本发明专利技术公开了一种地下溶洞地震跨孔CT探测及层析成像装置，包括一串检波器、激振设备、激发控制系统、第一电缆、第二电缆、第三电缆、第四电缆、地震仪和计算机，在地表设有垂直的第一钻孔和第二钻孔，所述多个检波器置于所述第一钻孔中，所述检波器通过第一电缆连接地震仪，所述激振设备置于所述第二钻孔中，该激振设备可上下自由移动，并通过第四电缆连接激发控制系统，所述激发控制系统通过第二电缆连接地震仪，所述地震仪通过第四电缆连接计算机。本发明专利技术还公开了一种地下溶洞地震跨孔CT探测及层析成像方法。本发明专利技术能够对地下溶洞进行快速有效的探测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下小型溶洞的探测领域，特别涉及一种地下溶洞地震跨孔CT探测及层析成像装置及方法。
技术介绍
岩溶是在工民建、公路、铁路环境等多方面的工程地质勘查中，常常会遇到的情况。由于溶蚀作用使可溶岩表面石芽、溶沟丛生，参差不齐；地下溶洞又破坏了岩体完整性。岩溶水动力条件的变化，使其上部覆盖土层产生开裂、沉陷。地下岩溶常常以溶洞、地下廊道、地下暗河的形式表现出来，这些都不同程度地影响着建筑物地基的稳定性。传统的钻孔资料难以对岩溶的发育规模、分布情况等作出合理准确的评价，这就使得一些岩溶区工程地质问题(渗漏、突水、地面塌陷等)的发生几率大为增加，而一味的增 加钻孔密度和钻进深度则必然大大增加勘察工作量。近几年随着地球物理勘探(简称物探)技术逐步应用到工程勘察中来，这一难题已得到了较好的解决，常用的岩溶物探方法有 (I)地质雷达探测法 探地雷达利用超高频短脉冲电磁波在地下介质中传播特征，分析地下或结构物内部不可见的目标体或分界面，进行定位或判别。由于探地雷达是一种非破坏性探测技术，可以安全地用于城市和正在建设中的工程现场，工作工程区条件宽松，适应性强；同时探地雷达的脉冲时域输出功率大，抗电磁干扰能力强，可在城市内各种噪声环境下工作，环境干扰影响小；具有工程上较满意的探测深度和分辨率，现场直接提供实时剖面记录图，图像清晰直观。探地雷达探测地下目标体(如溶洞等)的原理是通过特定设备向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波。高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地层或岩溶(目标体)反射后返回地面，由接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其传播路径、电磁场强度与波形将随通过介质的电性特征与几何形态而变化。因此，通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下分界面或岩溶一地质体的空间位置及结构。电磁波在介质中传播时，当遇到存在电性差异的地下目标体，如溶洞、分界面等时，电磁波便发生反射，返回到地面时由接收天线所接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。地质雷达采用高频电磁波作为信息载体，电磁波能量在地下衰减较强烈，在厚覆盖条件下，探测范围(主要指深度上)将受到限制。(2)高密度电法勘探 高密度电法是一种有效工程物探方法。该方法是从常规电阻率法发展而来，其工作原理也与常规电阻率法大体相同。它是以岩土体的电性差异为基础。根据其施加电场作用下地下岩土体中传导电流的分布规律，推断地下不同电阻率的地质体的分布情况。高密度电法实际上就是测定地下各种岩土体的电阻率。由于所测定电阻率值是在地下存在多种岩土体的情况下测得的，所以不是某一种岩石的真电阻率，它除受各种岩石电阻率的综合影响夕卜，还与岩、矿石的分布状态(包括一些构造因素)、电极排列等具体情况有关，所以称它为视电阻率。决定视电阻率大小的因素有①各岩层地质体的真电阻率；②地下不同电性体实际分布状况(各电性体的厚度、大小和形状、埋藏的深浅)；③供电电极和测量电极的相互位置以及与不均匀电性层的相对位置。对现场采集的数据先用反演软件进行了反演，但是反演误差较大，如果用反演图像来判断地质体的赋存情况，结果可靠度较低。在城市市区进行探测时，有时电极只能布置在浙青或混凝土路面上，由于浙青或混泥土路面的导电率是非常低的，直接影响了电流的激发和传播，因此在这种情况下得到的测量数据用来反演的话，效果将很不理想。(3)井地地震探测法 井地地震探测技术是采用地面激发，井内布设检波器，采用地震仪接受探测信号的方式，地面测线和任意布置，且可布置较密集的激发点，震源除了考虑满足激发高频地震波之夕卜，地面震源的选用要简单易行，激发效率要高。常用的激发方法有浅井(小于lm)、瞬发雷管、浅井小药量炸药、重锤激发等方式。另外还要考虑现场情况对勘测的干扰，实测时应避开。它利用地震波穿过地质体后走时及能量的改变等物理信息，在计算机上重建地质体内部图像，从而得到所研究地质体的岩性、洞室及构造分布。该方法图像直观、分辨率高、信息量大、可靠性好，可以清楚地反映所研究区域的覆盖层分区、岩性分布与构造特点，用来研究第四系覆盖层的分布、厚度以及基底埋深、风化分层、厚度及基底节理、断裂等构造，可以用于浅部隐伏矿体勘查、地质灾害预报、工程场地评价等方面。同时，该方法实施简单，操作方便，效果明显。井地地震探测法虽然易于操作，精度较高，但也同样存在探测深度范围受限制、且受地面干扰较严重的问题，特别是在市区马路边施工时，行驶汽车振动的影响不可忽视。从目前研究成果来看，溶洞探测技术存在检测方法不完善、费用高、市区施工受干扰严重、准确性差及探测的范围受限制的特点。特别是探测深度上，随着城市地下工程深度的发展(城市地铁、地下商场等)，常用的几种探测方法将逐渐失去优势。
技术实现思路
专利技术目的针对上述现有技术存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种地下溶洞地震跨孔CT探测及层析成像装置及方法，能够对地下溶洞进行快速有效的探测。技术方案为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的第一种技术方案为一种地下溶洞地震跨孔CT探测及层析成像装置，包括一串检波器、激振设备、激发控制系统、第一电缆、第二电缆、第三电缆、第四电缆、地震仪和计算机，在地表设有垂直的第一钻孔和第二钻孔，所述多个检波器置于所述第一钻孔中，所述检波器通过第一电缆连接地震仪，所述激振设备置于所述第二钻孔中，该激振设备可上下自由移动，并通过第四电缆连接激发控制系统，所述激发控制系统通过第二电缆连接地震仪，所述地震仪通过第四电缆连接计算机。优选的，所述检波器的数量为12个，主频为IOOHz。所述第一钻孔和第二钻孔的水平间距可大于50米。优选的，所述激振设备和检波器均位于地下水位以下，保证地震波的接收质量。优选的，所述激发控制系统内置触发开关，所述触发开关通过第二电缆连接地震仪，所述激发控制系统激震的同时触发开关的电信号通过第二电缆传至地震仪，所述地震仪通过第一电缆拾取并记录检波器采集到的直达波信号，地震仪将记录的直达波信号通过第四电缆传输到计算机上，所述计算机根据该直达波信号，拾取初至波走时并进行波速CT层析成像。优选的，相邻所述检波器的间距为0. 5至I米。 优选的，所述地震仪为浅层地震仪，所述计算机为便携式计算机，所述激振设备为电火花震源，所述检波器为三分量检波器。本专利技术提供的另一种技术方案为一种地下溶洞地震跨孔CT探测及层析成像方法，包括如下步骤 步骤I :在拟探测区域钻孔，得到第一钻孔和第二钻孔； 步骤2 :将一串检波器置于第一钻孔内，检波器通过第一电缆与地震仪连接； 步骤3 :将激振设备放入第二钻孔内，所述激振设备可上下自由移动，并通过第四电缆与激发控制系统连接； 步骤4:所述激发控制系统内置触发开关，所述触发开关通过第二电缆连接地震仪，所述激发控制系统激震的同时触发开关的电信号通过第二电缆传至地震仪，所述地震仪通过第一电缆拾取并记录检波器采集到的直达波信号，地震仪将记录的直达波信号通过第四电缆传输到计算机上； 步骤5 :所述计算机根据采集到的直达波信号拾取初至波走时，对探测区域进行单元划分，计本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种地下溶洞地震跨孔CT探测及层析成像装置，包括一串检波器、激振设备、激发控制系统（16）、第一电缆（17）、第二电缆（18）、第三电缆（20）、第四电缆（23）、地震仪（19）和计算机（21），在地表设有垂直的第一钻孔（13）和第二钻孔（14），所述多个检波器置于所述第一钻孔（13）中，所述检波器通过第一电缆（17）连接地震仪（19），所述激振设备置于所述第二钻孔（14）中，该激振设备可上下自由移动，并通过第四电缆（23）连接激发控制系统（16），所述激发控制系统（16）通过第二电缆（18）连接地震仪（19），所述地震仪（19）通过第四电缆（23）连接计算机（21）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许宝田，阎长虹，徐杨，段成龙，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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