[实用新型]一种地下溶洞地震跨孔CT探测及层析成像装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及地下小型溶洞的探测领域，特别涉及一种地下溶洞地震跨孔CT探测及层析成像装置。

背景技术

岩溶是在工民建、公路、铁路环境等多方面的工程地质勘查中，常常会遇到的情况。由于溶蚀作用使可溶岩表面石芽、溶沟丛生，参差不齐；地下溶洞又破坏了岩体完整性。岩溶水动力条件的变化，使其上部覆盖土层产生开裂、沉陷。地下岩溶常常以溶洞、地下廊道、地下暗河的形式表现出来，这些都不同程度地影响着建筑物地基的稳定性。

传统的钻孔资料难以对岩溶的发育规模、分布情况等作出合理准确的评价，这就使得一些岩溶区工程地质问题（渗漏、突水、地面塌陷等）的发生几率大为增加，而一味的增加钻孔密度和钻进深度则必然大大增加勘察工作量。

近几年随着地球物理勘探（简称物探）技术逐步应用到工程勘察中来，这一难题已得到了较好的解决，常用的岩溶物探方法有：

（1）地质雷达探测法

探地雷达利用超高频短脉冲电磁波在地下介质中传播特征，分析地下或结构物内部不可见的目标体或分界面，进行定位或判别。由于探地雷达是一种非破坏性探测技术，可以安全地用于城市和正在建设中的工程现场，工作工程区条件宽松，适应性强；同时探地雷达的脉冲时域输出功率大，抗电磁干扰能力强，可在城市内各种噪声环境下工作，环境干扰影响小；具有工程上较满意的探测深度和分辨率，现场直接提供实时剖面记录图，图像清晰直观。

探地雷达探测地下目标体（如溶洞等）的原理是通过特定设备向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波。高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地层或岩溶（目标体）反射后返回地面，由接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其传播路径、电磁场强度与波形将随通过介质的电性特征与几何形态而变化。因此，通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下分界面或岩溶—地质体的空间位置及结构。

电磁波在介质中传播时，当遇到存在电性差异的地下目标体，如溶洞、分界面等时，电磁波便发生反射，返回到地面时由接收天线所接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态,从而达到对地下隐蔽目标物的探测。

地质雷达采用高频电磁波作为信息载体，电磁波能量在地下衰减较强烈，在厚覆盖条件下，探测范围（主要指深度上）将受到限制。

（2）高密度电法勘探

高密度电法是一种有效工程物探方法。该方法是从常规电阻率法发展而来，其工作原理也与常规电阻率法大体相同。它是以岩土体的电性差异为基础。根据其施加电场作用下地下岩土体中传导电流的分布规律，推断地下不同电阻率的地质体的分布情况。高密度电法实际上就是测定地下各种岩土体的电阻率。由于所测定电阻率值是在地下存在多种岩土体的情况下测得的，所以不是某一种岩石的真电阻率，它除受各种岩石电阻率的综合影响外，还与岩、矿石的分布状态(包括—些构造因素)、电极排列等具体情况有关，所以称它为视电阻率。 决定视电阻率大小的因素有:①各岩层地质体的真电阻率；②地下不同电性体实际分布状况（各电性体的厚度、大小和形状、埋藏的深浅）；③供电电极和测量电极的相互位置以及与不均匀电性层的相对位置。

对现场采集的数据先用反演软件进行了反演，但是反演误差较大，如果用反演图像来判断地质体的赋存情况，结果可靠度较低。在城市市区进行探测时，有时电极只能布置在沥青或混凝土路面上，由于沥青或混泥土路面的导电率是非常低的，直接影响了电流的激发和传播，因此在这种情况下得到的测量数据用来反演的话，效果将很不理想。

（3）井地地震探测法

井地地震探测技术是采用地面激发，井内布设检波器，采用地震仪接受探测信号的方式，地面测线和任意布置，且可布置较密集的激发点，震源除了考虑满足激发高频地震波之外，地面震源的选用要简单易行，激发效率要高。常用的激发方法有浅井(小于1m)、瞬发雷管、浅井小药量炸药、重锤激发等方式。另外还要考虑现场情况对勘测的干扰，实测时应避开。

它利用地震波穿过地质体后走时及能量的改变等物理信息，在计算机上重建地质体内部图像，从而得到所研究地质体的岩性、洞室及构造分布。该方法图像直观、分辨率高、信息量大、可靠性好，可以清楚地反映所研究区域的覆盖层分区、岩性分布与构造特点, 用来研究第四系覆盖层的分布、厚度以及基底埋深、风化分层、厚度及基底节理、断裂等构造, 可以用于浅部隐伏矿体勘查、地质灾害预报、工程场地评价等方面。同时，该方法实施简单, 操作方便, 效果明显。