的96.7%。在平面上,岩溶以中部及北部地势平坦的覆盖岩溶区最为发育,见洞率54.8%,其次是岩石裸露的东部及南部低山丘陵区,矿区南部见洞率40.4%。在垂向上,由浅及深岩溶发育由强至弱,标高0~220m钻孔揭露溶洞237个,占溶洞总数的86.5%,-150~0m揭露溶洞28个,占溶洞总数的10.2%,-400m以下无溶洞及溶蚀现象。在地质构造上,断裂及其影响带岩溶较发育,断裂带见溶洞209个,占总见洞数的76.3%,且溶洞充填率较高。      

西南岩溶地区不同含水介质地球物理勘查技术

针对西南岩溶地区表层带岩溶水、管道型岩溶水(溶洞、暗河、管道等)、构造裂隙岩溶水等不同类型地下水赋存介质特点,通过适宜的地球物理方法使用条件以及找水特点的分析,提出不同含水介质中寻找地下水地球物理勘查要解决的地质问题、拟采用的综合物探方法,分别总结出了它们的电性参数(或曲线)的响应特征,形成了不同含水介质的地球物理勘查技术组合方案。最后通过实例验证其实用性,并对在西南岩溶地区地下水地球物理勘查工作中积累的技术经验进行了总结。      

桂南红层岩溶及其发育控制因素探讨

桂南红层岩溶形态主要表现为岩溶缓丘、地下溶洞、岩溶泉以及地下河、天窗等。在地下50m深度范围,溶洞高0.5～3m,多为无充填溶洞,发育数量随深度增加而减少。岩溶泉类型有上升泉和下降泉,泉水流量变化较大。目前尚未发现仅由红层作为含水层的地下河。桂南红层岩溶的发育程度及形态特征与岩性、构造及水文地质条件有关。红层岩溶主要发育于红层盆地边缘的钙质砾岩中。红层的层组结构可分为单一型和互层型,单一型岩溶发育相对强烈,互层型以岩溶顺层发育为特征。通常,在可溶岩与非可溶岩接触带附近红层溶洞发育;在断裂破碎带以及河谷地带红层岩溶发育强烈,溶洞规模较大。      

喀斯特洞穴空间分布与河网密度关系研究--以贵州省为例

通过叠加分析探究贵州省喀斯特洞穴位置与河网密度的空间关系,从岩性、构造、气候、地形方面解释两者关系的成因。针对洞穴点位河网密度的统计显示:洞穴点集中分布在河网密度中及偏小的区域,正态QQ图显示洞穴点河网密度大体呈正态分布。分析岩性、构造、气候和坡度等影响因素的结果显示:洞穴主要发育在碳酸盐岩区域,并在纯碳酸盐岩、碳酸盐岩夹非碳酸盐岩、非碳酸盐岩分区上表现出负相关性;断层、褶皱中心缓冲区域洞穴最多,并随距离增大洞穴数量减少;温润气候条件为洞穴及河网发育提供了充足水源,溶蚀强度加大,表现在洞穴密度随降雨量和气温的增长而增加;地形条件限制了水力路径和洞穴发育。多因素促使贵州省发育了成熟的地表、地下两套水循环系统,地表水促进溶洞发育,洞穴反过来限制地表径流发育,两者相互影响,使得洞穴与河网密度呈现集中分布的趋势。     

地下水多元示踪试验在岩溶隧道水害预测中的应用——以张吉怀高铁兰花隧道为例

以张家界—吉首—怀化高速铁路兰花隧道为例,在岩溶水文地质调查基础上结合地下水多元示踪技术,查明了兰花隧道隧址区各岩溶地下水系统以及地下暗河管道的空间展布。结果表明:（1）兰花隧道及其附近区域全部为寒武系碳酸盐岩裸露区,以峰丛洼地为主,地表和地下岩溶极为发育;（2）兰花隧道隧址及其附近区域共发育有呆业洞和兰花洞两个独立的地下暗河系统,其中Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号三个岩溶水系统属于兰花洞地下暗河系统的子系统;Ⅳ号岩溶水系统属于呆业洞地下暗河系统;（3）Ⅳ号岩溶地下水系统在平面和剖面上都没有与兰花隧道相交,不会对隧道突涌水构成威胁;（4）兰花洞地下暗河系统以中部兰花洞暗河天窗为界分为上游和下游两段,上游段Ⅰ号和Ⅱ号岩溶水系统在平面和剖面上都没有与兰花隧道相交,不会对兰花隧道突涌水构成威胁;下游段Ⅲ号岩溶水系统在平面上与兰花隧道相交（交点里程为DK60+100）,可能存在隧道突涌水风险;（5）依据高分辨率降雨-水文动态监测数据,采用降雨入渗系数法预测在极端暴雨情况下兰花隧道揭露Ⅲ号岩溶管道的最大涌水量为7.08×104 m3?d-1。      

利用多源大功率充电法定位复杂岩溶含水通道的方法

由于地下发育的岩溶形态空间分布存在不均匀性,导致地表地质调查很难确定地下岩溶含水通道的位置;而一般的地球物理方法受地形或地质条件的限制,在对岩溶含水通道进行探测时存在多解性,往往需要几种物探方法综合判断。本文尝试利用大功率充电法对岩溶含水通道进行快速准确的定位,并通过布设多个充电点来验证异常的可靠性;在布设测线的同时布设以充电点为圆心的弧形测线和平行直线测线,分析对比其优缺点;在数据分析之前分别对数据进行正常场改正和Fraser滤波处理。通过利用多源大功率充电法对洛潭水库复杂岩溶含水通道进行探测后发现：该方法可以快速准确地定位测区内岩溶含水通道的位置及走向,其中弧形测线能够更好地控制整个测区岩溶含水通道的走向,经过正常场改正和Fraser滤波处理后的平行直线测线观测结果也能很好地对异常进行定位;而“多源”观测能更好地甄别有效异常。经钻探及示踪法验证,该方法的探测结果是准确可靠的。     

武汉地区浅层岩溶发育特征与岩溶塌陷灾害防治

运用综合分析和数学统计的方法,较为深入地研究了武汉地区浅层岩溶的发育特征。武汉地区存在6个走向 NWW-SEE、各自相对独立的碳酸盐岩条带。根据上覆盖层工程地质性能的差异,划分出5种岩溶地质结构类型。武汉地区浅层岩溶主要类型有溶隙、落水洞及小型溶洞等,钻孔遇洞率46.0%-50.1%,线岩溶率5.93%-6.00%。浅层岩溶带中,1/3的溶洞洞高小于0.6 m,50%小于1.0 m,90%小于3.0 m。1/3的溶洞顶板在基岩面以下2.5 m 以内,50%在4.5 m 以内,90%在12.5 m 以内。溶洞充填物主要是黏土,含有灰岩碎块石。全充填溶洞占70.8%,未充填溶洞约占1/5,半充填溶洞不到8%。全充填溶洞顶板在基岩面以下平均埋深5.13 m,半充填5.71 m,无充填7.69 m,且具有全充填和半充填溶洞埋深较小、无充填溶洞埋深较大的特点,反映出溶洞充填方式是自上而下充填,充填物主要来源于上部覆盖层。武汉地区浅层岩溶为上部“垂直渗流岩溶带”地下水垂直渗流作用下的产物。根据岩溶发育程度的差异,基岩面以下浅部碳酸盐岩在垂直方向上可分为上部强岩溶和下部弱岩溶两个带;岩溶塌陷灾害平面上可划分出高、中、低3个危险性区,各区防治原则不同。高危险区是岩溶塌陷灾害防治的重点,防治的基本原则是阻止上覆粉细砂的流失;中等危险区的防治原则是保护中部老黏土层或红层的完整性;低危险区应注意远城区土洞存在的可能性。各危险区治理应以岩溶地质结构为基础,在防治原则指导下制定相应的防治措施。此外,工程建设中应合理选择和利用弱岩溶带。     

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。     

川北诺水河景区溶洞分布特征及影响因素探析

选取诺水河景区48个典型溶洞为研究对象,参阅本地区区域地质图和水文地质图,在对洞穴发育高度、层位、构造位置、发育方向、节理走向,以及地下水和地表水系部分特征进行详细调查前提下,利用最邻近距离法、节理分析法、GIS缓冲区法等方法,对溶洞群的洞口高程分布、洞穴发育方向、空间分布格局、洞穴与构造及地表水系关系等分布特征进行了分析,并对溶洞群分布特征的影响因素进行了探析。结果表明,① 洞口高程分布在空间上具有层级性,在时间上具有阶段性,研究区洞穴主要沿北西西、北东东向发育,并且越接近地表河流洞穴出口分布越多,洞穴群呈凝聚态分布,越接近构造转折端洞穴分布越密集;② 影响洞穴分布的主要因素包括：地层和碳酸盐岩岩性差异,构造派生节理发育状况以及多期次构造变形和构造隆升,地下水的类型和作用,地表水系对地下水系的影响,以及北亚热带季风气候条件下地形的影响等。     

滇东南南洞地下河系统源区洞穴特征及其成因演化机制

滇东南岩溶地貌发育,岩溶洞穴是该区典型空洞体系。文章以滇东南南洞地下河系统源区典型岩溶洞穴为研究对象,基于地学理论和地球化学分析,对该区地貌特征、成因及演化机制开展科学研究。研究表明,NW向的张性断裂、区内可溶部分最高个旧组碳酸盐岩以及杨柳河向西流动的水动力作用是南洞地下河系统源区洞穴发育的主要成因;全新世中期6 kaBP以来,该地区洞穴演化过程经历了三个阶段,其中,主体形成时间为6~4 kaBP;此外,建立石洞洞穴与地下河发育模式。本次研究对南洞地区地下水资源评价具有实际意义。