高密度電法在某公路路基下隱伏巖溶探測中的應(yīng)用

密士文，王翔，周厚俠

(臨沂市國土資源局，山東 臨沂　276000)

高密度電法在某公路路基下隱伏巖溶探測中的應(yīng)用

密士文，王翔，周厚俠

(臨沂市國土資源局，山東 臨沂276000)

灰?guī)r分布區(qū)易發(fā)生巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，高密度電阻率法是巖溶地質(zhì)調(diào)查的重要手段。以某一段穿越巖溶發(fā)育區(qū)的公路為例,應(yīng)用高密度電法對區(qū)內(nèi)暗河、槽谷型巖溶塘、落水洞等災(zāi)害地質(zhì)體進行了探測，結(jié)果顯示擬建路段覆蓋層厚度大約為2～20m，基巖內(nèi)巖溶極發(fā)育，巖石地表起伏大，溶溝、溶槽、巖溶塌陷、落水洞發(fā)育；巖石中溶蝕裂隙、溶洞發(fā)育。表明高密度電阻率法能夠有效地判定巖溶的發(fā)育情況，可以為地質(zhì)災(zāi)害評估提供科學(xué)客觀的依據(jù)。

灰?guī)r；高密度電阻率法；巖溶；公路路基

引文格式：密士文，王翔，周厚俠.高密度電法在某公路路基下隱伏巖溶探測中的應(yīng)用[J].山東國土資源，2015，31(1)：62-64.MI Shiwen, WANG Xiang, ZHOU Houxia.Application of High Density Resistivity for Underground Karst Detection[J].Shandong Land and Resources,2015，31(1):62-64.

灰?guī)r為可溶性碳酸鹽巖，當灰?guī)r溶蝕發(fā)育至一定程度時，在地下水動力條件的改變或工程施工振動等外因誘發(fā)下易引起地面塌陷。在巖溶災(zāi)害多發(fā)區(qū)進行災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查為災(zāi)害治理提供必要的基礎(chǔ)地質(zhì)資料，是減災(zāi)防災(zāi)工作的前提。物探方法是巖溶調(diào)查中的重要手段，高密度電法則是其中較為有效方法之一，特別在含水的巖溶洞穴探測方面，有非常突出的效果[1-2]。

1　高密度電法工作原理

高密度電阻率法與常規(guī)直流電法一樣，是以探測地下目標體與圍巖之間的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一種地球物理勘探方法。當人工向地下加載直流電流時，在地表利用相應(yīng)儀器觀測其電場分布，通過研究這種人工施加電場的分布規(guī)律來達到解決地質(zhì)問題的目的。因此研究在施加電場的作用下，地層中傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律。高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由高密度電極系、多路電極轉(zhuǎn)換器、主機組成。野外數(shù)據(jù)采集完成后，數(shù)據(jù)傳入計算機, 經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、地形校正等預(yù)處理后繪制等值線斷面圖，再經(jīng)二維反演并結(jié)合工區(qū)地質(zhì)資料進行綜合推斷解釋[3-7]。

2　測區(qū)工程地質(zhì)條件

探測區(qū)域地貌單元屬于溶蝕準平原地貌，該路段為溶蝕洼地，地表匯水面積大，無地表徑流，近SN向地下暗河橫穿路基，暗河總長約2.5km。主要靠上游巖溶泉水補給，洼地匯水面積達3km，在路基左側(cè)(暗河上游)主要表現(xiàn)為地表溝溪，在路基范圍內(nèi)及路基右側(cè)1km左右。綜合分析勘察資料表明，該路段地表巖溶極發(fā)育。在K44+600-650段地表可見多處巖溶塌陷、落水洞及槽谷型巖溶塘，對路基穩(wěn)定性影響極大；其次紅粘土地區(qū)因土體結(jié)構(gòu)(土體存在裂隙)及基巖裂隙發(fā)育程度等因素可在部分巖土分界面上局部存在一軟土層，并易形成土洞。

3　測區(qū)電性特征簡析

電阻系數(shù)常常受多種因素影響,如土層厚度、土層與基巖界面的形態(tài)、基巖裂隙、斷層以及溶洞。電阻系數(shù)也能夠根據(jù)現(xiàn)場實際確定一定的變化范圍(表1 )，通常灰?guī)r、白云巖電阻率通常比較高，一般在1 000 ～ 10000 Ω ·m之間, 最高可達20000 Ω·m,泥灰?guī)r電阻率相對較低，但一般也大于600Ω·m。隨著巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度、破碎程度、巖溶發(fā)育程度的增強,填充物含量的增加，電阻率呈急劇下降趨勢,最低可降至100Ω·m以下。對于無充填的溶洞,如果探測目標小，可能是低阻反應(yīng),主要是因為溶洞洞壁圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、地下水的活動等因素產(chǎn)生低阻屏蔽的影響；大型、特大型溶洞的電阻率比基巖電阻率高。

表1　典型巖石與土的電阻系數(shù)

4　資料處理

數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選后，用SURFE畫出斷面圖。由于物探方法往往受到非探測對象的影響和干擾以及儀器測量精度的局限，其分析解釋的結(jié)果較粗并有多個答案。在利用物探資料時，必須掌握各種物探目的物和非目的物的典型曲線特征，將數(shù)據(jù)反復(fù)比較對比，排除多解，最后得到唯一正確的解。

物探解釋基本準則：低電阻率與高電阻率的線狀突變界限，表明為上覆土層與下伏巖石的接觸面，土層向強風(fēng)化巖石過渡再過渡至中風(fēng)化巖石時，當土層與巖石界面起伏時，突變界限呈波狀起伏，界面處的明顯凹陷，一般為巖溶地區(qū)的溶溝、溶槽；土層中的封閉型高阻，可能是空的巖溶土洞；巖石中封閉低阻，可能是充填土層的溶洞或充水溶洞，未充填的空溶洞顯示為封閉高阻。同時可結(jié)合已有的少量鉆孔資料，充分尊重地質(zhì)揭露的直觀數(shù)據(jù)，對物探間接數(shù)據(jù)進行修正，以提高解釋的可靠程度。

5　高密度電阻率法成果解釋

在K44+700～582段路基范圍內(nèi)平行布置了5條測線，圖1～圖5是其對應(yīng)的視電阻率等值線剖面圖。

圖1　K44+700～582中線偏左10m視電阻率等值線剖面圖

圖2　K44+700～582中線偏左5m視電阻率等值線剖面圖

圖3　K44+700～582中線位置視電阻率等值線剖面圖

圖4　5b-K44+700～582中偏右5m視電阻率等值線剖面圖

圖5　K44+700～582中偏右10m視電阻率等值線剖面圖

對物探圖形結(jié)果分析表明：擬建路段覆蓋層厚度大約為2～20m，基巖內(nèi)巖溶極發(fā)育，巖石地表起伏大，溶溝、溶槽、巖溶塌陷、落水洞發(fā)育；巖石中溶蝕裂隙、溶洞發(fā)育；圖1中在K44+610左10m處出現(xiàn)一個封閉低阻，結(jié)合現(xiàn)場的出露的地質(zhì)情況，可推測為溶洞，深度為5～10m；圖2中在K44+600左10m的位置也出現(xiàn)一個封閉低阻，也推測為溶洞，深度在10～15m之間；圖3中在K44+615中間處出現(xiàn)一個封閉低阻，推測為溶洞，深度為5～8m；圖4中在K44+620的位置出現(xiàn)一個封閉低阻，結(jié)合出露的地質(zhì)情況，可推測為溶洞，深度為3～7m，在K44+612右5m處出現(xiàn)一個封閉高阻，推測為無填充的溶洞，深度為12～17m；圖5中在K44+635右10m處出現(xiàn)一個封閉低阻，推斷為溶洞，深度為10～15m，在K44+625右10m處出現(xiàn)一個封閉低阻，推測為溶洞，深度為3～8m。

6　 物探結(jié)果與試驗性鉆孔的比較

試驗性鉆孔是直接從地下提取樣本，可認為是百分之百的準確，因此用試驗性鉆孔來驗證物探的準確率是一種行之有效的方法。

表2　物探結(jié)果與試驗性鉆孔的比較

從表2可知，在所有的16個物探認為有溶洞的試驗性鉆孔中有10個確實存在溶洞，準確率達62.5%。有些探測結(jié)果雖未見溶洞，但鉆探結(jié)果表明巖石較破碎，巖心有溶蝕現(xiàn)象?？梢姡呙芏入姺ㄔ谔綔y溶洞定性比較準確，可以應(yīng)用于高速公路路基溶洞勘察。高密度電法探測溶洞與鉆探結(jié)果相比，埋深較為接近，而溶洞的大小明顯偏大。主要原因是由于巖溶空間發(fā)育非常復(fù)雜，溶蝕溶溝發(fā)育，導(dǎo)致低阻或高阻異常有放大效應(yīng)。

7　結(jié)論

(1)對物探圖形結(jié)果分析：擬建路段覆蓋層厚度大約為2～20m，基巖內(nèi)巖溶極發(fā)育，巖石地表起伏大，溶溝、溶槽、巖溶塌陷、落水洞發(fā)育；巖石中溶蝕裂隙、溶洞發(fā)育。表明高密度電阻率法能夠有效地判定巖溶的發(fā)育情況，可以為地質(zhì)災(zāi)害評估提供科學(xué)客觀的依據(jù)。

(2)經(jīng)試驗性鉆孔驗證，16個物探認為有溶洞的鉆孔中有10個確實存在溶洞，準確率達62.5%。有些探測結(jié)果雖未見溶洞，但鉆探結(jié)果表明巖石較破碎，巖心有溶蝕現(xiàn)象?？梢?，高密度電法在探測溶洞定性比較準確，可以應(yīng)用于高速公路路基溶洞勘察。

[1]張虎生,張為孫.物探方法在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,14(3):121-124.

[2]方宇.高密度電法探查高速公路巖溶不良地質(zhì)[J].公路與汽運,2010,(3):108-111.

[3]李金銘.地電場與電法勘探[M].北京:地質(zhì)出版社,2004.

[4]劉曉東,張虎生,黃笑春,等.高密度電法在宜春市巖溶地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用[J].中國地質(zhì)學(xué)報與防治學(xué)報，2002,13(1):72-74.

[5] 江玉樂,張楠,周清強,等.高密度電法在巖溶路基勘察中的應(yīng)用[J].物探化探計算技術(shù),2007,29(6):506-510.

[6]李增明,賈國章.高密度電阻率法在巖溶探測上的應(yīng)用[J].新疆有色金屬,2010，(5)：15-18.

[7] 劉昌忠,吳湘濱,朱自強.用高密度電法探測公路地下破壞性巖溶構(gòu)造[J].湖南交通科技,2004,30(1):13-14.

Application of High Density Resistivity for Underground Karst Detection

MI Shiwen, WANG Xiang, ZHOU Houxia

(Linyi Bureau of Land and Resources, Shandong Linyi 276000, China)

Karst collapse can easily happen in limestone distribution area. High density resistivity method is an important method for karst geological detection. In this paper, taking the detection of a certain roadbed as an example, by using high density resistivity method, geological disasters have been detected, such as underground river, valley type karst sinkhole and pond. It is showed that thickness of covering layer in constructing area is about 2～20m. Karst developed well in bedrock. Large wavy in surface, well developed karren, solution groove, karst collapse and ponor, corrosion cracks in rocks and well developed karst rocks. It is showed that high density resistivity method can effectively judge the development of karst. It can provide a scientific basis for the evaluation of geological disaster.

Limestone; high density resistivity method; karst

2014-01-03；

2014-11-05；編輯：王敏

密士文(1984—)，男，山東臨沂人，工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害治理工作；E-mail:277938606@qq.com

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