【摘要】：巖溶是一種典型的危害工程建設(shè)的不良地質(zhì)現(xiàn)象。巖溶區(qū)發(fā)生地面塌陷呈現(xiàn)強(qiáng)突發(fā)性、大破壞性等特征,給居民生活、工程建設(shè)以及周邊環(huán)境帶來(lái)潛在威脅,巖溶災(zāi)害問題已是許多城市建設(shè)中亟需解決的問題。武漢建成區(qū)分布著幾條近東西向的灰?guī)r條帶,而該地區(qū)軌道交通建設(shè)規(guī)模在不斷加大且會(huì)穿越這些灰?guī)r條帶,這嚴(yán)重影響地鐵施工及運(yùn)營(yíng)安全。因此,查明巖溶分布規(guī)律對(duì)巖溶災(zāi)害預(yù)測(cè)以及治理有重大意義。地球物理探測(cè)法為巖溶探測(cè)提供有效的方法,其中,SPAC法(Spatial autocorrelation method,以下簡(jiǎn)稱SPAC法)作為一種物探新技術(shù),可以應(yīng)用于城市地下巖溶結(jié)構(gòu)探測(cè)。本文利用SPAC法探測(cè)武漢地鐵8號(hào)線洪山區(qū)政府站~省農(nóng)科院站區(qū)間巖溶分布情況,并根據(jù)鉆孔結(jié)果,與電磁波CT法探測(cè)巖溶結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。主要研究成果如下:(1)查閱測(cè)區(qū)工程地質(zhì)背景資料,對(duì)武漢巖溶地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行整理,并分析場(chǎng)地地層基本情況。(2)介紹了微動(dòng)探測(cè)的理論基礎(chǔ),SPAC法原理,野外數(shù)據(jù)采集時(shí)的注意事項(xiàng),以排除干擾保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。微動(dòng)臺(tái)陣受建成區(qū)場(chǎng)地情況影響,選取微動(dòng)單點(diǎn)測(cè)深以及微動(dòng)二維剖面探測(cè)的方式。運(yùn)用SPAC法從微動(dòng)信號(hào)中提取瑞雷波頻散曲線后,利用鄰域算法反演地下S波速度結(jié)構(gòu)。(3)根據(jù)鉆孔結(jié)果,將SPAC法與電磁波CT法探測(cè)城市地下巖溶結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析,總結(jié)兩種方法在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工作中的優(yōu)缺點(diǎn),證實(shí)兩種方法的可靠性和準(zhǔn)確性。SPAC法探測(cè)結(jié)果表明,場(chǎng)地地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)可以分為四層,第一層,微動(dòng)探測(cè)該地層底界約為3m,速度為159m/s;第二層,微動(dòng)探測(cè)該地層底界為15m,速度為249m/s;第三層,微動(dòng)探測(cè)該地層底界為20m,速度范圍為497m/s;余下為第四層,微動(dòng)探測(cè)速度范圍為1108~1379m/s。電磁波CT法探測(cè)結(jié)果為基巖與覆蓋面界線埋深約25m,較完整基巖頂板界線埋深約為33.5m,而編號(hào)為4052處推測(cè)為溶洞,實(shí)際上是硅質(zhì)巖導(dǎo)致巖性變化,對(duì)探測(cè)產(chǎn)生一定干擾。SPAC法根據(jù)巖土性質(zhì)差異,橫波速度不同,能較好分辨土和巖層的界面,包括土層之間的界面地層界面;電磁波CT法根據(jù)視吸收系數(shù)高低來(lái)辨別地層,能較好分辨土和巖層界面,以及較完整和風(fēng)化巖的界面,同時(shí)其探測(cè)效果受巖性影響較大。SPAC法觀測(cè)點(diǎn)下伏基巖發(fā)現(xiàn)有低速區(qū)現(xiàn)象,解釋為溶洞,共有一個(gè)溶洞。該溶洞頂板埋深為30m,對(duì)應(yīng)的垂高為10m。電磁波CT法探測(cè)顯示鉆孔YRK4107處有兩個(gè)溶洞,埋深為29m、46m,對(duì)應(yīng)的垂高分別為3.6m、4.1m。兩種方法都能探測(cè)出巖溶位置,溶洞大小范圍有區(qū)別。SPAC法主要從定性方面來(lái)測(cè)出低速區(qū)即溶洞情況,還能探測(cè)破碎帶或者充填情況的溶洞等,同時(shí)能不依賴鉆孔或測(cè)井進(jìn)行觀測(cè);電磁波CT法能較為準(zhǔn)確探測(cè)溶位置和規(guī)模,以及在探測(cè)巖溶條帶更準(zhǔn)確一些,另外觀測(cè)時(shí)依賴鉆孔或測(cè)井。(4)獲得單點(diǎn)測(cè)深的S波速度結(jié)構(gòu),以及獲得整個(gè)觀測(cè)二維剖面的速度變化圖,并確定每個(gè)界面的深度以及低速層位置來(lái)尋找低速區(qū),即溶洞位置、規(guī)模等。微動(dòng)二維剖面探測(cè)巖溶,獲得結(jié)論如下:1)測(cè)區(qū)內(nèi)溶洞段波速500m/s以下,巖溶發(fā)育段600~1050m/s,巖溶不發(fā)育段1050~1379m/s;將灰?guī)r區(qū)S波速度500m/s以下作為判斷溶洞或溶穴的依據(jù)。2)該測(cè)線覆蓋層在8~25m,上面地層為第四系覆蓋層,主要由素填土、雜填土、粉質(zhì)黏土以及紅黏土組成,波速異常變化較大,土層性質(zhì)不均勻。下伏層為基巖,即灰?guī)r。3)在測(cè)線第一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)處,有波速異常區(qū),推測(cè)為溶洞,溶洞頂板埋深為28m,垂高約為5m。第三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)處,有波速異常區(qū),推測(cè)為溶洞,溶洞頂板埋深為33m,垂高約為8m。另在第四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)處,揭露低速區(qū),推測(cè)為溶洞,溶洞頂板埋深為44m,垂高約為2m。4)整條剖面埋深50m以下,巖溶不發(fā)育。5)二維微動(dòng)剖面S波速度在橫向上不連續(xù),發(fā)育形式主要為巖溶管道類型。
【圖文】：

- 9 -圖 2.1 武漢碳酸鹽巖分布情況以及觀測(cè)場(chǎng)地位置表 2.1 武漢地區(qū)石灰?guī)r條帶分布與地鐵線路關(guān)系石灰?guī)r條帶編號(hào)石灰?guī)r條帶名稱石灰?guī)r條帶發(fā)育規(guī)模石灰?guī)r條帶與地鐵線路關(guān)系L1 天興洲條帶 東西長(zhǎng)約 38km 3 號(hào)線三金潭L2 大橋條帶 東西長(zhǎng) 40km 4/6 號(hào)線鐘家村，，2/4 號(hào)線洪山廣場(chǎng)，3 號(hào)線王家灣L3 白沙洲條帶 東西長(zhǎng)約 60km 6 號(hào)線紅建路，3 號(hào)線升官渡，2號(hào)線卓刀泉，2 號(hào)線南延線及 11 號(hào)線東段L4 沌口江夏條帶 長(zhǎng)約 57km 6 號(hào)線及 2 號(hào)線南延線L5 軍山條帶 長(zhǎng)約 35km --L6 漢南條帶 長(zhǎng)約 34km --

中國(guó)地震局地震研究所碩士學(xué)位論文CMG-40T（即三分量地震儀），CMG-DM24（即 24 位數(shù)據(jù)采集器）和 CMG-EAM（即通信單元）組成。該儀器的頻段范圍為 1-100Hz，確保每臺(tái)儀器在臺(tái)陣觀測(cè)中 GPS 同步記錄。選取的采樣率為 100Hz，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)有效觀測(cè)時(shí)間超過 30 分鐘。依據(jù)不同的探測(cè)目的，選取的儀器頻帶范圍以及儀器數(shù)量不一樣。所做實(shí)驗(yàn)觀測(cè)儀器編號(hào)為 L4201、L4202、L4203、L4205、L4206、L4216 以及 L4217。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局地震研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P642.25;P631

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本文編號(hào)：2600199