電磁波CT在巖溶勘察中的應用

陳 垿

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局3總隊，貴州 遵義 563000)

0 引 言

巖溶地區地下發育不均勻，地質結構復雜，在巖溶勘察中，如果采用傳統的鉆探和電測技術，很難獲得完善的勘察結果。采用電磁波CT技術，不僅分辨率高，而且能夠準確顯示出巖溶區域地質結構圖像，并且反演成果準確可靠。因此，需對電磁波CT技術在巖溶地區勘察中的應用方式進行深入研究。

1 電磁波CT法原理

在電磁波CT技術的應用中，需對2個鉆孔發射和接收電磁波，通過對不同區域場強大小進行分析，即可確定勘察區域不同介質分布情況。在電磁波CT技術的實際應用中，首先對地下發射電磁波，電磁波在地下空間中傳播，并發生輻射，然后接收電磁波，另外，在正反演中，需以電磁場理論以及天線理論作為依據。

在電磁波CT技術的實際應用中，主要有2種成像方式：①絕對衰減層析成像；②相對衰減層析成像。在第一種成像方式的應用中，可創建地下介質絕對衰減二維分布圖像，而在第二種成像方式的應用中，可創建地下介質相對衰減二維分布圖像。不論采用何種成像方式，其反演方程組的數字形式相同，通過將CT技術應用于電磁波法中，能夠避免人為因素影響，保證勘察結果準確性和可靠性。

2 工程概況

某勘察區域巖溶發育不均勻，巖溶連通性好。根據現場勘察，勘察區域巖性為灰巖，該區段巖溶較發育。在對該區域進行地質勘察時，共布置11個鉆孔和6條CT剖面。工區內地質結構是由雜填土、粉質黏土以及碎石層所組成的，另外，通過水文勘察，水位埋深為10 m。溶洞相對介質常數比較大，與灰巖土和土層相比差異較大。因此，綜合考慮勘察區域水文地質條件特征，采用電磁波CT技術進行地質勘察。

3 巖溶勘察中電磁波CT的應用方法

3.1 工作流程

在巖溶地質勘查中，電磁波CT技術的應用流程比較復雜，具體可分為3個步驟，即采集數據、對數據進行處理以及資料解譯分析。

在該次巖溶地質勘查中，收發距為2個鉆孔的間距，要求控制在25 m以內。另外，發射點距與接收點距分別為2 m、0.5 m。工作頻率共有3個頻段，分別為10 M、12 M和14 M。

在該次勘察中，根據現場實際情況采用定點觀測方式，對于發射天線，可將其安裝在鉆孔底部位置，同時每間隔2 m即可進行固定法神，同時采用接收天線進行移動測量，對于移動距離，應控制在孔距的2倍以內。在第一次天線發射完成后，對天線所接收的信息進行采集和處理分析。根據勘察現場實際情況重復上述過程，直至達到最小發射深度。

在獲得大量勘察數據后，要求對各類勘察數據進行預處理，在數據預處理中，要求準確識別突變點，同時還應對可以數據前后各類數據的變化特征進行分析，在去除突變點后，對相鄰點的數據做好平滑處理。通過應用上述數據處理分析方式，能夠篩選出大量勘查數據中的可用數據，進而保證勘察分析結果的準確性和可靠性。

3.2 數據處理

在利用電磁波CT法進行巖溶地質勘查中，數據處理方式比較復雜，在采集到勘查數據后，據此創建吸收系數β圖像。現如今，在巖溶地質勘察中，代數重建方式比較多，在本次研究中，采用聯合迭代重建技術(SIRT)、代數重建技術(ART)等。

探測區域網格化處理模式如圖1所示，通過應用SIRT技術構建電磁波CT圖像時，對于探測區，應采用網格化處理方式，在具體的處理過程中，可假設網格中介質均勻，并且吸收系數相同。

通過對圖1進行分析可見，第i條發射從發射至接收的路徑為射線通過所有網格的距離，可根據公式(1)進行計算。

(1)

代入式(2)：

(2)

式中：

K—迭代次數；

Wj—在第j個網格中所通過的所有射線數量；

3.3 資料解釋

根據以往的勘察經驗，在該次巖溶勘察中，視吸收系數βs的取值范圍如下：粉質黏土1.0～3.0 dB/M；碎石層0.8～3.5 dB/M；石灰巖(完整)<1 dB/M；石灰巖(中風化)<1.5 dB/M；溶洞3.6～6.5 dB/M。

在巖溶勘察區電磁場中，介質類型比較復雜，具體包括溶洞、巖石、破碎帶等，在電磁波傳遞過程中，在遇到不同介質后均能夠被吸收，但是不同介質對于電磁波的吸收程度有所不同。通過實踐研究發現，松散土體、黏土重填溶洞對于電磁波的吸收度比較大其次為破碎帶、裂隙等，如果巖土結構完整度較高，則對于電磁波的吸收程度較弱。

在對該項目進行勘察時，共選擇3個剖面，對于不同剖面形式，均需做好反演分析。

剖面1電磁波視吸收系數整體淺部大于深部，視吸收系數在3.6 dB/M以內。結合鉆孔資料，沒有發現巖溶、裂隙等地質問題。

剖面2的電磁波視吸收系數整體淺部小，深部大，并且有多個高值區，視吸收系數在3.2～4.8 dB/M之間。

剖面3的深度在19.5～26 m之間，并且有黏土重填溶洞和溶蝕發育區。

為了對電磁波CT技術勘察所得結果的準確性進行分析，采用鉆探技術進行驗證分析。在該次勘查中，通過應用電磁波CT技術，確定異常區域深度在19～25.5 m之間。在利用鉆探技術進行現場勘查后顯示，異常區域深度在20.8～25.0 m之間。

4 結 語

巖溶地質結構復雜，勘察難度較大，通過將電磁波CT技術應用于巖溶地質勘察中，能夠有效彌補傳統測繪技術的弊端，有效解決巖溶發育、破碎帶分布等問題。需要注意，巖溶地質充填性、破碎帶飽水性對于電磁場的影響較大，因此，在電磁波CT技術的實際應用中，還應結合鉆探資料進行綜合解析，保證勘察結果的準確性和可靠性。