高密度電法在西南巖溶勘察中的應(yīng)用

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司， 貴州 貴陽 550001）

0 引言

巖溶，尤其是溶洞，是西南地區(qū)高速公路勘探中經(jīng)常面臨的地質(zhì)問題之一，而溶洞發(fā)育的不規(guī)律性又增加了勘探的難度。

地下巖溶發(fā)育區(qū)常用的地球物理方法包括電阻率法，地震法，探地雷達(dá)法和瞬變電磁法。 其中，電阻率法是根據(jù)巖體導(dǎo)電性的差別，研究電阻率變化的一種勘探的方法。高密度電法是在基于的傳統(tǒng)的常規(guī)電阻率法的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來的測量方法，一般情況下有效測量深度不超過100m。 其基本原理與常規(guī)電阻率法相同，但測量方法和技術(shù)手段取得了較大進(jìn)展。 性能得到提高：數(shù)據(jù)收集，處理和解釋的效率得到提高，數(shù)據(jù)的多樣性得到了充實。 提高解讀結(jié)果的可信度和準(zhǔn)確性，降低成本。

1 地質(zhì)概況

地質(zhì)上，巖溶發(fā)育區(qū)為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)化稿林背斜之南東翼。橋區(qū)未見斷層，巖層綜合產(chǎn)狀140°∠15°，主要的兩組節(jié)理產(chǎn)狀分別為 270°∠85°、210°∠85°。場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單。地貌上，屬溶蝕—剝蝕低中山地貌，區(qū)內(nèi)最高海拔1398m，最低地海拔1262m，相對最大高差136m左右。

巖溶發(fā)育區(qū)巖性較為單一，上覆殘坡積（Qel+dl）粘土，下伏三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組（T1yn）薄至中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r。

調(diào)查得知：路線兩側(cè)均有一巖溶洼地，洼地內(nèi)各發(fā)育一落水洞。

2 方法選擇及其原理

白云質(zhì)灰?guī)r的視電阻率差異較大，粘土的視電阻率較低，白云質(zhì)灰?guī)r的視電阻率值較高，而在白云質(zhì)灰?guī)r中， 如果碎裂程度和填料含量增加，電阻率急劇下降。 這種物理性質(zhì)的差異為研究區(qū)覆蓋區(qū)域的研究，巖石斷裂的發(fā)展和電阻率巖溶的發(fā)展提供了先決條件。

高密度電法主要的測量裝置有：溫納、施倫貝爾、三極、二極以及偶極裝置。其中，溫納及施倫貝爾裝置最為常用，三級裝置次之，二極及偶極裝置再次。

3.1 裝置選擇

溫納設(shè)備和斯倫貝爾設(shè)備在現(xiàn)場進(jìn)行了測試。 經(jīng)過比較分析，斯倫貝爾被選為主要測量裝置。 這有兩個原因：首先，其水平和垂直靈敏度高于其它裝置;其次，由于測區(qū)場地好，選擇斯倫貝爾設(shè)備來有效抑制干擾并提高可信度。

3.2 溫納裝置基本原理

斯倫貝爾裝置是一種對稱等距測深裝置，即AM =NB=nl，其中n=1，2，3……，l為最小電極距。測量過程中，設(shè)定MN=l。其視電阻率表達(dá)式為

其中，裝置系數(shù)

3 資料采集、處理及解釋

3.1 資料采集、處理

高速公路和喀斯特開發(fā)表面的路線，特別是沿著路線對齊（即近似垂直兩落水洞連線方向，以平行測量線4排列，線距5m。每條檢測線均連接電極60，極距最小距離為5 m，每條測量線路295m，電源電壓200V，以反復(fù)測量運(yùn)載測量線，將測量線排列在程序中要求道路工程地球物理。見性能良好的測試儀器，并去除表面松動的電極和每個雜草，干燥以減少電阻接地的水量，每個電極15～20厘米深。

在采集結(jié)束時，原始數(shù)據(jù)被導(dǎo)入到計算機(jī)中，并且沒有錯誤控制值和格式被轉(zhuǎn)換，然后逆轉(zhuǎn)地形校正。反演過程基于平滑應(yīng)力的最小二乘法。其基本過程是：首先對二維電阻率剖面模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，給出模型的初始值。然后，用初始模型計算偽電阻率剖面，并模擬視電阻率曲線。根據(jù)安裝誤差，網(wǎng)格的大小會不斷調(diào)整，直到兩者之間的差值符合要求并且反轉(zhuǎn)結(jié)束。反演后，40-50m剖面深度，擬合均方誤差小于15，絕對誤差小于4%。

3.2 巖性參數(shù)選擇

工作區(qū)面積小，巖性變化不大。 根據(jù)鉆井資料，獲得表1所示地層的視電阻率參數(shù)作為地層劃分的基礎(chǔ)。

表1 鉆孔標(biāo)定巖性參數(shù)表

3.3 解釋成果

研究結(jié)果表明，測區(qū)內(nèi)有三個明顯的巖溶發(fā)育異常區(qū)。 為了避免重疊，選擇了一條關(guān)鍵測線來詳細(xì)說明地質(zhì)和地球物理解釋（見圖1和圖2）。

圖1 關(guān)鍵測線視電阻率剖面圖

圖2 關(guān)鍵測線地質(zhì)-地球物理解釋成果

由圖1可分析知：

1.地球物理勘探結(jié)果表明，斷面82米，中心深度接近16米，低阻異常解釋為巖溶發(fā)育區(qū)存在充填溶洞。 鉆孔ZK13揭示了該地區(qū)的一個巖溶發(fā)育異常區(qū)，這是一個發(fā)育不規(guī)則的小型溶洞。

2. 剖面位置110～130m、中心埋深13m附近發(fā)育一中低阻異常，解釋為溶蝕裂隙發(fā)育區(qū)。ZK17鉆孔揭示該處溶蝕裂隙較發(fā)育，不存在溶洞。

3.剖面位置185m、中心埋深14m附近，發(fā)育一中低阻異常，解釋為溶蝕裂隙發(fā)育區(qū)。

4 結(jié)論

本次工作共探得巖溶發(fā)育區(qū)3個，驗證重點區(qū)域2個。高密度電法較清晰地探測到巖溶發(fā)育區(qū)的水平位置和垂向位置，并大致反映了巖溶發(fā)育區(qū)的簡單幾何形態(tài)，對于充填溶洞效果尤其明顯。

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