隐伏岩溶区地下空间探测技术方法研究——以武汉市为例

岩溶地面塌陷是城市隐伏岩溶区地下空间开发过程中常见的地质环境问题,具有隐蔽性和突发性,开展隐伏岩溶区地下空间结构探测技术方法研究可以有效指导地下空间开发利用。以武汉市为例,分析武汉市岩溶地面塌陷的成因机理,提出岩溶发育程度、覆盖层厚度和结构、地下水是岩溶地面塌陷的原生地质条件,也是隐伏岩溶区地下空间探测的特征因子。通过对比分析地质雷达、高密度电阻率法、浅层地震、微动、混合源面波、瞬变电磁法、孔间层析成像和地面核磁共振法等技术方法在武汉市隐伏岩溶区地下空间探测的适用性。结果表明:地质雷达适用于浅部土层扰动探测,小极距的高密度电阻率法和混合源面波适宜于覆盖层的厚度和结构探测,浅层地震、微动和孔间层析成像适宜岩溶发育特征探测,地面核磁共振法可通过岩溶地下水的富水性辅助岩溶发育程度探测。     

地面核磁共振测深方法在武汉市岩溶地面塌陷探测中的应用研究

岩溶地面塌陷是隐伏岩溶区常见的地质灾害类型之一,是制约武汉市城市规划和建设的重大地质环境问题。地下水对岩溶地面塌陷的形成和发展发挥着至关重要的作用,地面核磁共振测深方法是目前唯一直接探测地下水的地球物理方法,对地下水探测具有独特优势。本文介绍了地面核磁共振测深方法在探测岩溶塌陷区地下含水层方面的潜力,并在武汉市岩溶塌陷区内外开展了探测实验,结果表明:地面核磁共振测深反演的含水量参数可辅助划定含水层顶底板埋深,确定含水层厚度,并量化含水层富水性特征;弛豫时间参数指示了含水层孔隙度大小,可为岩溶发育程度、岩溶裂隙充填情况等提供参考。结合钻孔资料,验证了地面核磁共振测深方法在岩溶塌陷区地下含水层探测中的可行性。      

基于高密度电法的城市岩溶地下水通道三维电性成像

岩溶地下水通道是隐伏岩溶区常见的地质现象,开展城市隐伏岩溶通道探测对城市地下空间开发和地质灾害防治具有重要意义。岩溶通道常具有高度的空间变异性,常规二维探测难以对其进行较好的表征。基于此,文章采用三维高密度电法对城市隐伏岩溶地下通道进行了精细探测,结合地球物理数值模拟和应用实例,分析三维高密度电法对不同充填类型岩溶地下通道的成像效果。结果表明：三维高密度电法较二维探测在数据量和分辨率上均有较大提升,可更直观地表征目标体三维电性结构特征,该探测方法对岩溶地下水通道成像具有优势;通过对武汉市源泉村岩溶地下水通道三维电性成像,揭示了该低温热泉的地下水运移特征,可为城市地热勘探开发提供参考。     

高密度电法在岩溶探测中的应用

灰岩分布区岩溶发育易引发地面塌陷.从而形成地质灾害。高密度电法近年来被应用于灾害地质调查及工程勘察中。以某一段穿越岩溶发育区的高速公路为例,应用高密度电法对区内第四系土洞、岩溶、断裂发育等灾害地质体进行了探测。结果显示,电阻率断面图上显示的异常区与实际灾害地质体吻合,展示了其工程应用前景。      

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。     

山东泰安羊娄岩溶地面塌陷的高密度电法探测应用

地面塌陷因近期发生频繁越来越受到人们的关注,而大多数塌陷皆是岩溶所致,如何搞清楚此类地质灾害的预防和发生显得尤为紧迫。随着科学技术的进步,以阵列布设多电极的高密度电法越来越准确的反映地下断面的电性分布特征,尤其适合近地面一定区域范围内以塌陷为主的地质探测。本文以泰安羊娄岩溶地面塌陷为例较详细地介绍了关于高密度电法在岩溶地面塌陷探测中的应用并作出了相应的推断。     

高密度电阻率成像法与微动谱比法探测岩溶区塌陷的地质背景——以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例

塌陷已成为岩溶区最主要的地质灾害。本文以广东省高要市蛟塘镇塱下村岩溶塌陷区为例,结合钻探资料,应用高密度电阻率成像法与微动谱比法联合探测塌陷区背景地质结构和构造。通过区内外14个已知钻孔旁的微动测量,建立了微动特征频率与覆盖层厚度的数学关系,并应用于塌陷区覆盖层厚度的估算。高密度电阻率成像反映出岩土电阻率在水平方向和垂直方向上的变化,揭示了地下地质结构;微动谱比法揭示了探测场地的基岩起伏形态,结合地层岩性推断了古河道的存在并确定了其边界及延伸方向,与高密度电阻率成像法联合进行地质解译,推断了基岩内断层发育的空间位置、走向等特征。综合该两类物探技术探测成果和钻探资料表明,塌陷位于古河道内,并沿古河道方向发育,其方向与区域北东向构造走向方位一致。     

平原区深层隐伏岩溶塌陷主控因子地球物理调查方法适用性分析

岩溶塌陷研究目前主要关注100 m以浅的浅部岩溶,埋深大于100 m的深层隐伏岩溶塌陷的研究较少,也未形成成熟的调查方法和标准。深埋岩溶区存在岩溶塌陷的风险,以往资料表明,断裂构造、覆盖层结构等对深埋岩溶塌陷具有重要控制作用。要评价深层隐伏岩溶塌陷的危险性,查明各主控因子的发育特征是前提条件。文章以北京平原区东部深层隐伏岩溶塌陷为例,分析对比了重力测量、电阻率测深、可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、高密度电法及微动测量等5种方法在调查断裂构造、碳酸盐岩地层顶板破碎程度、覆盖层厚度以及覆盖层底部土层结构等4个主控因子的适用性。结果表明:在平原区调查深层隐伏岩溶塌陷主控因子,断裂构造特征建议选择重力测量法和CSAMT;碳酸盐岩地层顶板破碎程度以电阻率测深和CSAMT为好;适用于覆盖层厚度探测的方法为CSAMT、微动测量法和电阻率测深法;覆盖层底部土层结构的探测可优先选择微动测量法和电阻率测深法。     

不同勘探方法在丰水期和枯水期岩溶塌陷探测效果分析研究

岩溶塌陷的发生具有突发性和隐蔽性,采取有效方法准确识别潜在致塌位置对科学合理防治岩溶塌陷具有重要意义。以武汉市典型地区为实例,对比分析了丰水期和枯水期地质雷达、高密度电阻率法、静力触探3种勘探方法对岩溶塌陷的探测效果。结果表明:在该类地质条件下,地质雷达在工作频率≤100 MHz时,对4 m以内的扰动土有明显的响应,40 MHz工作频率的探测深度枯水期大于丰水期,100 MHz工作频率的扰动土响应特征枯水期比丰水期明显。高密度电阻率法在丰水期对地层结构的刻画更为精细准确,适用于浅中层岩土体结构探测。静力触探在丰水期和枯水期无显著差异,适用于10 m以内土体探测,尤其适用于圈定塌陷区边界范围。研究结果可为水动力条件季节性变化大的地区其岩溶塌陷探测方法的选择提供参考,为潜在塌陷点的准确识别提供技术支撑。     

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。     

广东省潼湖生态智慧区浅层地球物理探测与地层物性分析

地质灾害、活动断裂、特殊岩土体和古河道等是影响城市浅层地下空间开发安全的主要地质问题,对于这些地质问题的探测主要采用地球物理无损检测方法。潼湖生态智慧区是国家生态文明建设示范区和惠州智慧城市地下空间开发中的重要区域,浅层地球物理探测与地层物性分析为潼湖生态智慧区城市发展及地下空间开发利用提供详细的地质、岩土和地球物理数据,是构建该地区地下空间模型的必备要素。虽然目前已经开展了针对本区域的基础地质探测研究工作,然而服务于精细地质结构与地层划分的综合地球物理研究还处于空白。针对浅层地下空间探测精细程度低和传统探测方法分辨率有限的问题,本文综合利用浅层反射波地震方法、混合源面波S波速度成像方法、三分量谐振波阻抗比值方法以及综合测井方法对该地区浅层地下空间(200m)进行了高精度地层划分和断层展布精细解释。在浅层地震反射波方法划分厚层和大尺度断层的基础上,利用主动源和被动源微脉动阵列法获得更加精细的浅层地层和构造特征,采用三分量地震频率谐振方法识别浅层土壤层分层,弥补了单一方法在不同深度范围上的探测信号低精度缺点,探讨了潼湖地区地层与地球物理的响应特征,构建了详实的地层物性和地球物理参数关系,为后续的建模提供基础数据。     

重庆市中梁山地区隐伏塌陷特征及物探勘测的思路

为查明隐伏塌陷区域,分析重庆市中梁山地区岩溶塌陷的特征,发现塌陷主要发生在以岩溶裂隙发育为主的松散粉质黏土区域;地震映像法能方便、快速地查清土层的松散状态,而高密度电阻率法通过正演模拟发现只能探测出2～3倍电极距的异常范围,但能反映出岩溶裂隙发育的漏斗形态,即只要能找出岩溶裂隙的大致位置和浅表松散土层的范围就能圈定隐伏塌陷的区域。对中梁山地区某居民点进行野外勘测,综合以上两种方法圈定隐伏塌陷区域,其推断结果与钻探资料十分吻合,说明这种隐伏岩溶探测思路是可行的。      

雪宝顶流域钙华景观生态风险评价的研究探讨

景观生态风险评价能够有效地对区域景观格局进行优化并为风险防范提供理论基础。文献计量学分析表明,国内岩溶景观生态风险评价研究主要从“研究对象”、“评价模型”、“评价方法”和“评价指标”4个方面分析;而钙华作为特殊的岩溶体,目前对它的生态风险评价几乎未开展。文章从岩溶景观生态风险评价入手,基于模糊数学综合评判法和层次分析法,提出以地表钙华体与地表水循环作为景观主体,并对主体因素逐步细化,形成多层次综合评价模型,展开对雪宝顶流域钙华景观的生态风险评价。      

九寨沟“8.8”地震背景下火花海钙华坝体无损探测分析

为研究震后九寨沟钙华景区的溶洞、裂隙、暗流等地质特性,丰富钙华景区岩溶洞穴无损探测技术,探讨了多物探技术在多孔疏松钙华地区作业的可靠性。首次运用地质雷达法及高密度电法相结合的无损探测技术,在九寨沟景区火花海特定区域进行了现场勘查和无损探测试验。结合对比两种无损探测成果与测区内出露地质剖面3组勘探数据,结果发现:高密度电法与地质雷达法相结合,两者能优劣互补,相互佐证,在解决钙华区域浅部溶洞、暗流、裂隙等工作中,对探测目标体具有极高的识别度。两种方法探测数据与震后出露剖面地质特征保持极高的一致性,验证了两种无损检测方法在多孔疏松介质条件下数据的真实可靠性,解决了多物探技术在多孔疏松介质地区施工的疑点和难点,丰富了工程物探领域技术。      

地球物理探测技术在成都市浅表地质结构调查中的应用研究

【研究目的】 查明城市浅表地质结构特征,对于城市地下空间规划、开发区建设、地质灾害评价等有着重要的指导意义,而无损、抗干扰能力强的地球物理探测技术在提供城市地区地下地质信息方面可以发挥关键作用。【研究方法】 为了支撑成都市浅表的三维地质填图工作,本文应用11种新、老地球物理探测技术,开展了成都市浅表地质结构的探测研究。【研究结果】 研究结果表明：（1）地质雷达对于近地表的地层结构成像、建筑结构识别分辨率较高;（2）瞬态面波、混合源面波、三分量频率谐振法对50 m以浅的地质结构识别能力强,分辨率很高,但探测深度有限;（3）微动勘探法和高密度电阻率法对50 m以浅的地质结构分辨率较高,但深部分辨率一般;（4）等值反磁通瞬变电磁抗干扰能力强,施工效率高,50 m以浅分辨率较高,50~200 m深度范围内分辨率一般,对膏岩泥岩有较好的识别能力;（5）半航空瞬变电磁可弥补了常规物探方法无法进入特殊场地施工的不足;（6）浅层地震勘探对于浅地表50～300 m深度范围内的砂泥岩互层的变化特征和断层结构特征效果较好,配合自然伽马曲线,可有效识别砂泥岩的岩性界面;（7）音频大地电磁可有效识别成都平原深大断裂的空间分布形态。【结论】 综合各种地球物理方法的优缺点,建立了成都市浅表地质结构的地球物理组合探测技术方案,以期能为今后的城市浅表地质结构调查提供参考。     

准格尔煤田不连沟矿井构造特征及其对煤矿生产的影响

准格尔煤田位于鄂尔多斯盆地伊盟隆起和晋西褶曲带的转折部位，煤田内的矿井构造样式多样，而且矿井生产揭露前后构造复杂程度发生了重大变化。以不连沟矿井地质勘查和矿井揭露的褶皱、断层、岩溶陷落柱、火成岩侵入体等地质构造为主要研究对象，通过数理统计方法对矿井内的构造发育特征进行了定量或半定量评价，分析不同地质构造的形成机制、演化背景及矿井构造复杂程度变化的主要原因，统计分析不同类型地质构造对矿井采掘生产的影响，总结矿井地质构造探查经验，提出适应于该区的构造探查思路。结果表明:不连沟煤矿构造样式多样，构造发育的分区特征明显，构造组合具有耦合性；矿井中部的弧形坡折带及波状褶皱形成开始于加里东构造运动，属于黄河断裂和呼-清断裂的伴生构造；区内走向EW （或近EW向）和NW断层组合是鄂尔多斯盆地印支期S—N向挤压应力和燕山期NW—SE向挤压应力共同作用的结果。各类地质构造制约着矿井采区部署、巷道掘进、工作面回采速度，造成大量资源损失，给矿井防治水带来巨大挑战。针对类似研究区的复杂矿区，建议采用三维地震勘探扫面，井下槽波、电法勘探靶区圈定，定向钻验证的“物探、钻探，地面、井下”相结合的综合探查方案。      

广州金沙洲岩溶地面塌陷灾害预警预报研究

受武广客运专线金沙洲隧道施工抽排大量地下水的影响, 2007—2012年广州金沙洲发生了大规模岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害,造成了重大经济损失。为防治地质灾害,采用综合地质调查、地下水位监测、地面沉降监测、物探、钻探和试验等手段勘查和研究,建立了完善的地下水位和地面沉降监测网络。在此基础上,根据地质环境条件、岩溶发育程度和地质灾害分布特征进行岩溶塌陷易发性分区,选择地下水位变化量和地面沉降量这两个与岩溶塌陷最直接、最敏感和最重要的参数,从预警预报参数选择、时间尺度选取、判据分析计算、预警预报方法、模型系统的建立等方面进行研究,选取临界日综合地下水位变化量和临界日综合地面沉降量作为预警预报判据,结合三维地质结构模型建立岩溶塌陷预警预报模型系统。成功地预警预报了两起岩溶地面塌陷,取得较好的预报效果,说明该岩溶地面塌陷预警预报模型系统实用、有效,为金沙洲防灾减灾提供地质科学依据,为当地的社会稳定和经济可持续发展提供技术支撑。     

Mise-a-la-masse method,tracer tests and cave detection analysis of underground-river karst-conduit distribution and structure: a case study of the Dafengdong conduits in Guizhou Province,China

In karst areas, groundwater movement is dominated by conduit flow; thus, understanding the distribution and structure of karst conduits has great significance for water research, groundwater protection and engineering construction. With the Dafengdong (Guizhou Province, China) underground river karst as an example, a mise-a-la-masse method, tracer tests and cave detection were conducted to study the distribution and structure of karst conduits. Combined with information on the geological and hydrogeological conditions, the geological factors that form karst conduits were determined. It can be concluded that: (1) Under the influence of faults, karst conduits usually develop towards or along faults; (2) multiple karst conduits form easily on both sides of tectonic fracture zones; (3) both lithology and geological structure affect the formation of blue holes, and when the directions of karst conduits change, blue holes easily form in weak parts of the structure; (4) at springs where two aquifers intersect, with strong chemical dissolution of the lower karst aquifer and mechanical collapse of the upper aquifer, blue holes also form easily; and (5) integrated mise-a-la-masse method, tracer tests and cave detection can accurately discern the distribution and structure of karst conduits. Geological factors can be used to preliminarily delineate the distribution and structure of karst conduits in similar areas based on hydrogeological conditions. Such methods hold great significance for groundwater extraction and protection and engineering construction in karst areas.

     

湖南省岳家桥典型岩溶发育区电性特征及构造格架研究

为探讨湖南省益阳市岳家桥地质灾害现状,以区内典型岩溶发育区为研究对象,通过长剖面高密度电法、视电阻率联合剖面法等地球物理方法,研究了地层电性响应特点,利用钻孔数据和综合电法勘探数据建立了三维地层结构模型,揭示了典型区域近地表电性结构形态,构建了区内三维地层构造格架,圈定了岩溶发育范围,并评价了地质灾害程度。研究表明: 因地制宜地利用综合电法勘探,有助于在我国南方含水较多的岩溶发育区快速、有效地进行灾害范围的圈定和评价。