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跨孔雷达层析成像方法定量评价岩溶发育程度研究

贾龙 张毅 蒙彦 李录娟 潘宗源 吴远斌 殷仁朝

贾 龙,张 毅,蒙 彦,等. 跨孔雷达层析成像方法定量评价岩溶发育程度研究[J]. 中国岩溶,2025,44(2):351-358 doi: 10.11932/karst20250212
引用本文: 贾 龙,张 毅,蒙 彦,等. 跨孔雷达层析成像方法定量评价岩溶发育程度研究[J]. 中国岩溶,2025,44(2):351-358 doi: 10.11932/karst20250212
JIA Long, ZHANG Yi, MENG Yan, LI Lujuan, PAN Zongyuan, WU Yuanbin, YIN Renchao. Karst development evaluation based on cross-hole radar tomography[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2025, 44(2): 351-358. doi: 10.11932/karst20250212
Citation: JIA Long, ZHANG Yi, MENG Yan, LI Lujuan, PAN Zongyuan, WU Yuanbin, YIN Renchao. Karst development evaluation based on cross-hole radar tomography[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2025, 44(2): 351-358. doi: 10.11932/karst20250212

跨孔雷达层析成像方法定量评价岩溶发育程度研究

doi: 10.11932/karst20250212
基金项目: 广西重点研发计划项目《岩溶路基塌陷加筋垫层防控与光纤传感监测体系集成研发与应用示范》;中国地质调查局中国地质科学院基本科研业务费项目《岩溶塌陷大型物理模拟试验模型装置研发》(2021010);中国地质调查局项目《岩溶塌陷地质灾害风险评价》
详细信息
    作者简介:

    贾龙(1985-),男,博士,副研究员,从事岩溶工程地质安全方面的研究。E-mail:jialong12@foxmail.com

    通讯作者:

    李录娟(1986-),女,副研究员,从事岩溶水工环方面的研究工作。E-mail:llujuan@mail.cgs.gov.cn

  • 中图分类号: P631;P642.25

Karst development evaluation based on cross-hole radar tomography

  • 摘要: 利用跨孔雷达走时层析成像和衰减层析成像技术实现钻孔之间地层岩溶发育程度的精细化定量评价,可弥补实际工程中钻探密度的限制。走时层析成像方法可得到岩溶地层中电磁波传输速度分布情况。因雷达波速是地层介电常数的函数,故可推导出岩溶地层的孔隙比,进而得到钻孔之间可溶岩的岩溶率的空间变化情况。衰减层析成像方法可得到岩溶地层中电磁波衰减系数分布情况。对于岩土这种低损耗材料,衰减系数与地层电导率成正比,与地层相对介电常数的平方根成反比,而岩溶地层电导率和相对介电常数与地层岩溶率密切相关,据此可量化钻孔之间岩溶率的空间变化情况。工程实例显示,两种方法得到的岩溶率空间分布结果一致,可相互印证精细评价钻孔之间不同埋深地层的岩溶发育程度,为地质勘察和工程建设提供更详实的数据支撑。

     

  • 图  1  跨孔地质雷达探测原理示意图

    A.地质模型 B.层析成像模型,红色的区域为低速区或高衰减区,蓝色区域为高速区或低衰减区

    Figure  1.  Schematic diagram of cross-hole geo-radar

    A. Geological model B. Tomography model, the red area represents the low-speed or high attenuation zone, and the blue area represents the high-speed or low attenuation zone

    图  2  探测所用仪器设备和软件

    A. ProEx雷达主机 B.100 Mhz孔中雷达天线 C.采集软件GroundVision D.数据处理软件WinTomo

    Figure  2.  Instruments and software of cross-hole geo-radar

    A. ProEx radar host B.100 MHz hole radar antenna C. Acquisition software GroundVision D. Data processing software WinTomo

    图  3  基于跨孔雷达层析成像的钻孔剖面岩溶发育评价图(ZK1-ZK3)

    A.波速分布图 B.衰减分布图 C.波速计算岩溶率图 D.衰减计算岩溶率图

    Figure  3.  Karst development evaluation of borehole profile based on cross-hole geo-radar tomography (ZK1–ZK3)

    A. Wave velocity distribution diagram B. Attenuation distribution diagram C. Wave velocity calculation karst rate diagram D. Attenuation calculation karst rate diagram

    图  4  发射孔ZK1和接收孔ZK3之间地层解译图

    1.灰岩 2.粉质黏土 3.流-软塑状粉质黏土 4.可塑状粉质黏土

    Figure  4.  Interpretation diagram of the strata between transmitting hole ZK1 and receiving hole ZK3

    1. Limestone 2. Silty clay 3. Flow soft plastic silty clay 4. Plastic silty clay

    表  1  研究区地层的电性参数

    Table  1.   Electrical parameters of the strata in the study area

    介质 相对介电常数 电导率/s·m−1 传播速度/m·μs−1 衰减系数/dB·m−1 衰减系数/np·m−1
    空气 1 0 300 0 0
    岩溶水 81 0.05 33 0.1 0.0115
    干石灰岩 7 10−8~10−6 113 0.4 0.0460
    湿石灰岩 8 0.018 106 0.4~1 0.046~0.1151
    饱和黏土 15 0.08 60~90 1~300 0.1151~34.5383
    下载: 导出CSV

    表  2  测孔信息表

    Table  2.   Table of borehole information

    深度/m 岩土特征
    发射孔
    ZK1
    26.3 覆盖土层:填筑土(0~1.5 m),粉质黏土
    27.5 中风化石灰岩:青灰色,隐晶质结构,中厚层构造,节理裂隙发育
    30.5 溶洞:全填充,黄褐色,充填物为粉质黏土及碎石,粉质黏土呈可塑状
    40.5 中风化石灰者:青灰色,隐晶质结构,中厚层构造,节理裂隙发育
    接收孔
    ZK3
    28.7 覆盖土层:填筑土(0~1.7 m),粉质黏土
    28.8 中风化石灰岩:青灰色;隐晶质结构,中厚层构造,节理裂隙发育,岩芯呈柱状
    30.1 溶洞:全充填,棕红色,充填为粉质黏土,可塑
    31.3 中风化石灰岩:青灰色,隐晶质结构,中厚层构造,节理裂隙发育
    31.9 溶洞:半充填,黄褐色,充填物为粉质黏土,流—软塑状
    45.5 中风化石灰岩:青灰色,隐晶质结构,中厚层构造,节理裂隙发育
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-30
  • 录用日期:  2024-07-23
  • 修回日期:  2024-05-04
  • 刊出日期:  2025-04-20

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