孔间CT在工程勘察及岩土测试中的应用

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1、孔间CT在工程勘察及岩土治理检测中的应用纪燕祥张金欢河北地矿局第二地质大队河北邮编063000摘要：孔间CT分为电磁波孔间CT和地震波孔间CT通过钻孔间各岩土层对电磁波吸收率的不同及地震传波速度的不同，可查明钻孔间的岩溶裂隙、溶洞、采空、土体扰动带及断裂破碎带的分布位置及状态。近年来在工程勘察及岩土治理效果检测等方面得到广泛应用。关键词：电磁波CT；地震波CT；岩溶；采空；裂隙带随着城市建设的发展，岩溶区、采空区、土体扰动带等地区的工程勘察逐渐增多。浅层地震、电法等物探方法得到广泛应用，但由于场地精度所限一些物探方法具有一定的局限。近年来孔间C

2、T以其操作简单、精度较高等特点，在地灾勘察及岩土治理效果检测等方面得到广泛应用，并取得了较好的效果。一、方法原理目前孔间CT按其原理可分为电磁波CT和地震波CT。1）电磁波CT电磁波CT法是利用无线电波（工作频率0.5~32MHz）在两个钻孔中分别发射和接收，根据不同位置上接收的场强的大小，来确定地下不同介质分布的一种地下地球物理勘查方法，也称井中无线电波透视法，是目前被广泛使用于工程地质和金属矿勘查等领域。当电磁波通过不同的地下介质(如各种不同的岩石、矿体及采空区、溶洞、破碎带等)传播时，由于不同介质对电磁波的吸收(β)存在差异，如地质界线、

3、溶洞、破碎带等的吸收系数(βs)比其围岩的吸收系数(βo)要大得多，因此在地质界线、溶洞、破碎带的背后的场强也就小得多，从而呈现负异常，我们就是利用这一差异推断目标地质体的结构和形状。2）地震波CT（井间地震层析成像）层析成像的基本原理是利用物体外部边界某种物理观测数据,依据一定的1物理定律和数学关系进行反演计算,以得到物体内部与观测场相关的物理参数分布,并以图像形式表现出来。采用基于Huygens原理的网络追踪算法—最短路径射线追踪算法作为本次层析成像反演计算的射线追踪算法。若取得无穷多的连续投影值(地震波观测值),则反演的解是唯一的。地震层

4、析技术利用地震射线穿透地层内部,其走时及振幅的观测值与地层内部的某些物理参数(速度、衰减特性)存在线积分关系。例如,地震波的走时是地震射线沿所经区域慢度s(速度v的倒数)的线积分，而振幅比是地震射线沿所经区域衰减函数的线积分。测定地震波走时或振幅变化反演地层内部三维速度结构或衰减特性,并以图像表示,就是地震层析成像。二、实例：1、孔间电磁波CT在岩溶勘察中的应用唐山某工地通过电磁波法CT，查明有关剖面岩溶的分布情况。电磁波CT法勘查剖面内主要围岩为灰岩，基岩深度为74.5m，孔深100m，由于钻孔沉渣堵塞泥浆沉淀等原因，实际钻孔测量深度均为9

5、3m。剖面基本呈NWW-SEE方向，西侧钻孔为ZK2，东侧钻孔为ZK1。本次测量选用工作频率为12~24MHz，从测量的电磁波CT资料来看：强风化视吸收系数βs在4.2~5.2dB/m之间，中风化灰岩在2.8～4.2dB/m之间，微风化对电磁波吸收微弱，在2.8～1.2dB/m之间。溶洞在4.2~4.5dB/m之间。地表覆盖层较厚，钻孔上部有钢套管屏蔽，电磁波CT无法测量。本次数据经处理后成果见图1（图1ZK2～ZK1剖面电磁波CT法成果图），图中的纵坐标为钻孔深度，单位为m。剖面按照视吸收系数的差异，可分成三层：第一层（深度75.0~78.0

6、m，见剖面解释中玫瑰红色网状区域）为强风化带，电磁波异常明显，吸收强烈，视吸收系数βs大于4.2dB/m。2第二层（深度78.0~84.0m，见剖面解释中黄色斜杠区域），为中风化带，电磁波异常较弱，吸收次之，视吸收系数βs在2.8～4.2dB/m之间。第三层（深度84.0~92.0m，见剖面解释中兰色灰岩区域），为微风化带，电磁波异常最弱，吸收最小，视吸收系数βs小于2.8dB/m。在右侧zk1孔可见到一处溶洞异常，视吸收系数βs在4.2~4.5dB/m之间，相对幅值较大，深度在79.5~80.2m，约0.7m大小，且向剖面左侧延伸约0.9m，

7、规模不大。从图1的处理结果分析，剖面左侧（ZK2）岩石层位风化较为强烈，风化带在剖面内向右侧斜上方延展；右侧ZK1见到溶洞，但溶洞的下部未见到强吸收异常，推断为微风化。剖面物性反应与钻探资料基本一致。图1ZK2~ZK1剖面电磁波CT法勘查成果图通过钻孔电磁波CT勘查结果（见图1）表明：（1）剖面内依照物探勘查结果分为三层：强风化带、中风化带和微风化带。（2）在中风化带内见到溶洞异常，深度在79.5~80.2m，向剖面内延伸约0.9m。3（3）在剖面内电磁波CT法勘探效果是清晰明显的，分带界线清楚。2、地震波CT（井间地震层析成像）在断层在破碎带

8、勘察中的应用唐山某地通过井间地震层析成像（地震波CT）查明场地井控范围内是否存在破碎带、断裂带等，若存在，查明其分布及埋深范围。2对跨孔CT的测试结果