高密度電阻率法在巖溶溶洞勘查中的應(yīng)用

■胡俊杰

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327隊(duì)安徽合肥230011）

高密度電阻率法在巖溶溶洞勘查中的應(yīng)用

■胡俊杰

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327隊(duì)安徽合肥230011）

本文簡要介紹高密度電法的幾種常用裝置，應(yīng)用該方法對巖溶發(fā)育區(qū)進(jìn)行大型巖溶溶洞探測。根據(jù)已知溶洞上方布置的試驗(yàn)剖面結(jié)果得知，溶洞未被填充實(shí)，為高阻異常反映；通過對二維反演模型的異常特征分析，推斷勘查區(qū)溶洞的分布范圍、地質(zhì)走向、大小和埋深。為后期大型溶洞開發(fā)及合理利用，提供重要參考價(jià)值及指導(dǎo)性意義。

高密度電法 巖溶勘查 電極裝置

高密度電法和傳統(tǒng)電法一樣，需要采用一定的電極裝置進(jìn)行觀測。而與直流電法不同的是它的裝置是一種組合剖面裝置。常用的裝置包括：溫納裝置（α裝置AMNB）、偶極裝置（β裝置ABMN）、微分裝置（γ裝置AMBN）以及施倫貝謝爾裝置（α2裝置AMNB）

[2]。不同的裝置組合具有不同的應(yīng)用特點(diǎn)。

1 高密度電法工作原理

高密度電法的基本工作原理與常規(guī)電阻率法大體相同，以巖土體的電性差異為基礎(chǔ)，研究在施加電場的作用下，地下傳導(dǎo)電流的變化分布規(guī)律，推斷地下具有不同電性差異的地質(zhì)體或構(gòu)造的賦存情況[3]。

高密度電阻率法現(xiàn)場工作是在預(yù)先選定的測線、測點(diǎn)上依次布置幾十或上百個(gè)電極，然后用多芯電纜將他們連接到多路電極轉(zhuǎn)換開關(guān)上，多路電極轉(zhuǎn)換開關(guān)將它們組合成所選定的電極裝置和電極距，進(jìn)而測量主機(jī)快速完成指定電極裝置下的多極距組合的測量斷面。

2 高密度電法常用的電極裝置

高密度電法所使用的電極數(shù)量多、密度大、電極極距可調(diào)等特點(diǎn)，進(jìn)而決定高密度電法的電極裝置種類比較多，其中常用的裝置包括：溫納裝置（α裝置AMNB）、偶極裝置（β裝置ABMN）、微分裝置（γ裝置AMBN）以及施倫貝謝爾裝置（α2裝置AMNB）。

2.1 溫納裝置AMNB（α裝置）

溫納裝置其視電阻率表達(dá)式：

測量時(shí)采用AM=MN=NB=α為一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)測量，得到第一條測量剖面；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極極距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到另一條剖面，這樣不斷掃面測量下去，得到倒梯形斷面。

2.2 偶極裝置ABMN（β裝置）

偶極裝置其視電阻率表達(dá)式：

測量時(shí)AB=BM=MN=α為一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右測量，得到第一條測量剖面；接著AB、BM、MN增大一個(gè)電極極距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到另一條剖面，這樣不斷掃面測量下去，得到倒梯形斷面。

以上兩種方法是高密度電法在各領(lǐng)域探測中最為常用的，都適用與固定斷面掃描測量，得到得結(jié)果均為倒梯形二維分布斷面[1,3]。

3 高密度電法在溶洞勘查的應(yīng)用

安徽某地為灰?guī)r地層區(qū)，巖溶十分發(fā)育，勘查區(qū)內(nèi)山體坡麓段出現(xiàn)多個(gè)溶洞洞口，當(dāng)?shù)卣皣临Y源局經(jīng)過初步調(diào)查，認(rèn)為該區(qū)多個(gè)溶洞相互貫通，具有一定的開發(fā)價(jià)值。為查明溶洞分布范圍、地質(zhì)走向、埋深及空間形態(tài)特征，在勘查區(qū)內(nèi)投入高密度電法工作，根據(jù)異常成果的綜合分析，達(dá)到較好的探測效果，同時(shí)也證明了高密度電法在灰?guī)r地區(qū)中的溶洞勘查具有較好的實(shí)際效果和應(yīng)用前景。

3.1 區(qū)域地質(zhì)概況

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，勘查區(qū)位于向斜核部，后期被斷層橫斷切穿，斷層走向?yàn)榻薄獤|向，出露地層有泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)地層。測區(qū)多為灰?guī)r地層，有數(shù)個(gè)溶洞洞口在地表出露，初步推斷溶洞的發(fā)育受斷層控制，其分布上與上述灰?guī)r地層的分布相近。

3.2 高密度電阻率法剖面布設(shè)

結(jié)合測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征和本工程的目的任務(wù)，布設(shè)高密度平行剖面8條，測點(diǎn)間距5米，每條剖面長度均為600米。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)剖面對比結(jié)果，選取溫納裝置（α裝置AMNB）為測量電極裝置。

3.3 數(shù)據(jù)處理

高密度電阻率法的數(shù)據(jù)是把所測得原始數(shù)據(jù)經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換、地形校正、正演和反演計(jì)算，最后得到反演結(jié)果，經(jīng)繪圖軟件（如Surfer）繪制成視電阻率等值線圖，依據(jù)成果圖的異常特征結(jié)合地質(zhì)背景給出合理的地質(zhì)解釋。

3.4 高密度電阻率法異常特征解釋

以4線二維反演電阻率模型為例分析。

4線高密度電阻率法的斷面反演及解釋圖。從反演模型斷面中可以看出，當(dāng)前擬合差為2.75%，數(shù)據(jù)與模型的擬合程度較高。高、低阻異常在斷面圖上清晰的反映出來。由于溶洞體積較大，埋深較淺，根據(jù)部分洞口觀測，溶洞大多未被填充，里面充滿空氣和部分松散堆積物，相對于圍巖呈現(xiàn)為高阻反映。由4線高密度電阻率反演斷面圖清晰的反映出A、B兩個(gè)高阻區(qū)，A高阻區(qū)位于270～410號點(diǎn)的270～230米海拔高度處，視電阻率值為2400～12000Ωm，呈橢圓狀高阻異常；B區(qū)為與倒梯形斷面的一側(cè)，異常規(guī)模較小，呈弱高阻半閉合圈狀異常。解釋推測A、B兩個(gè)高阻異常區(qū)為溶洞的反映，且溶洞未被松散堆積物填充。

結(jié)合4線異常類型，分析解釋其余7條剖面的異常特征，發(fā)現(xiàn)2～7線沿構(gòu)造走向，均有不同程度的高阻異常反映，表面溶洞貫穿2～7線；而1線、8線高阻異常減弱，表面1線、8線為溶洞的邊界。將各剖面高阻異常區(qū)在平面上展布，得出溶洞的走向?yàn)榻票睎|向，與后期鉆孔驗(yàn)證結(jié)果十分吻合。

4 結(jié)論

（1）高密度電阻率法相對于常規(guī)電阻率法具有分辨率高、數(shù)據(jù)量豐富、經(jīng)濟(jì)快速等特點(diǎn)，是一種快速有效的工程物探方法。

（2）高密度電阻率法能夠較準(zhǔn)確的查明溶洞的分布范圍、地質(zhì)走向、埋深及空間形態(tài)特征，為后期溶洞開發(fā)及合理利用，提供重要參考價(jià)值及指導(dǎo)性意義。

（3）高密度電阻率法提供的勘探成果，只是電阻率物性參數(shù)的分布，利用這些成果時(shí)，需考慮到物探成果的多解性，將物探成果與地質(zhì)、鉆探資料綜合解譯分析，必能得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果。

[1]王興泰，工程與環(huán)境物探新方法新技術(shù),北京:地質(zhì)出版社，1996。

[2]羅延鐘、王傳雷、董浩斌.高密度電法的電極裝置選擇 [J].地質(zhì)與勘查，2005，41(6):174-178.

[3]董浩彬等.高密度電法的發(fā)展與應(yīng)用 [J].地質(zhì)前緣，2003,10（1）。

[4]葛如冰、黃偉義、張玉明.高密度電阻率法在灰?guī)r地區(qū)的應(yīng)用研究 [J].物探與化探,1999,23(1):28～32。

F407.1[文獻(xiàn)碼]A

1000-405X（2016）-5-357-1