摘要：孤石是花崗巖不均勻風化所殘留的風化核，具有空間分布不規律、埋藏深度不定、粒徑不均等主要特征，給地鐵盾構施工帶來重大安全風險.在地鐵工程建設中,孤石精準探測一直都是城市地鐵盾構施工亟待解決的重要難題之一.本文針對以往單一物探方法探測孤石可靠性和精度相對較低，難以實現孤石體空間精準定位問題，提出一套孤石體精準定位物探方法組合探測技術，即以大深度探地雷達快速偵查孤石體的發育范圍、微動法確定垂向邊界、等值反磁通瞬變電磁法確定橫向邊界.福州地鐵F1線葫蘆山北側的孤石探測應用示范結果表明：優選物探方法組合充分利用了三種方法之間可實現相互補充、相互驗證的優勢，有效避免了單方法存在多解性和干擾引起的假異常；結合已知地質和鉆孔等資料校準了地層結構，實現了孤石體在三維空間的精準表達，對優化孤石探測技術、節約探測成本和實現無損、綠色勘查具有重要的意義.

　　關鍵詞：優選物探方法組合；孤石探測；大深度探地雷達；微動；等值反磁通瞬變電磁

　　1引言

　　我國南方沿海地區廣泛發育燕山期花崗巖，花崗巖構造裂隙發育，基巖易沿裂隙面風化，長期風化過程中，花崗巖中不易風化的殘留核（球狀風化核），俗稱孤石(鮑曉東,2004;劉宏岳等,2004).孤石發育的主要影響因素有花崗巖的礦物組成、結構、構造、巖體節理發育程度、溫度、地形、水文條件等等，導致其具有埋藏深度不定、粒徑不均、形態各異等隨機性特征，但在空間上也具有有以下分布規律：①孤石一般分布于花崗巖隆起區兩側的全-強風化帶中，越靠近花崗巖隆起中心位置，粒徑越大，數量越多.②隨著與花崗巖風化面的距離變小，孤石分布密度減小但體積增大，即有“上多下少，上小下大”的分布規律特性.③風化程度增強時，孤石體積減小，數量會增多，故全風化帶中一般存在體積較小的孤石，強風化帶中一般存在體積較大的孤石.

　　2方法技術

　　2.1單方法技術簡介

　　探地雷達工作原理示意圖如圖1所示，圖中T為發射天線，R為接收天線，x(m)為發射天線T與接收天線R的間距，h(m)為目標體的埋藏深度，r?為地下介質的相對介電常數.該方法利用發射天線T發射高頻率寬帶調幅脈沖電磁波，接收天線R接收來自地下介質界面的反射波，并根據天線R接收回波的雙程時間、幅度和波形等資料，對回波進行相應的數據分析和處理，再結合實際工程地質概況以及其他相關參數，可以推測地下界面或地質體的結構分布、空間位置.本次探測采用加拿大Sensor&Software公司大深度探地雷達(UltrapulseEKKOPRO)儀器.該儀器設備主要有以下三個特點：①發射電壓最高可達1000V，遠超同類產品；②單點采集時間不足1s,1s可達8192次疊加，時窗長度最高達1200ns;③在不改變采集效率的情況下單道疊加次數最多達到65536次.由于具有較低頻率的天線、高達1000V的發射電壓、極快的采集速度和極高的疊加次數有效保證了深層信號的信噪比。

　　2.2多方法組合技術體系

　　單一物探方法往往會由于其自身的多解性或外部干擾引起諸多假異常、無異常現象，并且單一物探方法探測孤石體的精度相抵較低，主要以定性識別大型孤石位置為主，無法定量推斷孤石大小和邊界.通過多種方法試驗優選了上述三種物探方法組合，該方法組合具有抗干擾能力強，場地條件受限程度低，工作效率高等諸多優勢.本文充分利用大深度探地雷達在面上快速偵查定位孤石發育范圍的優勢，微動在垂向分層方面的優勢，等值反磁通瞬變電磁在橫向分辨率高的優勢，實現孤石精準探測綜合物探方法組合的相互補充和相互驗證.

　　3研究區地質和物性特征

　　本次試驗區段為福州地鐵F1沿線機場-大鶴段，位于福州市長樂區大鶴村路段（如圖5所示）.該區段及周邊出露地層較簡單，主要發育晚侏羅世-晚白堊世地層及第四紀地層.根據該區段的野外鉆探、現場原位測試及室內土工實驗成果(陳建興,2019)得到該區地巖土地層主要分布為：上覆人工填土（Q4ml）、全新統第四系地層長樂組（海陸交互相層Q4mc，風積層Q4eol，海陸交互層Q4m）、上更新統東山組（Q3m）、更新統殘積層（Qel），下伏基巖為燕山晚期花崗巖（γ53）.其中，上覆人工填土主要包括雜填土、填砂和填石，揭露厚度0.2～5.4m；全新統第四系地層長樂組主要包括粉質黏土、粉細砂、淤泥質土、泥質粉細砂、含泥粉細砂，揭露厚度0.6～19.1m；上更新統東山組（Q3m）主要包括粉質黏土、含砂粉質黏土、泥質粉細砂、含泥粗中砂，揭露厚度0.5～15.7m；更新統殘積層（Qel）主要包括坡積粉質黏土和殘積砂質粘性土，揭露厚度0.2～19.71m；下伏基巖為燕山晚期花崗巖（γ53）,主要包括全風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖、碎塊狀強風化花崗巖、中風化花崗巖、中風化凝灰熔巖，揭露厚度0.1～25.99m.

　　4多方法數據采集與處理

　　研究區位于福州市長樂區葫蘆山北側的農田荒地(如圖6所示)，周邊電磁干擾相對較少，地表主要上覆填砂，中間第四系巖性地層依次為粉質黏土、粉細砂、(含泥)粉細砂、淤泥質土、殘積砂質黏性土等，下伏基巖依次為全風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖、碎塊狀強風化花崗巖、中風化花崗巖.本次工作主要目的是查明盾構區間內孤石發育位置，分布范圍，為保障地鐵盾構安全施工提供基礎資料.研究區隸屬于福州地鐵F1線機場-大鶴段鉆MJKZ3-25-163～MJKZ3-25-172盾構區間，雙向盾構中心線完成6條大深度探地雷達、微動、等值反磁通瞬變電磁測線，點距1m，線距3m，測線長度均為140m.

　　5地質-地球物理綜合解釋

　　下面以8線(圖6中左邊第三條線)二維剖面為例，結合圖4提出的多方法綜合解釋流程開展本文三種測量方法的地質-地球物理綜合解釋，綜合物探成果剖面如下圖7所示.從圖中可以看出：微動視橫波速度剖面(圖7(a))整體垂向上呈現由淺到深速度不斷增加特征，存在明顯界面信息,橫向高速體頂面變化平緩，反映深部基巖面展布特征；視電阻率剖面(圖7(b))整體表現為中高阻-低阻-高阻3層結構；大深度探地雷達剖面(圖7(c))顯示電磁干擾相對較弱，同相軸連續性較好，對淺表強風化花崗巖頂面反映較好，但對地下深部信號響應較弱.結合鉆孔巖性資料，從橫波速度剖面(圖7(a))劃分三個巖性層位，分別為粉細砂層、全-強風化花崗巖層、中風化花崗巖層.其中，粉細砂層底面海拔5～-10m，平均厚度10～20m，呈褐黃色，中密～密實為主，飽和，以粉細砂為主，局部夾有中粗砂，以視橫波速度<400m/s劃分，在剖面上顯示厚度逐漸增加；全-強風化花崗巖層底面海拔-10～-20m，平均厚度8～15m，呈灰黃色，含大量中粗粒石英顆粒、云母及長石，長石大部分風化成粘土礦物，巖石風化劇烈，以橫波速度400～550m/s劃分，在剖面橫向維度上厚度分布變化明顯，70～90m區段存在全-強風化花崗巖層凹陷；中風化花崗巖層上頂面海拔-10～-20m，呈灰白色、灰色等，粗粒花崗結構，塊狀構造，裂隙發育，以橫波速度>600m/s劃分，層厚分布不均勻.在剖面橫向維度120～125m段有一次級斷裂發育，與已知鉆孔剖面顯示基巖面迅速下降相吻合。

　　結論

　　1)本文提出了一套面向孤石探測的優選物探組合方法技術體系和工作流程，充分利用三種方法的異常互補和相互驗證的優勢，有效避免了干擾引起的假異常，明顯提升了孤石體的探測精度，實現了孤石體在三維空間的定量表達.

　　2)當某一水平位置正下方存在多層孤石，且孤石體在垂向上的間隔較小時，使得物探異常在垂向上難以區分多層孤石體，僅顯示為一個整體異常，或由于孤石體積太小，很難引起明顯的物探異常響應，故優選物探方法組合技術在垂向分辨率方面仍有待進一步提高.

　　3)在地質-地球物理綜合解釋中，需要充分結合已知鉆孔、地質資料用于標定地層巖性界面，進一步提升全-強風化層孤石體的探測精度.

　　References附中文參考文獻

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　　趙東東1,張寶松1*，宗全兵2，范福來3，高偉4，李路4，許佳佳5