跨孔电阻率CT法在岩溶精确勘探中的应用研究

　　摘要:贵州碳酸盐岩分布广泛，岩溶问题突出，给各类工程建设造成极大的安全隐患和巨大损失，岩溶勘察尤显重要。当前岩溶勘探以物探方法为主，但各方法本身存在局限性，影响岩溶的精细化勘探。在分析岩溶物理电性特征的基础上，选择跨孔电阻率CT法，并从应用的角度出发，研究跨孔电阻率CT法孔内电极接地、各装置对比、数据采集方式等多方面内容，得出跨孔电阻率CT法是一种方便、高效、高精度和高分辨率的物探方法，在岩溶地区具有极大的应用前景，并以实例举证说明。

　　关键词:物探;跨孔电阻率CT法;岩溶勘探

　　西南地区碳酸盐岩广泛分布，尤其在贵州，占全省总面积的73%，岩溶地质问题在省内十分突出，给公路、铁路、水利、轨道交通等地下工程建设造成极大安全隐患和巨大损失。岩溶是具有溶蚀力的地下水对可溶岩石进行溶蚀作用形成的，它以溶蚀作用为主，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。故地下水的运动及分布规律基本决定了岩溶的发育规律[1]，在垂直方向上岩溶发育可划分为四个带:包气带，主要发育落水洞;季节变动带，主要发育大型溶洞、暗河;饱水带，主要发育水平状岩溶管道;缓流带，岩溶微发育。

　　在岩溶勘察工作中，了解岩溶地区岩溶发育规律和特点，是岩溶勘探的基础，也是选择采用何种勘察手段和方法的基础。选择高效的手段和方法，不但能准确查明岩溶洞穴的位置、规模、埋深等，还可有效节约工期、节省投资。目前针对岩溶的勘探，通常以物探探测为主，并结合钻探、槽探等其它多种方法、手段同时进行。其中物探根据工作点的位置，分为地表物探和孔内物探2种。地表物探主要是高密度电法、瞬变电磁法、音频大地电磁法、地质雷达法等方法探测效果最佳，但各方法本身也存在局限性，如高密度电法，体积效应显著;瞬变电磁法、音频大地电磁法易受地表电磁干扰、地貌影响;地质雷达法探测深度受限，只能探测岩溶的顶界面，也易受场地条件限制和干扰影响。

　　孔内物探方法主要有电磁波CT法、弹性波CT法和电阻率CT法，前2种方法应用较多，但在探测距离、激发震源和孔内耦合方面存在制约;而电阻率CT法应用较少，处于应用研究阶段。在分析岩溶物理电性特征的基础上，我单位选择跨孔电阻率CT法对其开展研究，包括理论基础、数值模拟、孔内电极接地、各装置对比、数据采集方式等多方面内容。通过研究得出，跨孔电阻率CT法是一种方便、高效、高精度和高分辨率的物探岩溶探测方法，具有广泛的应用前景[2-7]。

　　1跨孔电阻率CT法原理及工作方法

　　跨孔电阻率CT法，其原理类似于地面直流电法，也是以地壳中岩土体的导电性差异为物质基础，通过观测与研究人工建立的地中电场的分布规律解决工程地质问题的一种电法勘探方法。但由于其电极在地下，激发的电场在地下，相较于传统的地面直流电阻率法，跨孔电阻率CT法能获得更为丰富的数据、较小的地面电磁干扰和显著降低体积效应，因此在进行精细化目标探测和地层电性描述时能取得更好的结果。

　　2工程实例

　　2.1实例

　　1拟建某大桥为整幅桥，起讫桩号K30+646～K31+222，全长567m。桥位横跨山间沟谷，桥轴线经过的地面标高介于1127.3～1071.2m，相对高差56.1m。场区受风化剥蚀、流水浸蚀、溶蚀等作用，地貌类型属溶蚀-侵蚀型低中山地貌。场区覆盖层为残坡积层红粘土，基岩为二叠系下统栖霞群灰岩。钻探至13号墩ZK77号钻孔时，揭露溶洞，具体钻孔信息如下:ZK77:0～7.8m，粉质粘土;7.8～8.3m，强风化灰岩;8.3～16.9m，溶洞，其中14.8～16.9m充填粘土;16.9～19.7m，中风化灰岩;19.7～20.7m，溶洞，未充填;20.7～35.5m，中风化灰岩。

　　(1)CT反演图上低阻异常主要分布在:ZK20钻孔深22m至反演图像底部，两孔中间16.5～18.5m和29.5～30.5m段，以及靠近ZK23深36～43m段。(2)ZK20钻孔深24m至反演图像底部低阻条带状低阻异常区，对比ZK20钻孔岩芯照片，在24～35m段，岩体破碎，岩芯呈块状、碎块状，说明岩体裂隙发育。图像上深16.5～19.5m段低阻异常区，正对应ZK22钻孔18.1～19.0m段充填溶洞，据此判断此异常为溶洞，倾斜向断面左下方延伸，岩溶发育区(溶洞、溶蚀裂隙带)宽度约6.5m。

　　(3)针对上述2处低阻异常的验证，推断两孔中间29.5～30.5m段、靠近ZK23深36～43m段较低阻区为岩体裂隙发育，可能存在小型溶洞。通过上述分析、对比，可知跨孔电阻率CT法准确查明了岩体的岩溶发育及破碎情况，结果可靠、准确。2.2.2ZK30-ZK34跨孔测量ZK30-ZK34间距18.5m，ZK32距ZK30-ZK34断面0.9m。

　　跨孔CT法测量深度范围0～74.0m，测量孔ZK30孔口高程418.456m，ZK32孔口高程425.033m，ZK34孔口高程431.230m，以ZK34钻孔孔口高程为X轴，ZK30钻孔所在位置为Y(1)反演图上主要存在2处低阻异常区，分别位于两孔中间深17.7～21.7m段和49.7～51.7m段。(2)两测量孔中间深17.7～21.7m段低阻异常区，对应ZK32钻孔深14.0～16.7m段岩体，此段岩芯呈砂状、少量碎块状，岩体裂隙极发育，而上下段岩体岩芯呈短柱状、块状，岩体质量较此段好。深49.7～51.7m段低阻异常区，对应ZK32深41.0～46.0m段岩体，此段岩芯呈碎块状、块状，而上下段岩体岩芯呈短柱状。通过上述分析、对比，跨孔电阻率CT法准确查明了岩体的裂隙发育情况，结果可靠、准确，且精度高、分辨率高。

　　3结论通过电阻率CT法的实际测试，结果与地质钻探情况一致，不仅可探测1～2m岩溶洞穴的发育形态、位置、大小等特征，也可探测溶蚀裂隙带的发育范围，判断岩体的完整程度。证明了跨孔电阻率CT法具有高分辨率、高精度的优点，是一种精细的岩溶勘探方法。

　　参考文献:

　　[1]康厚荣，罗强.岩溶地区公路修筑理论与实践[M].北京;人民交通出版社，2008.

　　[2]李术才，舒茂鑫，薛翊国，等.城市地铁跨孔电阻率CT超前地质预报方法研究[J].岩石力学与工程学报，2014，33(5):913-920.

　　[3]刘征宇.电阻率跨孔CT探测方法及其工程应用[D].济南:山东大学，2014.

　　[4]董清华，曹俊兴.井间电阻率层析成像的几个问题研究[J].地球物理学进展，1998，13(4):84-89.

　　[5]李晓芹，陶裕录，冯锐，等.电阻率层析成像的原理与初步应用[J].地震地质，1998，20(3):234-242.

　　岩土工程论文投稿刊物：岩石力学与工程学报反映我国岩石力学与工程的新成就、新理论、新方法、新经验、新动向，促进海内外学术交流，特别欢迎国家重大项目、国家自然科学基金项目及其他重要项目的研究成果，倡导和鼓励有实践经验的作者撰稿，并优先刊用这些稿件，本刊也发表少数侧重于工程应用的土力学方面的文章。