淺談高密度電法在巖溶區勘探中的應用

摘 要：在工程基礎地質勘察中，位于巖溶區的深層巖基工程地質勘探問題尤為復雜。利用高密度電法勘探技術可以查明巖溶和斷裂等構造的分布位置，再結合常規的鉆探方法，對深層巖體進行正確的工程地質評價。文章簡述了高密度電法勘探技術的基本原理，并以一個工程為實例，從實踐中說明高密度電法勘探技術在巖溶洞穴、地質災害等探測領域具有較好的探測效果。

關鍵詞：高密度電法；關鍵技術；巖溶發育；應用實例

引言

隨著城市建設的不斷發展，工程建設作為關系民生的重要項目受到社會各界的密切關注。巖溶和斷層都是工程建設中基礎處理的重要地質問題。因此，對此類地質問題的勘探成了勘察中的重點和難點。由于巖溶發育的隨機性和隱蔽性，常規的勘察方法往往很難迅速的查明地質情況。在這類地質條件中的工程項目中，地質勘探手段多采用高密度電法。高密度電阻率法利用巖溶與所處巖體在電性上存在的差別，快速的探測出區域內的地質特征、巖體結構、巖溶分布等地質構造，再經過鉆探等常規的勘探方法進一步驗證，對工程地質勘察結果作到既準確又經濟。近年來，高密度電法勘探儀不斷更新發展，這類技術的運用與發展，使電法勘探的智能化程度大大邁進了一步。

1 電阻率法的工作原理

1.1 電阻率法的工作原理

電阻率法是利用巖土體導電性差異為基礎的電探方法，利用對電場分布的特點和空間差異變化的研究，制作出剖面圖，查明地下地質構造和尋找地下非均勻電體的地球物理勘探方法。高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法。野外操作中將全部電極（幾十至上百根）置于測點上，然后利用程控電極轉換開關和微機工程電測儀互相配合工作，將電極數據送入微機后，進一步對數據進行處理，最終給出關于地電斷面分布的各種物理解釋。在數據采集過程中結合電阻率曲線和電阻率深觀測系統，大量的數據收集對觀測數據的準確性，在電異質體的檢測取得了良好的地質效果。

1.2 巖溶發育的地質特征與地球物理特征

巖溶發育多是在碳酸鹽巖類地區，常見的有灰巖、白云巖、白云質灰巖等，上覆蓋第四系地層巖性為黃粘土和紅粘土，也有基巖直接裸露地表的。巖溶的發育與當地的地層變化、地質構造有著密切的聯系，受地質構造影響，地下水活動比較頻繁的斷層帶區域，巖溶發育強烈，分布較為密集。

眾所周知，在巖溶區巖性為灰巖、白云巖的，電阻率較高，介于2000～8000Ω·m之間，最高可達20000Ω·m。由于地質結構的不同，巖石節理裂隙發育程度和巖溶發育的增強，裂隙與溶洞內填充物含量增加，電阻率急劇下降。電阻率法就是利用這種差異測出巖溶的發育及分布情況。近年來，國內外對高密度電法勘探技術的研究，該方法的分辨率得到有效提高，可探測埋深與直徑之比大于10：1的地下洞穴，在大型溶洞與礦山坑道等方面取得了很好的效果。無充填的溶洞，一般認為其電阻率要高于基巖電阻率，但勘測經驗中，往往由于巖溶洞壁上存在較厚的鈣層及鐘乳石等低阻物質，大多數空洞為低阻反應，除非是大型或特大型溶洞。

2 工程應用

文章選擇在柳州地區某小型水庫壩址區高密度電法勘察的應用實例，對高密度電法在巖溶勘探中的應中進行較祥細的說明，物探高密度電法勘探測試為該項目的關鍵勘探技術起著重要的作用。

2.1 工程概況及地質情況

柳州市柳城縣西北一帶地形地質條件復雜，巖溶發育，且水庫在進行前期地質勘探時已在部分鉆孔中發現了溶洞，大壩滲漏情況較為嚴重。為了查明壩區地質狀況（包括：覆蓋層厚度、基巖風化程度分層、構造破碎、巖溶發育程度等），特在壩址軸線利用高密度電阻率探測方法并配合工程地質勘察進行詳勘。工程區上層為紅粘土夾碎石，下部基巖為灰巖及泥質灰巖，具有開展高密度電法勘探的地球物理條件。

2.2 資料成果解釋

本次勘探根據工程區地形地貌條件，在大壩壩頂中部布置物探剖面一條，總長180m，測探點120個。本次高密度電法勘探采用WGMD-4設備，應用施倫貝謝爾裝置進行斷面掃描測量。根據場地情況和前期資料，選擇在斷面內采用銅電極60根，點距3.0m，探測剖面總設置18層。該方法為固定斷面掃描測量，電極排列為倒梯形，對實測數據進行整理，提出壞點及畸變點，運用配套專業軟件進行計算后繪制電阻率等值斷面圖。數據處理及繪圖應用的是Suffer7.0及CAD軟件，最終電阻率等值斷面成果圖如圖1。

圖1 高密度電法視電阻率等值斷面圖

圖1為實測的壩軸線電阻率斷面圖，從該圖中可看出，上部為壩體填筑土，巖性較均勻密實，等值線較平緩，視電阻較低，約50～150Ω·m，說明該層沒有不良地質構造，如土洞或滲漏通道等。下部巖石層存在3處明顯的低阻異常。1#對應地面樁號為145～170，對應AB/2均為-40～-45段，2#樁號為185～188，對應AB/2為-45左右，3#對應樁號210～250，對應AB/2為-43～-47段。根據現有資料表明，2#區域所處位置為壩下輸水涵管，規格為1.0×1.0m，埋深位置為壩下16m，由此推出高密度深度解釋系數為0.4。1#和3#異常段推測為異常地質區域，很可能是溶洞發育區或斷層破碎帶。根據電法勘探剖面提示，我們在對應位置進行鉆孔勘探，得出工程地質剖面圖，最終勘探剖面表明1#區為充填淤質泥的溶洞，大小約2.0×1.0m，3#區發現寬度約2.0m的斷層破碎帶。

通過整個勘測過程，我們發現，高密度電法有效地指揮了整個勘探工作，短時間內準確有效地找到存在異常地質構造的位置，指導整個勘察工作快速有效的進行，最終做出正確的工程地質評價。

通過本次勘察成果可知，在目前多種勘察方法中，選擇電法勘探是較為快捷且經濟可靠的勘察手段，在普通的鉆探手段無法有效查明異常地層的情況下，可以應用此技術并結合傳統鉆探方法，達到明顯好又快的效果。

3 結束語

通過實際應用可以看出，高密度電法具有自動化程度高、工作效率高、形象直觀等優點，是一種經濟高效的巖溶勘察手段，在礦產探查、工程設計等方向具有明顯的指示作用，隨著該方法的深入研究與發展，將在更多的探測領域發揮關鍵重要的作用。

高密度電法的裝置是一種組合式剖面裝置，應用高密度電法勘探技術必須合理地選擇不同測量裝置。在實際操作中，裝置的選擇、電極的布設、數據的校正及數據的和理分析糾錯等都是決定最終成果準確度的關鍵。當然任何物探方法的應用都有其局限性。高密度電法應用具有一定的條件性和多解性。因此，在進行勘探時也應將各探測方法合理配合，在工作中，我們必須針對所要尋找的目的物和工作區的地球物理條件具體地選擇適當的勘探方法和順序。在祥勘階段，應補充鉆探資料為勘察精度進行有益完善。

作者簡介：韓旭東（1978-），男，廣西柳州人（蒙古族），柳州市建筑設計科學研究院工程勘察物探技術方向，工學學士。