浅析地质雷达岩溶物探图像特征

夏晓勇，梁 栋，吴 瑾

(贵州省交通科学研究院)

1 引 言

贵州是国内喀斯特最为发育的区域之一，省内碳酸岩地层分布广泛，公路工程不可避免地受到岩溶影响。公路隧道施工揭露岩溶，可能引发涌水突泥，危及施工安全，或使隧道“悬空”于溶洞内难以施工处治，并耗费大量额外投资;或公路路基底部有隐伏溶洞，在施工期溶洞是稳定的，未被揭露，但随时间推移，其可能发生坍塌，为日后运营安全埋下隐患。因此，在岩溶发育强烈地段的公路建设工程中，进行岩溶探测非常必要。地质雷达是公路岩溶物探有效的手段之一，目前应用广泛。

地质雷达在公路工程中使用非常频繁，但其效果却良莠不齐，尤其是后期解译对个人经验和专业知识依赖性很强。对于经验不足的技术人员，往往出现一个探测结果有多种解译，或出现解译与实际情况不相符的情况，不但达不到预期探测效果，还打击探测(解译)人员信心。

笔者在贵州从事多年的岩溶地质雷达物探工作，掌握了大量一手资料。本文拟通过一些工程实例，介绍部分典型的被证实的雷达物探图像的解译，总结岩溶雷达探测图像的一些特征，为类似工程提供参考。

2 工程实例及图像分析

某联拱隧道中导洞基底物探雷达时间剖面图像，探测段落内为中厚层灰岩，该段靠近背斜核部，受地质构造影响，岩体破碎，灰岩中溶蚀发育。雷达图像显示显示地下4 ～16 m有异常强反射，反射波以中低频大振幅为主，同相轴较清晰，但不连续，第一反射同相轴不甚明显，多次波不发育。解译该处异常为一溶洞，充填大量泥质或块碎石，地下水较发育。后经钎探验证，确实存在充填型的溶洞。

某隧道上台阶基底物探雷达时间剖面图像，探测段落为白云质灰岩，中厚层状。图像显示地下1.5 ～4.5 m 有异常强反射，第一反射界面同相轴清晰连续，呈开口向下的抛物线，后续反射低频成分丰富，反射波以低频大振幅为主，推测该处有溶洞发育，溶洞顶部埋深1 ～2 m，溶洞最大宽约2 ～3 m，深3 ～3 m，洞壁较光滑，洞内充填粘土及块碎石，地下水较发育，顶部可能充填不密实，有空洞。后经下台阶开挖证实该溶洞存在，且充填物情况也与解译分析一致。

某隧道基底物探图像，探测段落内为厚层状灰岩，岩体较为完整，干燥，无地下水影响，相应段落掌子面开挖时发现在两层厚层灰岩分界面位置小溶洞极为发育。雷达图像显示有两个明显的平行反射同相轴，该同相轴略缓倾，且倾角与实测岩层沿隧道纵断面视倾角一致。与现场地质情况结合分析，认为此同相轴为厚层灰岩的岩层面反射所形成。界面反射同相轴以下局部有较强孤立反射，每一孤立反射处反射波以杂乱大振幅反射为主，反射略呈开口向下的抛物线，X 形交叉回波较发育，具有小型空溶洞反射特征。推测沿两层灰岩分界面有连珠状小型溶洞或溶槽发育，且溶洞(槽)主要发育在下伏岩层顶部，这与岩溶发育的规律是吻合的，也与掌子面开挖情况一致。

某涵洞基底物探雷达图像，涵洞基底主要为三叠系中厚层灰岩，岩层缓倾，顺涵洞轴向有竖向节理发育，沿节理有溶蚀现象，本图像即为沿该节理走向测线探测结果。图像显示探测范围内7.5 m 有异常反射，反射波以中高频为主，反射极强，叠加干涉现象严重(振幅增强、波组难以区分)，多次波明显(强反射区域拖尾严重)，具有明显的空洞反射特征。推纵向0 ～3 m，深度7.5 ～10.5 m 有溶洞发育，溶洞顶部埋深7.5 m，纵向宽大于4.0 m，底板埋深约17 m，无充填物;纵向9 ～18 m，纵深9 ～10 m 范围有异常反射，反射波以中高频为主，反射极强，有空洞反射特征。推测该处有溶洞发育，溶洞顶板埋深9 m，溶洞纵向宽9 m，高约3.0 m，无充填物。该溶洞后经钻探证实存在。

3 结 论

采用地质雷达进行隧道岩溶探测是有效可行的，合理的解译是地质雷达物探的关键。笔者通过多个项目实践积累的经验，总结了一些具有代表性的岩溶形态地质雷达反射特征和探测结果解译技巧，在类似工作中可以作为参考:

(1)雷达图像的解译必须结合现场地质情况进行，并宜在地质推断的基础上进行解译，切不可就图论图。岩溶的发育不仅和岩性有关，其受地质构造的控制也十分明显，结合地质情况分析进行解译往往更合理;

(2)异常反射特征受雷达时间剖面图像纵(时间)横(测线)比例、地面测线起伏的影响很大，须将探测图像的纵横比列调成一致并进行地形校正后再进行解译;

(3)高频成分丰富、反射极强、多次波发育、干涉明显一般是空溶洞反射特征。常见地质体反射中，空洞反射是最强的;

(4)低频、反射强烈、同相轴明显但不连续、叠加干涉明显、杂乱无章一般是充填型大型溶洞的反射特征;

(5)小型溶洞反射图像有较明显同向轴，且有孤立体反射特征，即开口向下抛物线型同相轴，但具有一定规模的大溶洞无此特征;

(6)连续分布的小型溶洞反射相互叠加，容易产生X 型交叉的同相轴;

(7)碳酸岩的岩层分界面附近往往具有较大电性差异，层面处可能出现很强的反射，在进行解译时应加以注意。

需要特别强调的是，由于物探结果的多解性，雷达物探结果需要采用钻探或开挖验证加以核实后才可使用;另外，本文所列工程实例还不足以囊括所有岩溶形态的地质雷达的反射特征，有待进一步通过实践或模型试验加以完善和补充。

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