岩溶洞穴声波检测：探究地下奇妙音响

在溶岩分布地区修建各种工程，岩溶洞穴的存在对工程建筑物的安全、稳固有严重的威胁。为此查明该地区岩溶的空间分布特征、地下洞穴位置、尺寸大小是很关键的工作。声波检测技术也是检测溶洞的重要方法之一。

声波检测溶洞原理主要是依据声波在岩体中传播的运动学和动力学特征，来判断其是否存在溶洞。主要探测物理量是声波传播时间和声波幅度衰减等。众所周知，当无溶洞时的声时比有溶洞时的声时小。因为有溶洞时声波会绕过洞穴使声时变长，另外，一部分声波透过溶洞内部的充填物（充填物的声速比岩体声速小1.571倍以上），其声时也比在岩体中的声时要大得多。如果知道岩体声速和充填物的声速，则可根据几何关系计算传播的声时。

另外，岩体中存在溶洞，由于溶洞充填物对声波能量的吸收远大于洞周介质，因此波幅变化十分明显。特别是洞中心位置，溶洞中为空气时波幅可相差80～180倍；如果洞中是卤水时，波幅可相差2～4倍。

实例：青藏铁路察尔汗盐湖岩盐溶洞测定：察尔汗盐湖位于柴达木盆地中南部海拔2682m，干旱气候使盐湖浓缩为盐滩，其北缘盐溶发育。盐溶形态有溶孔和溶洞两类。溶孔直径为1～4cm的垂直溶蚀小孔，溶洞口径为0.2～0.4m。

在探测区以适当的间距，呈梅花形布置测孔。在平面上，以平行测线、角测线、放射状测线组成测试网络；在剖面上采用水平同步、高差同步、高差异步等测试方法，构成立体的测试控制网络。分析各测线不同深度的波速和波幅等资料。以波速为基础，划出低速区（带），作为进一步探测对象。分析有洞测线的波速、波幅特征，进行定位和等效洞径的计算，如图12.2-4所示。再以综合分析全部测试资料，以波速、波幅为依据，圈定出测区溶洞的分布情况。图12.2-5为SB₇测区150m²的实测结果。(www.xing528.com)

图12.2-4 35号角测线波速、波幅等深曲线

图12.2-5 SB₇测区150m²的实测结果