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摘 要：利用高密度地震映像的方法进行隧底岩溶探测，圈定隧底20m范围内的岩溶发育分布，保障铁路运营安全。在地震映像探测中，采用落锤震源激发，多偏移距组合检波器接收。把地震映像法在长昆铁路隧道基底探测的物探异常分为3类，结合不同的物探异常，分析岩溶发育规律，同时结合钻孔验证，证明地震映像法在隧底岩溶探测的有效性。
关键词：地震映像；隧道基底；灰岩；岩溶发育
1 前言
岩溶是隧道建设中遇到的常见地质现象，但岩溶发育的复杂性造成对岩溶的发育状况难以准确判定（1），在岩溶发育山区进行隧道施工，隧道贯通后，在隧道底部仍可能存在未被探测到的岩溶分布，存在严重的安全隐患，因此对隧道基底进行探测，勘察清楚岩溶的规模、边界，保证岩溶隧道基底质量，消除安全隐患，十分有必要性。隧基岩溶的探测方法主要有探地雷达法和地震映像法，但探地雷达法探测深度有限，通常在10m范围内（2），本文主要采用高密度地震映像法与钻探法相结合的方式，对长昆铁路出现的不同物探异常进行分类，为有针对性的岩溶整治提供依据。
2 工程概况
长昆铁路贵州段沿线地层出露较为完全，自前震旦系至第四系地層皆有分布。岩性以灰岩、白云岩类可溶岩为主，相间分布板岩、泥岩、砂岩、页岩及煤系地层，局部地段有玄武岩分布。区域范围内地质构造复杂，构造线密集，断层发育，可溶岩段具构造剥蚀～溶蚀槽谷地貌特点，槽谷的发育多与断层、大型节理等构造走向线一致，呈线状分布，谷底有呈串珠状分布的溶蚀洼地、落水洞、漏斗等岩溶地貌景观。影响铁路工程的溶洞、落水洞、溶蚀洼地、隐伏溶洞、暗河等岩溶形态众多，主要发育于二叠系、三叠系和石炭系的石灰岩和白云岩中，泥盆系、寒武系和震旦系中，亦有岩溶分布。
岩溶对铁路工程的影响和危害包括3个方面：一是隐伏岩溶洞穴对建筑物基础稳定性的影响；二是岩溶涌水对地下工程造成危害，或因排泄不畅，形成地面积水、冒水对路基和其他地面工程造成危害；三是岩溶地面塌陷，它是岩溶地区路基地段普遍而又具灾难性的威胁。
3 隧道岩溶的探测方法
本次岩溶探测工作总体采用物探探测加钻探验证的综合勘探模式，对隧道岩溶弱～中等发育和强烈发育段只选用地震映像法进行物探，当岩溶弱至中等发育且为不宜塌陷区的本次不做探测。对物探发现的较大异常采用钻探法进行验证核实。
3.1 高密度地震映像法
地震映像法又称高密度地震勘探和地震多波勘探，是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种地球物理勘探方法，以相同的偏移距逐步移动测点接收地震信号，对地下地层或目标体进行连续扫描，探测地下介质变化的工程地震方法。
数据采集过程中，震源点与检波点相对位置保持不变，震源点与检波点中点即为测点，震源点、检波点均按照一定间隔（点距）同步向前移动，以获得共偏移距地震映像时间剖面，图1为地震映像法数据采集装置示意图。根据共偏移距地震映像时间剖面的地震波运动学、动力学（振幅、频率、相位等）特征分析地下界面的起伏变化、局部异常体的位置、大致深度及性质。
地震映像法数据采集速度快，避免了动、静校正对地震波的拉伸、畸变影响，保留了多种地震波信息及全部动力学特征；特别是在探测目标体相对单一、以横向地质变化为主的情况下，地震映像法探测效果好，具有快速高效、成果直观，可利用多种地震波及其运动学、动力学特征实现异常体较准确的定位及性质判别的优点。本次地震映像法工作点距1m，偏移距4m，接收道数为3道，道间距为6m，采集参数为：采样间隔0.05ms、采样长度100ms，叠加次数1～3次；激发震源为7.5kg力棒+尼龙头。
3.2 解释原则
在仰拱下部基岩完整时，地震波组表现为能量均一、同相轴连续、未有明显的强反射波形，如图2.2。当仰拱下存在岩溶发育或岩溶破碎段落时，地震波组表现为低频、同相轴错断、能量大、延续周期长等特征。鉴于物探异常的多解性及地质条件的复杂性，为确定物探异常解释原则，针对不同类型的物探异常开展了试验性的钻探验证工作。
根据理论模拟和现场数据采集情况，大致可将地震映像物探异常划分为3类：
第一类异常：异常段相较于背景区地震波能量增强、频率降低、旅行时增长，沿横向连续出现的低频、强能量的两组或多组同相轴均出现规律性下凹，呈现“V”字型特征，特别是隧道基底地震映像剖面首根沿横向连续出现的低频、强能量同相轴出现明显的下凹，异常边部表现为同相轴明显的弯折或错断，异常中心表现为明显的频率降低、振幅增强、波组间隔明显增大。
第二类异常：异常段相较于背景区地震波能量增强、频率降低、旅行时增长，沿横向连续出现的低频、强能量的两组或多组同相轴出现平缓的下凹，主要呈现弧形、“U”字型特征，异常边部主要表现为同相轴局部不连续或错断，异常内部地震波能量、频率变化不大、波组间隔自异常边部至异常中心逐渐增大。
第三类异常：沿横向连续出现的低频、强能量的同相轴出现明显中断、错位、波组增多及波组间隔突变，相较于第一、第二类异常未出现明显的同相轴下凹及频率的明显降低，主要表现为同相轴沿横向不连续。
4 钻探验证
通过高密度地震映像无法获得地震波速度，而根据现场钻探的地质分层，我们可以根据介面深度及相关经验，确定灰岩及混凝土中传播速度，从而估算异常的大致深度，下面以在岗乌隧道钻探结果为例，分析异常特征和岩溶分布。
图3为岗乌隧道第一类物探异常与钻探验证结果对比图，异常里程段为左右线：D1K876+351～D1K876+379，图中左侧为地震映像剖面图，右侧为异常边部D1K876+364验证孔岩心照片。异常段地震波能量增强、频率降低、旅行时增长，呈现“V”字型特征，边部同相轴明显的错断。异常边部D1K876+364验证孔揭示：0～1.8m为人工填混凝土，1.8～14.3m为充填溶洞，14.3m～30.5m以下为弱风化灰岩。
5 结束语
（1）高密度地震映像和钻探相结合的勘探方法对长昆铁路隧道基底解释了多处岩溶和破碎带，说明隧道基底岩溶进行物探勘探，高密度地震映像法是一种快速有效的方法。
（2）不同的岩溶分布特征对应不同的物探异常特征，通过分析地震波组异常可以大致判断岩溶或破碎带的分布范围与规模。
（3）探测过程受抑拱结构形式、现场的采集条件及地面积水等因素影响，因此在出现异常时，应布设旁测线予以佐证。
参考文献
[1]冯彦谦，许广春.物探技术在隧底岩溶勘察中的应用研究[J].铁道标准设计，2014，（s1）：168-170.
[2]李光旭，顾汉明，詹凤林，等.地质雷达结合地震映像法在铁路隧道底部隐伏岩溶探测中的应用[J].工程地球物理学报，2009，（6）：783-786.
（作者单位：四川省蜀通岩土工程公司）
关键词：地震映像；隧道基底；灰岩；岩溶发育
1 前言
岩溶是隧道建设中遇到的常见地质现象，但岩溶发育的复杂性造成对岩溶的发育状况难以准确判定（1），在岩溶发育山区进行隧道施工，隧道贯通后，在隧道底部仍可能存在未被探测到的岩溶分布，存在严重的安全隐患，因此对隧道基底进行探测，勘察清楚岩溶的规模、边界，保证岩溶隧道基底质量，消除安全隐患，十分有必要性。隧基岩溶的探测方法主要有探地雷达法和地震映像法，但探地雷达法探测深度有限，通常在10m范围内（2），本文主要采用高密度地震映像法与钻探法相结合的方式，对长昆铁路出现的不同物探异常进行分类，为有针对性的岩溶整治提供依据。
2 工程概况
长昆铁路贵州段沿线地层出露较为完全，自前震旦系至第四系地層皆有分布。岩性以灰岩、白云岩类可溶岩为主，相间分布板岩、泥岩、砂岩、页岩及煤系地层，局部地段有玄武岩分布。区域范围内地质构造复杂，构造线密集，断层发育，可溶岩段具构造剥蚀～溶蚀槽谷地貌特点，槽谷的发育多与断层、大型节理等构造走向线一致，呈线状分布，谷底有呈串珠状分布的溶蚀洼地、落水洞、漏斗等岩溶地貌景观。影响铁路工程的溶洞、落水洞、溶蚀洼地、隐伏溶洞、暗河等岩溶形态众多，主要发育于二叠系、三叠系和石炭系的石灰岩和白云岩中，泥盆系、寒武系和震旦系中，亦有岩溶分布。
岩溶对铁路工程的影响和危害包括3个方面：一是隐伏岩溶洞穴对建筑物基础稳定性的影响；二是岩溶涌水对地下工程造成危害，或因排泄不畅，形成地面积水、冒水对路基和其他地面工程造成危害；三是岩溶地面塌陷，它是岩溶地区路基地段普遍而又具灾难性的威胁。
3 隧道岩溶的探测方法
本次岩溶探测工作总体采用物探探测加钻探验证的综合勘探模式，对隧道岩溶弱～中等发育和强烈发育段只选用地震映像法进行物探，当岩溶弱至中等发育且为不宜塌陷区的本次不做探测。对物探发现的较大异常采用钻探法进行验证核实。
3.1 高密度地震映像法
地震映像法又称高密度地震勘探和地震多波勘探，是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种地球物理勘探方法，以相同的偏移距逐步移动测点接收地震信号，对地下地层或目标体进行连续扫描，探测地下介质变化的工程地震方法。
数据采集过程中，震源点与检波点相对位置保持不变，震源点与检波点中点即为测点，震源点、检波点均按照一定间隔（点距）同步向前移动，以获得共偏移距地震映像时间剖面，图1为地震映像法数据采集装置示意图。根据共偏移距地震映像时间剖面的地震波运动学、动力学（振幅、频率、相位等）特征分析地下界面的起伏变化、局部异常体的位置、大致深度及性质。
地震映像法数据采集速度快，避免了动、静校正对地震波的拉伸、畸变影响，保留了多种地震波信息及全部动力学特征；特别是在探测目标体相对单一、以横向地质变化为主的情况下，地震映像法探测效果好，具有快速高效、成果直观，可利用多种地震波及其运动学、动力学特征实现异常体较准确的定位及性质判别的优点。本次地震映像法工作点距1m，偏移距4m，接收道数为3道，道间距为6m，采集参数为：采样间隔0.05ms、采样长度100ms，叠加次数1～3次；激发震源为7.5kg力棒+尼龙头。
3.2 解释原则
在仰拱下部基岩完整时，地震波组表现为能量均一、同相轴连续、未有明显的强反射波形，如图2.2。当仰拱下存在岩溶发育或岩溶破碎段落时，地震波组表现为低频、同相轴错断、能量大、延续周期长等特征。鉴于物探异常的多解性及地质条件的复杂性，为确定物探异常解释原则，针对不同类型的物探异常开展了试验性的钻探验证工作。
根据理论模拟和现场数据采集情况，大致可将地震映像物探异常划分为3类：
第一类异常：异常段相较于背景区地震波能量增强、频率降低、旅行时增长，沿横向连续出现的低频、强能量的两组或多组同相轴均出现规律性下凹，呈现“V”字型特征，特别是隧道基底地震映像剖面首根沿横向连续出现的低频、强能量同相轴出现明显的下凹，异常边部表现为同相轴明显的弯折或错断，异常中心表现为明显的频率降低、振幅增强、波组间隔明显增大。
第二类异常：异常段相较于背景区地震波能量增强、频率降低、旅行时增长，沿横向连续出现的低频、强能量的两组或多组同相轴出现平缓的下凹，主要呈现弧形、“U”字型特征，异常边部主要表现为同相轴局部不连续或错断，异常内部地震波能量、频率变化不大、波组间隔自异常边部至异常中心逐渐增大。
第三类异常：沿横向连续出现的低频、强能量的同相轴出现明显中断、错位、波组增多及波组间隔突变，相较于第一、第二类异常未出现明显的同相轴下凹及频率的明显降低，主要表现为同相轴沿横向不连续。
4 钻探验证
通过高密度地震映像无法获得地震波速度，而根据现场钻探的地质分层，我们可以根据介面深度及相关经验，确定灰岩及混凝土中传播速度，从而估算异常的大致深度，下面以在岗乌隧道钻探结果为例，分析异常特征和岩溶分布。
图3为岗乌隧道第一类物探异常与钻探验证结果对比图，异常里程段为左右线：D1K876+351～D1K876+379，图中左侧为地震映像剖面图，右侧为异常边部D1K876+364验证孔岩心照片。异常段地震波能量增强、频率降低、旅行时增长，呈现“V”字型特征，边部同相轴明显的错断。异常边部D1K876+364验证孔揭示：0～1.8m为人工填混凝土，1.8～14.3m为充填溶洞，14.3m～30.5m以下为弱风化灰岩。
5 结束语
（1）高密度地震映像和钻探相结合的勘探方法对长昆铁路隧道基底解释了多处岩溶和破碎带，说明隧道基底岩溶进行物探勘探，高密度地震映像法是一种快速有效的方法。
（2）不同的岩溶分布特征对应不同的物探异常特征，通过分析地震波组异常可以大致判断岩溶或破碎带的分布范围与规模。
（3）探测过程受抑拱结构形式、现场的采集条件及地面积水等因素影响，因此在出现异常时，应布设旁测线予以佐证。
参考文献
[1]冯彦谦，许广春.物探技术在隧底岩溶勘察中的应用研究[J].铁道标准设计，2014，（s1）：168-170.
[2]李光旭，顾汉明，詹凤林，等.地质雷达结合地震映像法在铁路隧道底部隐伏岩溶探测中的应用[J].工程地球物理学报，2009，（6）：783-786.
（作者单位：四川省蜀通岩土工程公司）