在石灰石中绘制腔体

世界上许多地区，尤其是在世界热带地区形成的土地，都被石灰岩所覆盖（图1）。 石灰石是一种碳酸盐沉积岩，通常由数以万亿计的海洋生物（如珊瑚和贝壳）组成的碳酸钙体粘合在一起形成岩石。

图1

世界各地的地表或近地表石灰石。 资源： 碳酸盐岩露头世界 由Ulrichstill根据CC-BY-SA-2.0-DE编写。

碳酸钙是水溶性的，这意味着它溶于水。 不是像盐那样高的溶解度，而是足以使水在数百或数千年中流过石灰石，而石灰岩会缓慢溶解，并在其中形成空穴。 对于石灰岩基岩的地区，例如美国佛罗里达州，当人类在地面上建立结构时，这可能会导致严重问题。 新闻报道向我们显示了结果：污水坑突然打开并吞没建筑物，道路，汽车以及悲惨的是人。

几十年来，GPR已成功地用于发现大大小小的地下洞室。 频谱范围从使用高中心频率（1000 MHz）的GPR在仓库和工厂中的平板混凝土下面发现几英寸深的空洞，到使用中等中心频率（200至500 MHz）在道路和地下发现较大的空洞。以及使用低中心频率GPR（12.5至100 MHz）来寻找大型洞穴 岩土勘测 和地质研究。 在所有情况下，物理都是相同的。 从岩石，混凝土或沥青之类的材料到空隙中的空气或水的过渡会为GPR信号反射提供非常高的反射边界。

该案例研究的特点是在加勒比岛上收集了一份GPR调查，该岛上将建造一个大型发电站。 在项目开始之前，岩土工程师希望找到可能破坏施工的任何型腔。 与美国弗吉尼亚州的福雷斯特环境公司签订了合同，使用使用100 MHz中心频率天线和Ultra Receiver的PulseEKKO®系统对现场进行勘测。 该站点已经足够平坦，可以使用SmartCart配置快速收集数据（图2）。 该系统包括一个用于数据定位的GPS。

图2

用于检测空腔的pulseEKKO®100 MHz SmartCart。

在现场收集了几项网格调查。 网格1由31条平行线组成，每条平行线长约30 m，彼此间隔1 m。 网格的总线长为930 m。

在数据收集过程中，在许多GPR网格线上可以看到一个强力的，空间有限的反射器以及许多较小的反射器，怀疑它们是空腔的顶部（图3）。

图3

格网测量的GPR横截面显示了距石灰岩基岩表面2 m处的强反射层。

网格GPR数据收集完成后，将数据传输到计算机，并将EKKO_Project™GPR分析软件的一部分SliceView模块用于将网格数据处理为深度切片。 每个切片的厚度为25厘米，这是100 MHz中心频率数据的默认厚度。 向下切割数据，坚固的反射器在大约2.25 m的深度处跨越明确定义的区域，从而增加了反射器来自腔体顶部的可信度（图4）。

图4

深度为2.25 m的切片，具有强烈的GPR反射（红色），被解释为空腔。 图3中的GPR线由虚线表示。

 
基于GPR地图，项目岩土工程师决定进行挖掘，以确认强反射器是一个空腔（图5）。
 

图5

挖掘GPR目标证实了石灰岩中的大洞。 插图：腔体内的特写镜头显示，钟乳石悬挂在天花板上，是由水溶解并沉淀石灰石数千年而形成的。

成功进行GPR调查以在施工开始之前识别型腔的结果是，现场工程师能够计划型腔周围的施工，并填写其他项目以使项目安全进行，从而避免了意外情况，从而节省了时间和金钱和昂贵的工程变更单。

故事由位于美国弗吉尼亚的Forrest Environmental Inc.的Andy Forrest提供。

进一步了解GPR 岩土工程