溶洞精準探測技術和地下溶洞勘探方法

　　原理：利用地面瞬變電磁法精細探測技術圈定采空區范圍，為鉆探提供靶區，引導鉆探快速曝光采空區（如果擊中煤柱，可采用地面瞬變電磁法進一步圈定采空區的空間展示形式），通過高精度孔內三維激光掃描和三維聲納掃描技術，實現煤礦采空區/溶洞的連續跟蹤精準勘察。

　　特點：通過目標體與圍巖的物理差異，采用地面大定源瞬變電磁、地孔三分量瞬變電磁、高精度三維激光/聲納掃描等技術手段，從靶區定位、鉆探曝光、三維精細掃描等步驟逐步實現目標體的精確三維建模，實現了從常規定性解釋到精確定量質量的突破。

　　地下溶洞勘探方法

　　主要目的：快速查明地下溶洞，溶洞的空間分布形式（工程設計要求有效探測深度范圍為50m內)及第四系覆蓋層厚度(即巖石埋深)。

　　地表物理探測手段包括：利用地層間電阻率差和人工地震波在波阻抗差介質中傳播時的反射，以及電磁波在不同介質中被吸收和衰減時形成的異常平面分布；通過現有鉆孔，單孔和跨孔探測空間中異常的延伸形式，使物理探測調查發現白云巖分布區對工程有影響的溶洞，進行鉆孔驗證，確定溶洞的分布、規模和發展趨勢。

　　溶洞主要分布在東北部和西南部的白云巖地層，以洞穴、半填充、填充、土洞（溶洞頂板倒塌后形成）的形式反映。

　　地球的物理特征

　　根據現場地層分布情況，通過單點電測深度和單孔波速數據測試統計，結合物理探測技術方法，獲得巖土常見物理參數的經驗值。

　　由于白云巖分布區存在溶解溝、溶解槽、落水洞、溶解間隙、溶解洞等不良地質體，以及斷層破碎帶，在砂巖分布區也發現了土洞，這些地質現象會影響正常地層的結構和完整性，從而改變原地質體的地球物理層特征，形成新的物理特征，與周圍原巖體形成明顯的電阻抗差異，為相應的物理探測方法奠定了物理基礎。

　　根據物理差異，利用波阻抗.電阻率差，采用高密度電法.瞬變電磁法.地質雷達法.地震成像法等探測溶洞具有地球物理條件。

　　巖石試驗參數測試與分析

　　電阻率測試

　　采用Wenner四極法電測深度，測量15m深度范圍內的地基土電阻值。其工作參數為：供電極距離。AB／2=1.2，2.1，3，4.5，6，9，12，15m，測量極距MN／2=0.4，0.7，1.0，1.5，2.0，3.0，4.0，5.0m。

　　波速測試

　　巖土層的壓縮波速通過單孔波速試驗得到.切割波速和計算巖土動彈性參數。通過地層波速試驗，確定地層之間的波阻抗差異，為地震方法的使用提供依據。

　　巖石聲波測試

　　鉆孔內取新鮮巖石(中新鮮巖石).微風化試樣測試其縱波聲速，進行數學統計，得出地層巖石的聲速范圍值及其平均值作為巖石完整性分析的依據之一。

　　巖石物性參數

　　經單點電測深度和單孔波速數據測試統計，結合物理探測技術方法，獲得場地巖土參數標準值。

　　物探試驗分析

　　電測深法

　　實測電測深曲線為G型和K型。巖石電阻率與含水量有很大關系。溶洞揭示的。ZKll2鉆孔單點電測深度，測試曲線類型為K型，電阻率為180~480Ω·m，但溶洞位置電阻率測深不明顯。

　　面波法

　　個單排列測試，lm道距，5m偏移距離，錘擊刺激作為瞬態振源。ZK252位于測線的第七個位置。13.366m以上為粉末粘土層，面波速度236m·s～，15．04m以下為松軟土層，面波速度184m·S~，異常反映的深度位置與溶洞位置一致；并非每個異常位置都有這種反映。

　　聲波測井

　　該方法通過孔中聲波測井測量聲波在巖體中的傳播速度，分析聲速曲線的異常位置，判斷地下溶洞縱截面的分布形式，也是劃分巖體完整性的主要依據。ZK174鉆孔聲波測試結果，測試間距為20cm。ZK174鉆探過程中13-14m鉆桿脫落，表示為空洞。試驗發現有兩層溶洞，頂板不完整，隔斷破碎，填料有粉土.碎石。在13.65-17.05m存在一個3.4m大溶洞。未來，鉆孔可用于關鍵基礎位置。CT成像技術來確定溶洞.空洞綜合體規模異常.形式，為基礎加固提供準確的信息。

　　瞬變電磁法

　　工作參數：發射線框采用1000*100m，3匝線圈；00匝線圈；*50m，發身電流20A，發射頻率32HZ，疊加次數32次，點距0.5.1m。

　　采用Surfer軟件分別構圖了各測線的視電阻率等值線擬斷面圖，橫坐標表示平面位置，縱坐標表示深度，不同色階表示不同的電阻率段。

　　從上圖可以看出，視電阻率中深等值線比較雜亂，ZK112鉆孔位于測線300m處，已知在13.5m在任何地方都可以看到溶洞。測線兩端基巖埋深，中間凸起類似石筍或石丘。起點處基巖深達199年。.9m。測線15m和30m直深14處基巖.2m.12.5m深，35m遠埋深更大。測線300m處10m深以下有2個低阻異常體，15個m異常鉆孔驗證為基巖破碎。瞬變電磁結果準確，測深50m內部可以，但作為普查方法很難。

　　地震雷達法

　　工作參數：16MHz.32MHz低頻組合天線，天線距離3m，濾波4-32MHz，疊加64次，點距1m。地質雷達數據處理采用歸一化.增益.濾波等方法，得到各測線地質雷達探測剖面圖像。

　　資料分析：ZK112鉆孔位于測線19.5m從圖像上看，與上述方法相比，地質雷達的異常反應并不明顯，其有效探測深度為20m左右，探測深度不夠，信噪比差，很難找到中深溶洞。

　　地震映像法

　　在ZK多道單排列布置在252孔上，1m道距，5m偏移距離，測試其反射波窗口，取佳窗口為難測偏移距離。

　　地震圖像法實際上是反射波法共偏移選排法之一，采用單一觀察，1m點距，偏移距4m，觀察時深記錄400ms，測線由南向北布置，鉆孔線由南向北布置。ZK252位于測線29m處。

　　地震波相位延伸不連續，與相鄰表現相反，振幅較弱，異常位置與鉆點一致。

　　高密度電法

　　測線按東西向垂直地層和結構線布置，分別采用溫納法和斯隆貝格法。ZK112孔上采用2m極距，觀察10-35層。反演擬合后，測線699m中下藍色低阻異常明顯，與鉆探結果一致。

　　結束語

　　基于以上分析，根據已知點進行的物探異常對比試驗，結合物探異常鉆探試驗，高密度電法和地震圖像法對地下溶洞檢測效果良好。

　　高密度法

　　穩定連續地層，其電阻率可作為連續跟蹤的電性層，跟蹤確定試驗區是否有斷裂.結構破碎帶及其地下溶洞的空間形態以及基巖面的起伏。

　　地震映像法

　　溶洞反射波振幅較弱，頻率較低，相位，波阻抗變化引起振幅相位變化，可作為普查溶洞跟蹤異常位置的有效方法。