岩溶及土洞地球物理探测的应用研究

论文摘要

在工程建设和矿山开采中,由于地下水开采量不断的增加,岩溶塌陷灾害日趋突出。塌陷灾害中,有岩溶引起的,有地下水冲刷引起的,也有采矿及排水引起的。无论何种情况,他们都是因地下被“掏空”后形成空洞,最后因顶板失稳而塌陷,导致地质灾害的发生。因此,如何利用物探方法发现尚未形成塌陷之前的溶腔或洞体的发育程度、空间规模,是本论文研究的主要目的。由于物探方法都具有其条件性、局限性、多解性。因此,合理地选择和运用一种或几种探测岩溶及土洞的物探方法,并对这些方法开展研究和评价,是本论文研究的主要内容。在对国内外的物探方法研究现状进行了详细归纳的基础上,分别对探地雷达(GPR)、钻孔电磁波法、电阻率法、浅层地震反射法、映像法和瑞雷面波法应用于洞室或空区勘探进行了分析,试图从理论上找出各自的优劣之处。论文分析研究了岩溶及土洞的地质形成机理、岩溶塌陷的发育特征及形成机理,对岩溶塌陷和土洞的发育进行了分析,总结了岩溶及土洞孕育阶段和稳定阶段的地球物理特征,并列举了各种情况下的电性异常、波阻抗异常、介电常数异常的物探典型剖面。详细论述了电性差异方法中的高密度电阻率法的理论、勘察原理和装置；介电常数差异方法中的探地雷达法和钻孔电磁波法的基本原理和实际运用案例；波阻抗差异方法中的浅层地震反射法、映像法和瑞雷面波法的一般勘察原理和应用范围。经过分析和对比,最后对岩溶及土洞探测的方法进行了综合评述及遴选,确定了岩溶和土洞探测的最佳方法组合。本文还从岩溶和土洞的探测任务出发,制定了通常情况下要求达到的地质任务和技术要求,简要论述了物探方法的选择原则和物探工作布置原则,对开展高密度电法和高密度地震映像法要求的物探仪器及参数设定、一般技术规范作了要求,对物探资料处理及解释方法做了详细设计方面的论述。论文分别选取了两个典型工程案例进行分析：湘潭白石古莲城的工勘基础选型和湖南凤凰新大桥桥址地球物理勘察。验证了理论分析结果的合理和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 高密度电阻率法的研究开发现状
• 1.2.2 探地雷达（GPR）的研究现状
• 1.2.3 钻孔电磁波法（电磁波CT）的研究现状
• 1.2.4 浅层地震反射法和映像法的研究现状
• 1.2.5 瑞雷面波法的研究现状
• 1.3 本文研究的内容
• 第二章 地球物理探测的机理
• 2.1 岩溶及土洞的地质形成机理
• 2.1.1 岩溶塌陷的发育特征
• 2.1.2 岩溶塌陷的形成机理分析
• 2.1.3 土洞的发育与分布
• 2.2 岩溶及土洞的地球物理特征
• 2.2.1 岩溶及土洞孕育阶段的地球物理特征
• 2.2.2 岩溶及土洞稳定阶段的地球物理特征
• 2.3 地球物理方法及其原理
• 2.3.1 电性差异方法
• 2.3.2 介电常数差异方法
• 2.3.3 波阻抗差异方法
• 2.4 岩溶及土洞探测的方法综合评述及遴选
• 2.5 本章小结
• 第三章 地球物理探测的方案设计
• 3.1 地质任务及技术要求
• 3.2 物探方法的选择原则
• 3.3 物探工作布置原则
• 3.4 物探仪器及参数选择
• 3.5 工程布设及执行的技术规范
• 3.6 物探资料处理及解释方法
• 3.7 本章小结
• 第四章 工程案例分析
• 4.1 工程实例1:湘潭白石古莲城的工勘基础选型
• 4.1.1 工程概况
• 4.1.2 物探工作的地质任务
• 4.1.3 地球物理特征及方法选取
• 4.1.4 野外工作及数据处理解释
• 4.1.5 物探成果及地质评价
• 4.1.6 结论与建议
• 4.1.7 实例体会和总结
• 4.2 工程实例2:湖南凤凰新大桥桥址地球物理勘察
• 4.2.1 工程概况
• 4.2.2 主要地质任务
• 4.2.3 测区地质概况
• 4.2.4 工作方法及平面布置
• 4.2.5 资料处理、解释与成果总结
• 4.2.6 工程地质评价
• 4.2.7 结论及建议
• 4.2.8 实例体会和总结
• 第五章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果