地震波在旅行過程中攜帶了大量的地層結(jié)構(gòu)的信息，通過波動(dòng)時(shí)間、波動(dòng)能量振幅和頻率等特性表現(xiàn)出來，以下是在隧隧基底巖溶探測中所發(fā)現(xiàn)的巖溶異常，從以上三個(gè)方面的波動(dòng)特征上進(jìn)行分類歸納整理，并結(jié)合宜萬鐵路具體隧道的實(shí)例詳細(xì)介紹如下。

一、異常的形態(tài)特征

(一)隧道基底大型空腔異常形態(tài)特征(錘擊震源)

圖5-19為長鷹壩隧道DK238+783～+822中線單點(diǎn)反射地震記錄，該段施工開挖揭示在DK238+795～+810隧道基底下方6～10m以下發(fā)育的大型巖溶空腔，洞高7m左右，扁平碟狀，從地震記錄圖來看，地震波波形特征反映與溶洞的幾何形狀極其相似，呈長波長扁平狀，與其兩側(cè)相對(duì)高頻擾動(dòng)波形差異明顯。施工后期，在隧道基底鋪底完成，該溶腔進(jìn)行了填筑處理后，為了進(jìn)一步研究了解該大型溶腔在處理后的單點(diǎn)反射中的異常形態(tài)特征，再一次進(jìn)場進(jìn)行了綜合實(shí)地探測，如圖5-20所示，采集記錄偏移距均為3m，處理地段在超磁震源的地震記錄[圖5-20(a)]中仍還有較大的異常存在，表現(xiàn)在波形形態(tài)上繞射波成分豐富;而在錘擊震源[圖5-20(b)]中表現(xiàn)僅限于局部幾個(gè)記錄道上低頻特征的反映，不是太明顯。這既說明了處理溶洞中填筑層與溶洞頂板完整基巖仍有較大的物性差異，同時(shí)，從對(duì)比圖可看出超磁震源記錄中所攜帶的地震地質(zhì)信息遠(yuǎn)比錘擊震源記錄的豐富得多，這再次表明了各種環(huán)境下超磁震源都具有錘擊震源無可比擬的優(yōu)越性。

圖5-19長鷹壩隧道DK238+783～+822中線單點(diǎn)反射地震記錄

圖5-20DK238+770～+820超磁震源(a)與錘擊震源(b)溶洞處理后地震記錄對(duì)比圖

圖5-21彭加坡隧道某段單點(diǎn)反射記錄

(二)隧道基底未鋪底串珠狀巖溶異常形態(tài)特征

圖5-21為彭加坡隧道Ⅰ線DK29+430～+450右線單點(diǎn)反射地震記錄，從記錄中可看出DK29+439～+443段波形特征較之兩側(cè)呈明顯異�！∽兓�，表現(xiàn)形式為首波及面波同相軸均向下凹陷，波長變大。該異常經(jīng)鉆探(+440處右線)驗(yàn)證：“3.0～4.0m、7.20～10.30m為溶洞，無充填，11.00～11.30m、12.60～17.70m為溶洞，無充填�！笨梢娫摦惓Ｐ螒B(tài)反映了典型串珠狀巖溶異常波形特征，即整體波形同相軸向下凹陷，較之兩側(cè)波長有較大的拉長現(xiàn)象，整體如“胡須狀”。

(三)隧道基底已鋪底串珠狀巖溶異常形態(tài)特征

圖5-22(a)為高坪1#隧道DK139+694～+733段中線上錘擊震源單點(diǎn)反射地震記錄。DK139+717處鉆探資料反映：8.0～10.0m、13.90～15.85為串珠狀巖溶空洞;DK139+722處鉆探資料反映：9.7～10.2m、11.50～14.6m為串珠狀溶洞，充填塊石夾軟塑狀粘土，兩個(gè)鉆孔反映巖溶發(fā)育深度較大，且縱向發(fā)育范圍較寬，對(duì)應(yīng)錘擊地震單點(diǎn)反射記錄波形仍然有下凹的趨勢，但下凹趨勢較之于未鋪底地段之串珠狀異常波形幅度要小得多。同時(shí)，從兩幅圖也可以看出，該隱伏巖溶在地震單點(diǎn)反射時(shí)間剖面上的表現(xiàn)形式并不太直觀和明顯，主要是在分辨率高得多的雷達(dá)剖面上反映得很直觀和明顯(該段雷達(dá)工作時(shí)場地條件很好)。

因此，為了更進(jìn)一步地研究該異常在純地震反射波上的表現(xiàn)形式，再次采用了超磁震源對(duì)該段再次進(jìn)行現(xiàn)場單點(diǎn)反射波法數(shù)據(jù)測試分析，結(jié)果如圖5-22(b)所示，可知相同剖面圖中超磁震源的記錄分辨率極高，地質(zhì)異常信息極為豐富，不但可直觀看出巖溶發(fā)育的確切范圍，也可直接拾取到巖溶發(fā)育的頂板弧狀頂點(diǎn)反射波時(shí)間，從而可準(zhǔn)確計(jì)算頂板發(fā)育深度，與鉆探結(jié)果基本相吻合。

圖5-22高坪1#隧道地震記錄

從圖5-22(b)可看出，在DK139+705附近，17ms深度下還發(fā)育一溶洞異常(圖中第一個(gè)紅圈所示)，這與地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果(第一個(gè)雷達(dá)繞射波異常，圖5-23)發(fā)育位置及深度均吻合很好，但是這一異常特征在圖5-22(a)圖中卻很難看出，表明埋深稍大的巖溶異常，超磁震源激發(fā)得到的地震反射波這一“優(yōu)勢頻率”比普通錘擊震源得到的地震記錄要明顯得多。

圖5-23高坪1#隧道地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面圖

(四)溶蝕裂隙發(fā)育，巖性破碎帶波形特征

當(dāng)灰?guī)r被溶蝕時(shí)，其地質(zhì)特征是巖體較破碎、節(jié)理裂隙很發(fā)育、巖體被切割成小塊，但破碎發(fā)育程度并無嚴(yán)格的界線。通過現(xiàn)場測試表明，破碎帶的反射信號(hào)表現(xiàn)為高頻成分遠(yuǎn)比較完整的巖體豐富，這是因?yàn)椴ㄩL較長的低頻彈性波成分可以穿透破碎帶，而波長小到與巖塊大小可以比擬的高頻彈性波成分則被巖塊反射回來而造成。

二、異常的動(dòng)力學(xué)特征

從以上各圖可以看出，對(duì)應(yīng)已知溶洞異常處，地震波的動(dòng)力學(xué)特征，即地震波振幅及能量的變化都是明顯的，較之兩側(cè)無巖溶異常的地段，巖溶發(fā)育地段的地震波振幅較大，能量較強(qiáng)，且后續(xù)波動(dòng)延續(xù)度較大，低頻振蕩現(xiàn)象明顯。

三、異常的頻譜特征

從上述各圖同樣可以看出，對(duì)應(yīng)已知溶洞異常處，地震波的頻率變化顯著，較之兩側(cè)無巖溶異常地段明顯要低。

圖5-24為某隧道單點(diǎn)反射提取的單道現(xiàn)場實(shí)測原始記錄。采集參數(shù)均相同，顯示增益控制也相同，圖5-24(a)為巖層完整地段的單道記錄，圖5-24(b)為巖溶發(fā)育(非充填型)的單道記錄，兩者比較可看出，完整灰?guī)r地震波無明顯波動(dòng)特征，時(shí)間剖面較“干凈”;巖溶發(fā)育地段(7.5～14m為空洞)地震波頻率成分復(fù)雜，面波、反射波、繞射波等混疊在一起，時(shí)間剖面上波動(dòng)信息豐富，低頻響應(yīng)特征明顯。