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1、 基岩溶蚀发育至一定程度时，在地下水动力条件等因地层是一种高损耗电磁波能量的非均一介质。非均一 素的作用下容易引起地面坍塌。所以，基岩地区的地质勘性介面导致界面两侧不同物理特性的介质组合便构成了各 探不但要查清基岩的起伏，而且要查明溶蚀带、溶洞等不种各样的界面，地下界面的特性直接影响着电磁波的反 良地质现象。射。反射信号的强度主要取决于相邻介质的电性差，反射 1 溶洞存在的地质前提及其物理现象信号随电性差的增大而增强。基岩溶洞的其充填物一般为 溶洞位于基岩面以下，是石灰岩（主要是CaCO ）地区空气、水和泥等。空气或水的介电常数与基岩差异很大。 3 基岩溶洞围岩以灰岩为主，与空气或水之间的电性
2、差异很 地下水溶蚀的产物。溶洞的形成过程是CaCO 和H O与CO 发生 322 大，电磁波在界面上会出现强反射，导致雷达剖面图像变 化学反应时生成可溶于水的Ca(HCO ) 。 32 化较大，可确定溶洞的位置、大小等。雷达波在岩土中传 溶洞发育地区地层一般分布有：人工回填土层； 播时,由于土体的地下水和地球物理特征的差异性，导致地 风化残积层，由灰岩风化残积而成； 基岩为灰岩，可能 质雷达波的波形、波幅和包络线形态都有较大的差别，形 有断层、裂隙发育，溶沟溶槽等现象较严重。 成不同的地层具有不同的雷达剖面图像。 溶洞地区按赋存介质把地下水分为三种类型：赋存 在用地质雷达法探测溶洞前，熟知其与
3、基岩是否有足 于风化残积层的孔隙水，渗透性较强，水量较丰富；赋 够的介电常数差异,然后选定使用的雷达天线及制定探测方 存于裂隙及暗河中的裂隙水，连通性较好，水量丰富； 案。 赋存于断裂带中的构造层水，连通性好，水量缺乏。 3 高密度电法 岩溶发育普遍表现为：自下而上，由弱变强；基岩 高密度电法是一种电法勘探新技术，它的理论基础是 面广泛发育着溶沟、溶槽等溶蚀现象，浅部基岩岩溶发育 电阻率法原理，并运用自动控制技术和大规模集成电路。 好，深部为老的溶洞，老的溶洞连通而成地下暗河。浅 高密度电法系统主要由电法仪、多极可连接电缆、电源、 部溶洞充填物较多，深部充填物较少，充填物主要是地下 数据处理计
4、算机构成。 水，地下水活动频繁地带溶洞较发育；裂隙、构造断层 高密度电法集电剖面法和电测深法，采用高密度布点 较发育。 测量二维溶洞断面，可以获得很多关于溶洞断面的信息， 2 地质雷达法 而且观测精度高、速度快，同时减少了误差及手工误操 地质雷达法是利用高频脉冲电磁波勘查地下介质分布 作。工作原理是：电极布设是一次性完成，要求设置高密 的一种基岩溶洞探测技术。工作原理是:探测基岩溶洞 度的观测点。数据采集系统包括多路电极转换器和电极 时,通过发射天线向地层定向发射高频脉冲电磁波，电磁波 系，数据采集实现自动化。多路电极转换器通过多极电缆 在传播中遇到不同介质的目标体即发生透射、反射，反射 处理
5、各电极间的测量状态与供电状态；主机通过电缆发出 波信号由接收天线接收后，传给接收机,在接收机经过滤 指令（供电、接收、存贮数据等）控制多路电极转换器。 波、整形和放大等处理后,经电缆传输到雷达主机，可判断 主机会自动存储数据，实现了资料的脱机处理和实时处 基岩溶洞的深度、大小和位置。在探测过程中，天线沿测 理，计算机然后将数据转成操作软件要求的数据格式，再 线移动,脉冲信号不断地被发射和接收,经转换后得到的数 通过处理模块处理实现二维反演图像。溶洞内介质间的导 字信号编码排列及处理,然后绘出溶洞剖面图像。图像异常 电性差异是高密度电法勘探的前提条件，通过两点电极向 特征有二种：雷达反射很强，部
6、分为弧形，向下反射波 地下供电，然后测量另外两点间的极电位差，求得记录点 的能量逐渐减小，推理是岩溶发育区，部分弧形反射为溶 的视电阻率。根据实测的视电阻率剖面进行计算、分析， 洞；反射波同相轴断续，反射强度变化大，反射波能量 可以解决相应的一些物探工程课题。对称四极、偶极偶 向下逐渐减小，推理是溶蚀裂隙发育区，也可能有较大溶 极、单极偶极、单极单极是四种基本的排列，其他的排列 洞。 浅谈基岩溶洞的探测方法原理与分析 魏 来 徐洋洋 上官士青 （中国矿业大学，江苏 徐州 221008） 摘 要：溶蚀现象是灰岩地区基岩中较为普遍的特点，产生溶洞等不良地质现象，严重地影响基础工程质量。对于高标 准
7、工程建设，仅用钻探成本高且难以达到理想效果。本文阐述了利用高密度电法及其他物探手段（如地质雷达法）对基 岩溶洞进行探测，根据密实度和电阻率等相关参数，准确确定溶洞的空间赋存状态及质量评析。 关键词：高密度电法；电阻率；基岩；溶洞；地质雷达 收稿日期：2008-12-14 修回日期：2009-01-12 作者简介：魏来（1986-），男，江苏睢宁籍，本科。 31 开 发 应 用 (下转第25页) Edited by Foxit Reader Copyright(C) by Foxit Software Company,2005-2008 For Evaluation Only. 显著差异。下面以
8、本文数据为例，结合TDIST函数和最小显著，除此，其他品种间无显著差异。根据这样的判断可以 著差数法进行多重比较。得出这样的结论，V4为镉低吸收的植株品种。 5 结论 从上面的介绍可以了解有关数据的统计知识，包括可 疑值的舍弃准则以及准则的应用、显著性检验的类别和F检 验在Excel中的操作、Excel中TDIST函数的应用、LSD的多 重比较方法，根据本文的例子以及其中Excel的应用，我们 可以很方便的解决实验中的数据统计问题，简化不同水平 下平均数间的多重比较这样复杂的数据处理，从而获得更 多的科研试验信息。 图3 TDIST函数与LSD 参考文献： C34为品种V6与V4进行的显著差异
9、比较。1 于永涛,刘 成,吕 玲等.玉米品种耐旱性评价及相关鉴定指 标的研究J.作物杂志,2008,(4):5558. 对应的函数f “=TDIST(C33-B34)/SQRT(2*E25/3),D25,2)” x 2 匡少平,徐 仲.农村土壤环境激素污染与防治J.环境工 中：C33-B34为两个平均数差值的绝对值| |。 程,2002,20(S):245247. SQRT(2*E25/3)为均数差异标准误差 ,其中的3为重复 3 郑世英,王丽燕,商学芳等.铅胁迫对玉米种子萌发及叶片渗透 次数；E25为F检验中的组内误差均方在EXCEL表格中的位置； 调节物质含量的影响J.安徽农业科学,200
10、6,34(21):5471 D25为组内误差自由度df；2为概率返回的双尾选择，依此类 5472. 推 4 甲田善生.重金属毒性的顺序J.环境科学情报,1984,(1):68 C35： V6-V3； TDIST函 数 即 为 “ =TDIST(C33-73. 5 翁国华,何花榕.水稻稻谷对铅累积量的基因型究J.福建稻麦 B35)/SQRT(2*E25/3),D25,2)” 科技,2006,24(3):68. C36： V6-V1； TDIST函 数 即 为 “ =TDIST(C33- 6 潘如圭.三种经济作物对重金属吸收累积的研究J.环境科学 B36)/SQRT(2*E25/3),D25,2)
11、” 学报,1991,6(11):231235. D34： V5-V4； TDIST函 数 即 为 “ =TDIST(D34- 7 李丽锋,刘明国,李立新.多重比较在辽西山杏栽植密度研究中 B34)/SQRT(2*E25/3),D25,2)” 的应用J.农业调查规划,2006,12(6):1215. 从图3，可以看到TDIST函数返回的各个均数差值的两 8 黄德乾,王玉军,汪 鹏,周东美.三种不同类型土壤上水稻对 尾分布概率，与显著水平0.05和0.01比较，可知：V4与其 Cu、Pb和Cd单一及复合污染的响应J.农业环境科学学 他5个品种差异极显著，V3与V6差异极显著、与V5差异显报,200
12、8,27(1):4649. 都是从这四种排列演变来的。若AM=NB，则地质雷达法的缺陷。所以，在时间和工程投资都有限的情 Schlumberger 排列就变成排列；若AB=MN，则偶极偶极况下，高密度电法是一种最佳的勘探方法。 参考文献： 排列就变成排列。电极间距和电极排列长度影响着采集 1 葛如冰,黄伟义,张玉明.高密度电阻率法在灰岩地区的应用研 数据剖面的探测能力。电极间距越小，探测精度越高。假 究J.物探与化探,1999,23(1):2832. 设电极数固定不变，电极间距和排列长度都减小，那么， 2 董 浩 斌 ,王 传 雷 .高 密 度 电 法 的 发 展 与 应 用 J.地 学 前
13、探测深度也相应地减小。所以，探测基岩溶洞时，首先要 缘,2003,10(1):171176. 采集与溶洞相关的全面数据，测出溶洞的深度和大小，然 3 王兴泰,傅春久,程德福等.高密度电阻率法.电法勘探新进展 后设计较恰当的电极间距和电极排列长度，使溶洞体落在 M.北京:地质出版社,1996. 探测区域很有效的范围内。 4 李 富,刘树才,曹 军.高密度电阻率法在工程勘察中的应用 只要参数设置合理、结合钻探、物探资料，就能准确J.工程地球物理学报,2006,3(2):119124. 5 王兴泰.高密度电阻率法及其应用技术研究J.长春地质学院 查明基岩溶洞的位置、形状和规模大小。高密度电法是一 学
14、报,1991,(3):341344. 种快速而有效的电法勘探新方法，在基岩溶洞勘查中已经 6 刘康和,王清玉,庞学懋等.高密度电阻率法的试验J.勘察科 取得了很大的发展。 学技术,1992,(2):5456. 4 结束 7 李大心.探地雷达方法与应用M.北京:地质出版社,1994. 综上所述，地质雷达法具有快捷、分辨率高等特点， 8 陈绍求.电阻率测深探测红层中的地下水J.中南工业大学学 但由于它容易受地表管线、地面金属建筑物和地下水的影 报,1998,29(3):212215. 响，会出现干扰异常或者探测深度受到限制，所以，难以 9 赵玉良,李建华.地质雷达探测溶洞等地质体机理研究及实例分 发挥地质雷达法的有效性。然而，利用高密度电阻率法勘析.隧道建设. 探，具有分辨率高，灵活轻便，精度高等特点，可以弥补 25 开 发 应 用 (上接第31页)
