地震CT探测技术在岩溶勘察中的测试应用_潘乐荀.pdf
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1、ISSN 1008-9446CN13-1265/TE承 德 石 油 高 等 专 科 学 校 学 报Journal of Chengde Petroleum College第 25 卷第 3 期,2023 年 6 月Vol.25,No.3,Jun.2023地震 CT 探测技术在岩溶勘察中的测试应用潘乐荀1,董亚1,任川1,2(1.安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司,安徽合肥 230000;2.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221000)摘要:为准确掌握工区范围内岩溶的发育情况及其速度响应特征。现场采用地震 CT 探测技术对某研究区内的地质体开展一孔激发、多孔接收的地震 CT 剖面的快
2、速扫描,进一步对实测数据进行反演层析成像,最后通过孔间 CT 层析成像结果结合钻孔资料对测试成果进行综合地质分析与解释。结果表明:研究区浅部覆盖层及岩溶或溶蚀裂隙与下伏基岩之间存在明显的速度差异,其中浅部覆盖层及岩溶发育区速度值约在 800 2000 m/s,而下伏基岩速度普遍在 3 000 m/s 以上;通过采用一孔激发、多孔同时接收的观测系统,可大大降低现场施工时间,并可同步获取多组剖面数据并提高探测精度。基于一孔激发、多孔接收的地震 CT 探测技术在实际工程中具有一定的应用和参考价值。关键词:地震 CT;岩溶勘察;一发多收;测试应用中图分类号:P631文献标志码:B文章编号:1008-9
3、446(2023)03-0056-06收稿日期:2022-10-25第一作者简介:潘乐荀(1975-),男,安徽望江人,高级工程师,主要从事工程地球物理勘查应用和研究工作,E-mail:475146894 。通讯作者:董亚(1992-),男,安徽阜阳人,工程师,硕士,主要从事工程地球物理勘查应用和研究工作,E-mail:1976293728 。Test and Application of Seismic CT Detection Technologyin Karst SurveyPAN Le-xun1,DONG Ya1,REN Chuan1,2(1.Anhui Huizhou Geology
4、 Security Institute Co.,Ltd.,Hefei 230000,Anhui,China;2.School of Resources and Geosciences,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221000,Jiangsu,China)Abstract:In order to accurately grasp the development of karst in the work area and its speed re-sponse characteristics,on-site seismic CT
5、 detection technology is used to scan the seismic CT profileof a geological body in a certain research area,and the measured data is further studied to get tomo-graphic inversion.Finally,comprehensive geological analysis and interpretation of the test results aremade by combining the cross-hole CT t
6、omography results with borehole data.The results show thatthere are obvious velocity differences between shallow overburden,karst or dissolution fissures andunderlying bedrock in the study area,among which the velocity values of shallow overburden andkarst development area are about 800 2 000 m/s,wh
7、ile the velocity of underlying bedrock is gen-erally above 3 000 m/s.By using the observation system of one hole excitation and multiple holessimultaneous reception,the site construction time can be greatly reduced,and multiple groups ofprofile data can be obtained synchronously,thus the detection a
8、ccuracy is improved.Seismic CT de-tection technology based on one-hole excitation and multi-hole reception has certain application andDOI:10.13377/ki.jcpc.2023.03.014潘乐荀,等:地震 CT 探测技术在岩溶勘察中的测试应用reference value in practical engineering.Key words:seismic CT technology;karst survey;one hole excitation a
9、nd multi-hole reception;testand application随着社会的快速发展及城市交通的迫切需求,更多工程向地下及地面以上空间发展已成为一种趋势,而随着此类工程项目的日益增多,面临的工程隐患也随之增加,其中尤以地下岩溶对地铁建设和道路桥梁施工的危害最大1-2,如果在工程建设之前不能及时消除该隐患,施工过程中可能会引起溶洞塌方、涌水等地质灾害,严重影响施工进度,威胁人员安全3-4。因此,如何对工区范围内的岩溶发育情况、分布范围及连通性进行快速有效、真实可靠的探查在工程勘察领域有着重大需求。地球物理探测技术因具有施工成本低、操作便捷、探测结果可靠等特点,是岩溶、等不良地
10、质体探查技术的重要发展方向5-7。其中,陈兴海8等在某地铁工程揭露的岩溶发育区采用钻孔弹性波 CT 技术进行应用,探测结果与钻孔验证揭露情况一致,表明该方法在岩溶探查应用中的有效性和可靠性;赵虎9等从电磁波 CT 方法的关键问题上进行分析并结合相关钻探资料,较为精确地判断出测区范围岩溶洞穴的位置及规模,为桥梁设计提供了可靠的依据;邱庆程10等说明了在岩溶发育地区采用常规工程地质勘察方法的不足,通过工程勘察实例的应用与分析,指出了跨孔地震 CT 层析成像在岩溶勘察中的应用前景;李卫卫11等从基岩面附近的多岩溶探测入手,依据射线理论进行正反演模拟研究,讨论岩溶与基岩面的距离、围岩与岩溶速度差异大小
11、以及观测系统对反演结果的影响。地球物理探测技术在岩溶勘察方面应用较为广泛,而地震波 CT 探测技术在方法原理及施工工艺上均具有独特的优势,且具有施工效率高、成本低、抗干扰能力强及多孔数据可联合采集等特点。因此,本文采用一孔激发、多孔接收的地震波 CT 探测技术对工区范围内的岩溶发育情况和分布范围开展测试应用,相关成果可为后期岩溶治理及桥梁桩基的设计选址提供基础资料。1地震 CT 技术原理地震 CT 技术又称为地震层析成像技术,是利用地震波在地下介质中传播速度差异,这种差异体现在地震记录上就是旅行时的差异,再结合地震波传播规律转换为速度进行成像,从而精确刻画地质目标的结构和物性特征12-13。其
12、主要工作方法就是在一个孔中单点激发地震信号,在另一个或多个孔中多道接收地震信号,组成一个密集交叉的射线网络(见图 1),然后处理地震记录得到地震波走时信息,再通过迭代反演获得速度分布,重建地下介质的纵波波速图像14-15。地震波旅行时间与地下介质的慢度函数之间的关系可表示为:T=rss(x,z)dl(1)式中:S(x,z)是指地下介质的慢度函数,dl 是指波的射线路径的微分,T 是指地震波从震源 s 到检波点 r的走时。对式(1)进行离散后,可以将其写成如下所示的代数方程组,矩阵形式为:T1=d11S1+d12S2+d13S3+d1jSjT2=d21S1+d22S2+d23S3+d2jSjTi
13、=di1S1+di2S2+di3S3+dijSj|(2)由于地震 CT 探测技术的发射与接收传感器均在孔中,使得测试单元更接近目标体,避免了地表噪声和强衰减风化层的干扰,其测试结果空间分辨率更高,且可获得包含丰富目标体信息的高频记录,从而为后期的数据处理与成果解释奠定良好的基础。75承德石油高等专科学校学报2023 年第 25 卷第 3 期2研究区地质概况拟建项目位于杭州市萧山区,工区场地原始地貌单元为冲海积平原及侵蚀丘陵地貌,沿线地形较为平坦,场地地面标高无较大差异。场地施工工程为高架快速路,主要涉及岩溶等不良地质作用发育。通过对近场区的主要断裂开展相关野外地质调查、浅层人工地震勘探及热释光
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