高密度電法在廣東肇慶巖溶典型區(qū)勘查中的應(yīng)用

易隆科

（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080）

高密度電法在廣東肇慶巖溶典型區(qū)勘查中的應(yīng)用

易隆科*

（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080）

用高密度電法來(lái)查明復(fù)雜巖溶地區(qū)巖溶分布特征是一種很好的手段。本次勘查采用高密度電法與常規(guī)電法相結(jié)合、多種測(cè)量裝置并用、深淺兼顧的辦法，對(duì)廣東省肇慶市巖溶典型區(qū)的巖溶地質(zhì)情況進(jìn)行了勘測(cè)，查明了該區(qū)域的第四系土洞發(fā)育和基巖起伏及巖溶發(fā)育情況，為該地區(qū)的巖溶發(fā)育情況和災(zāi)害評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。本文首先對(duì)高密度電法在巖溶地質(zhì)勘察中的應(yīng)用條件和應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行分析，然后對(duì)其應(yīng)用方法進(jìn)行了總結(jié)概括。

高密度電法；巖溶；視電阻率；物性特征

灰?guī)r地區(qū)由于地下水的長(zhǎng)期溶蝕，容易在灰?guī)r表面及灰?guī)r體中形成溶洞及洼陷。覆蓋在溶蝕洞穴之上的松散土體，在外力的或者人為因素的作用下產(chǎn)生突發(fā)性地面變形破壞，其結(jié)果多形成圓錐形塌陷坑。巖溶發(fā)育區(qū)對(duì)地面建筑物及人的安全造成極大隱患。高密度電法對(duì)巖溶分布與規(guī)模、空間形態(tài)特征、發(fā)育程度等的探測(cè)具有良好的效果，對(duì)于巖溶塌陷災(zāi)情評(píng)估及隱患排除具有積極的指導(dǎo)意義。

1 工作背景

工作區(qū)位于廣東省肇慶市新橋鎮(zhèn)布塘村，勘探的目的是對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)土洞及巖溶發(fā)育情況進(jìn)行查明。區(qū)內(nèi)基巖以灰?guī)r為主，灰?guī)r為可溶性碳酸巖，巖溶較為發(fā)育，上覆第四紀(jì)黏土層及河流沖積的砂礫層。據(jù)工作區(qū)已施工鉆孔巖芯物性測(cè)試結(jié)果：濕粘土電阻率為0.5～50（Ω·m），含水砂礫巖50～150（Ω·m），多孔灰?guī)r電阻率為80～1000（Ω·m），致密灰?guī)r3000～5000（Ω·m）。區(qū)內(nèi)粘土、砂礫石層、多孔灰?guī)r、致密灰?guī)r在電阻率上具有明顯的差異，故工作區(qū)具備巖溶探測(cè)的地球物理?xiàng)l件，應(yīng)用高密度電法能夠進(jìn)行有效的區(qū)分和探測(cè)。

2 工作部署

根據(jù)工作任務(wù)的要求，為達(dá)到深淺兼顧，淺部地質(zhì)情況詳細(xì)勘察的需要，在典型區(qū)布置了一條總長(zhǎng)1220 m（編號(hào)：GMD01）、自北東向西南高密度電法測(cè)線，用三種不同的裝置進(jìn)行測(cè)量。

溫納裝置（裝置參數(shù)：a=5 m，n=10）與施侖貝爾裝置（裝置參數(shù)：a=5 m、n=18）測(cè)量目的在于勘查淺部第四系地質(zhì)情況：有無(wú)土洞發(fā)育、土洞發(fā)育與基巖巖溶發(fā)育的相關(guān)性等，此外，使用兩種不同裝置觀測(cè)，其目的在于對(duì)其測(cè)量結(jié)果的相互驗(yàn)證，以減少偶然誤差，增加測(cè)量結(jié)果的可靠度。偶極偶極裝置（裝置參數(shù)：a=40 m、n=12，用大功率設(shè)備測(cè)量）測(cè)量的目的在于對(duì)測(cè)線下伏深部基巖地質(zhì)情況的探測(cè)：基巖起伏情況，基巖內(nèi)巖溶發(fā)育情況等，具體部署如圖1所示：

圖1 工作部署圖Fig.1 Figure deployment

3 成果圖件

（1）溫納裝置高密度電法測(cè)量剖面及反演成像剖面圖：

圖2　a GMD01測(cè)線溫納裝置實(shí)測(cè)剖面圖Fig.2a GMD01 survey line Wenner sectional view of apparatus Found

圖2　b GMD01測(cè)線溫納裝置測(cè)量反演結(jié)果剖面圖Fig.2b GMD01 Wenner survey line inversion means for measuring cross-sectional view

（2）施侖貝爾裝置高密度電法測(cè)量剖面及反演成像剖面圖：

圖3　a GMD01測(cè)線施侖貝爾裝置實(shí)測(cè)剖面圖Fig.3a GMD01 survey line Shilunbeier sectional view of apparatus Found

圖3　b GMD01測(cè)線施侖貝爾裝置測(cè)量反演結(jié)果剖面圖Fig.3b GMD01 measuring device for measuring line Shilunbeier sectional view of the inversion results

圖4　a GMD01測(cè)線偶極偶極裝置實(shí)測(cè)剖面圖Fig.4a GMD01 dipole dipole survey line sectional view of apparatus Found

圖4 b GMD01測(cè)線偶極偶極裝置測(cè)量反演結(jié)果剖面圖Fig.4b GMD01 dipole dipole survey line inversion means for measuring cross-sectional view

（4）綜合地質(zhì)解釋成果圖：

圖5 GMD01測(cè)線地質(zhì)解釋成果剖面圖Fig.5 GMD01 geological interpretation results of the survey line cross-sectional view

4 成果分析解釋

從圖2a溫納裝置實(shí)測(cè)剖面的可以看出，在測(cè)線上的950～1050 m之間存在一個(gè)明顯的高阻異常區(qū)（GMD01-YC-1-wn），視電阻率值在450～600（Ω·m）之間。整個(gè)剖面的下部，無(wú)明顯的高阻抬升，剖面主要反映了第四系的電性特征。

從圖2b反演結(jié)果斷面圖來(lái)看，高阻異常區(qū)（GMD01-YC-1-wn）測(cè)線上的1000～1100 m之間，埋深在4～12 m之間，電阻率值在1500～2000（Ω·m）之間。反演結(jié)果圖相對(duì)于實(shí)測(cè)剖面，異常區(qū)收斂，整個(gè)圖面異常輪廓清晰可辨。

從圖3a施侖貝爾裝置實(shí)測(cè)剖面的結(jié)果可以看出，在測(cè)線上950～1050 m之間，有一個(gè)明顯的高阻異常（GMD01-YC-1-sb），異常值在450～750（Ω·m）之間，與溫納裝置測(cè)量的結(jié)果異常（GMD01-YC-1-wn）的空間形態(tài)和位置基本一致，兩種裝置均測(cè)得高阻異常，表明高阻異常（YC-1）為可靠異常。在整個(gè)剖面的下部，無(wú)明顯的高阻抬升，剖面主要反映了第四系層的電性特征。

從圖3b施侖貝爾裝置反演結(jié)果斷面圖來(lái)看，高阻異常區(qū)（YC-1-sb）測(cè)線上的1000～1100 m之間，埋深在4～15 m之間，電阻率值在1600～2000（Ω·m）之間，與溫納剖面反演結(jié)果基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證該異常（YC-1）為可靠異常。

異常（GMD01-YC-1）接近地表，并且為高阻異常（1600～2000 Ω·m），分布在第四系，故推斷其為半填充型土洞。

從圖4a偶極偶極裝置實(shí)測(cè)剖面結(jié)果來(lái)看，剖面下部視深度300 m以下，有明顯的高阻抬升（300～700 Ω·m）。工區(qū)上覆第四系含水粘土砂石層的電阻率值較低，據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)其值在10～300 Ω·m之間，相對(duì)于下伏基巖（據(jù)鉆孔揭露，基巖主要為灰?guī)r）電阻率值在800～4000 Ω·m，兩者之間存在明顯的電性差異，據(jù)此初步推斷高阻抬升為下伏基巖的地電反映。但由于兩者差異太大，低阻層對(duì)電流具有明顯的吸引作用，對(duì)下伏基巖的地電反映具有一定掩蓋作用，導(dǎo)致高阻抬升范圍較大，故視電阻率隨視深度變化梯度較小，在實(shí)測(cè)剖面上沒(méi)有出現(xiàn)特別明顯的高阻層。

在圖4b偶極偶極裝置測(cè)量反演結(jié)果圖中，可以看到明顯的電阻率差異界面，根據(jù)本工區(qū)物性測(cè)試結(jié)果（粘土10～300 Ω·m、基巖800～4000 Ω·m，其中表層干燥土壤電阻率較高100～1000Ω·m），在圖中劃定了基巖界面（圖中用實(shí)線表示）?；鶐r面起伏在40～90 m之間，起伏范圍較大，呈波浪狀起伏。由于基巖埋深較大，基巖中溶洞規(guī)模尺寸相對(duì)較?。繕?biāo)體尺寸埋深比?。?，基巖中的溶洞在直流電法測(cè)量的地電反映較弱，反演結(jié)果中基巖層電阻率分布較均勻，對(duì)基巖中溶洞未能有效區(qū)分。

根據(jù)各裝置反演結(jié)果，繪制圖5 GMD01測(cè)線地質(zhì)解釋成果剖面圖。根據(jù)物性測(cè)試結(jié)果及以往經(jīng)驗(yàn)推斷，推斷YC-1為土洞引起。在距測(cè)線起點(diǎn)222 m處，施工有一個(gè)鉆孔，據(jù)鉆孔揭露：埋深 44 m以上為第四系粘土（10～300 Ω.m），埋深 44 m以下為基巖（800～4000 Ω.m），埋深及物性測(cè)試結(jié)果與反演解釋結(jié)果基本一致，說(shuō)明高密度電法在本工作區(qū)是一種對(duì)土洞及巖溶有效的探測(cè)手段。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）本次高密度電法勘查，采用了多種裝置在同一測(cè)線上進(jìn)行測(cè)量，相互驗(yàn)證、深淺兼顧、快速有效地對(duì)測(cè)線下第四系土洞發(fā)育、基巖溶洞及基巖起伏等地質(zhì)情況進(jìn)行了較為詳細(xì)的查明。高密度電法多裝置結(jié)合是一種排除假異常、減少多解性、深淺兼顧行之有效的辦法。

（2）任何一種物探方法都有其應(yīng)用條件和優(yōu)勢(shì)探測(cè)方向，高密度電法對(duì)于地質(zhì)病害（土洞、溶洞）的探測(cè)，更多是基于低阻異常（反映目標(biāo)體含水性或充泥性目標(biāo)體）為分析依據(jù)，在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，才能夠?qū)ο鄳?yīng)病害有較高的探測(cè)精度。此外，如果探測(cè)條件不具備，必然會(huì)存在相應(yīng)的探測(cè)精度受限制問(wèn)題，因此在巖溶區(qū)應(yīng)用時(shí)，需要更深入了解應(yīng)用條件和探測(cè)剖面的地電條件，以便更好指導(dǎo)之后的實(shí)踐工作。

（3）基于電場(chǎng)分布變化的高密度電法屬于“體積勘探”，實(shí)際的二維電法勘探是在三維空間中進(jìn)行，而二維正反演是假設(shè)探測(cè)剖面是在橫向無(wú)變化的情況進(jìn)行，導(dǎo)致其對(duì)埋藏較深的一度體（如基巖溶洞），分辨能力不夠，對(duì)于二度體（例如基巖面）成像效果較好，在對(duì)土洞及基巖溶洞探測(cè)時(shí)，應(yīng)考慮其尺寸埋深比。

（4）低阻目標(biāo)體的地電反映容易被周邊地形或異常影響所掩蓋的問(wèn)題，特別是對(duì)于埋深較大的扁平狀溶洞或土洞的探測(cè)問(wèn)題。遇到上述情形時(shí)，如果異常體大小不能充分滿足分辨率要求，一定要給予足夠重視，應(yīng)結(jié)合視電阻率界面的變化趨勢(shì)及相關(guān)地質(zhì)資料，充分考慮該區(qū)域可能出現(xiàn)地質(zhì)情況。

/References

［1］李金銘.《地電場(chǎng)與電法勘探》［M］.北京：地質(zhì)出版社，2005.

［2］沈鴻雁.《高密度電法勘探方法與技術(shù)》［M］.北京：地質(zhì)出版社，2012.

［3］周揚(yáng)，陳服軍，陳桂林，鐵瑛，陳平.《高密度電阻率法測(cè)深原理及應(yīng)用實(shí)例》［M］.北京：地質(zhì)出版社，2012.

［4］劉曉東，張虎生等.高密度電法在工程物探中的應(yīng)用［J］.工程勘察.2001，（4）:64～66.

［5］葛如冰，黃偉義等.高密度電法在灰?guī)r地區(qū)的應(yīng)用研究［J］.物探與化探，1999，23（1）:28～32.

High Density Resistivity Method in the Application of the Guangdong Zhaoqing Typical Karst Area Exploration

Yi Longke
（Guangdong geological survey institute，Guangzhou Guangdong 510080）

High-density electrical prospecting to identify the distribution of karst complex karst region is a good tool.The high density electrical prospecting and conventional electricity Combination，and with a variety of measuring devices，shades balanced approach，karst geology Zhaoqing City，Guangdong typical karst area survey carried out to identify the Quaternary in the region development and downs of soil cave and karst bedrock，and to provide a basis for the evaluation of karst development and disaster areas.Firstly，high density electrical prospecting application conditions and application of the results in the karst geological survey will be analyzed and summarized its application methods are summarized.

high density resistivity method； karst，apparent resistivity； physical characteristics

P631.3

A

1672-5603（2016）02-040-5

*第一作者簡(jiǎn)介 易隆科，男，助理工程師，主要從事地球物理勘探與研究工作。E-mail: yilongke@126.com

2016-2-21；改回日期：2016-5-10。