淺析地質雷達巖溶物探圖像特征

夏曉勇，梁 棟，吳 瑾

(貴州省交通科學研究院)

1 引 言

貴州是國內喀斯特最為發育的區域之一，省內碳酸巖地層分布廣泛，公路工程不可避免地受到巖溶影響。公路隧道施工揭露巖溶，可能引發涌水突泥，危及施工安全，或使隧道“懸空”于溶洞內難以施工處治，并耗費大量額外投資;或公路路基底部有隱伏溶洞，在施工期溶洞是穩定的，未被揭露，但隨時間推移，其可能發生坍塌，為日后運營安全埋下隱患。因此，在巖溶發育強烈地段的公路建設工程中，進行巖溶探測非常必要。地質雷達是公路巖溶物探有效的手段之一，目前應用廣泛。

地質雷達在公路工程中使用非常頻繁，但其效果卻良莠不齊，尤其是后期解譯對個人經驗和專業知識依賴性很強。對于經驗不足的技術人員，往往出現一個探測結果有多種解譯，或出現解譯與實際情況不相符的情況，不但達不到預期探測效果，還打擊探測(解譯)人員信心。

筆者在貴州從事多年的巖溶地質雷達物探工作，掌握了大量一手資料。本文擬通過一些工程實例，介紹部分典型的被證實的雷達物探圖像的解譯，總結巖溶雷達探測圖像的一些特征，為類似工程提供參考。

2 工程實例及圖像分析

某聯拱隧道中導洞基底物探雷達時間剖面圖像，探測段落內為中厚層灰巖，該段靠近背斜核部，受地質構造影響，巖體破碎，灰巖中溶蝕發育。雷達圖像顯示顯示地下4 ～16 m有異常強反射，反射波以中低頻大振幅為主，同相軸較清晰，但不連續，第一反射同相軸不甚明顯，多次波不發育。解譯該處異常為一溶洞，充填大量泥質或塊碎石，地下水較發育。后經釬探驗證，確實存在充填型的溶洞。

某隧道上臺階基底物探雷達時間剖面圖像，探測段落為白云質灰巖，中厚層狀。圖像顯示地下1.5 ～4.5 m 有異常強反射，第一反射界面同相軸清晰連續，呈開口向下的拋物線，后續反射低頻成分豐富，反射波以低頻大振幅為主，推測該處有溶洞發育，溶洞頂部埋深1 ～2 m，溶洞最大寬約2 ～3 m，深3 ～3 m，洞壁較光滑，洞內充填粘土及塊碎石，地下水較發育，頂部可能充填不密實，有空洞。后經下臺階開挖證實該溶洞存在，且充填物情況也與解譯分析一致。

某隧道基底物探圖像，探測段落內為厚層狀灰巖，巖體較為完整，干燥，無地下水影響，相應段落掌子面開挖時發現在兩層厚層灰巖分界面位置小溶洞極為發育。雷達圖像顯示有兩個明顯的平行反射同相軸，該同相軸略緩傾，且傾角與實測巖層沿隧道縱斷面視傾角一致。與現場地質情況結合分析，認為此同相軸為厚層灰巖的巖層面反射所形成。界面反射同相軸以下局部有較強孤立反射，每一孤立反射處反射波以雜亂大振幅反射為主，反射略呈開口向下的拋物線，X 形交叉回波較發育，具有小型空溶洞反射特征。推測沿兩層灰巖分界面有連珠狀小型溶洞或溶槽發育，且溶洞(槽)主要發育在下伏巖層頂部，這與巖溶發育的規律是吻合的，也與掌子面開挖情況一致。

某涵洞基底物探雷達圖像，涵洞基底主要為三疊系中厚層灰巖，巖層緩傾，順涵洞軸向有豎向節理發育，沿節理有溶蝕現象，本圖像即為沿該節理走向測線探測結果。圖像顯示探測范圍內7.5 m 有異常反射，反射波以中高頻為主，反射極強，疊加干涉現象嚴重(振幅增強、波組難以區分)，多次波明顯(強反射區域拖尾嚴重)，具有明顯的空洞反射特征。推縱向0 ～3 m，深度7.5 ～10.5 m 有溶洞發育，溶洞頂部埋深7.5 m，縱向寬大于4.0 m，底板埋深約17 m，無充填物;縱向9 ～18 m，縱深9 ～10 m 范圍有異常反射，反射波以中高頻為主，反射極強，有空洞反射特征。推測該處有溶洞發育，溶洞頂板埋深9 m，溶洞縱向寬9 m，高約3.0 m，無充填物。該溶洞后經鉆探證實存在。

3 結 論

采用地質雷達進行隧道巖溶探測是有效可行的，合理的解譯是地質雷達物探的關鍵。筆者通過多個項目實踐積累的經驗，總結了一些具有代表性的巖溶形態地質雷達反射特征和探測結果解譯技巧，在類似工作中可以作為參考:

(1)雷達圖像的解譯必須結合現場地質情況進行，并宜在地質推斷的基礎上進行解譯，切不可就圖論圖。巖溶的發育不僅和巖性有關，其受地質構造的控制也十分明顯，結合地質情況分析進行解譯往往更合理;

(2)異常反射特征受雷達時間剖面圖像縱(時間)橫(測線)比例、地面測線起伏的影響很大，須將探測圖像的縱橫比列調成一致并進行地形校正后再進行解譯;

(3)高頻成分豐富、反射極強、多次波發育、干涉明顯一般是空溶洞反射特征。常見地質體反射中，空洞反射是最強的;

(4)低頻、反射強烈、同相軸明顯但不連續、疊加干涉明顯、雜亂無章一般是充填型大型溶洞的反射特征;

(5)小型溶洞反射圖像有較明顯同向軸，且有孤立體反射特征，即開口向下拋物線型同相軸，但具有一定規模的大溶洞無此特征;

(6)連續分布的小型溶洞反射相互疊加，容易產生X 型交叉的同相軸;

(7)碳酸巖的巖層分界面附近往往具有較大電性差異，層面處可能出現很強的反射，在進行解譯時應加以注意。

需要特別強調的是，由于物探結果的多解性，雷達物探結果需要采用鉆探或開挖驗證加以核實后才可使用;另外，本文所列工程實例還不足以囊括所有巖溶形態的地質雷達的反射特征，有待進一步通過實踐或模型試驗加以完善和補充。

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