高密度電法在某公路巖溶路基勘察中的應(yīng)用

黃 斌

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510507）

0 引言

隨著高速公路工程項(xiàng)目的增多，路基巖溶問(wèn)題日益凸顯，常規(guī)勘察以地面調(diào)繪結(jié)合地質(zhì)鉆探為主，該工作模式對(duì)地下巖溶調(diào)查具有較大的局限性，首先，調(diào)繪只能調(diào)查地表巖溶形態(tài)，鉆探雖能探查地下巖層，但是灰?guī)r區(qū)巖溶發(fā)育極不規(guī)律，鉆孔一孔之見(jiàn)的弊端使其無(wú)法調(diào)查清楚地下巖溶的分布及形態(tài)。物探作為一種面狀探測(cè)方法，在路基巖溶勘察中具有重要的作用，結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪及地質(zhì)鉆探能使其發(fā)揮最大作用，提高路基巖溶勘察的效率和準(zhǔn)確性。

1 工程案例

1.1 工程概況

連州某高速公路連接線路基開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)多處溶洞，為確保公路路基的安全穩(wěn)定，遂進(jìn)行路基巖溶勘察。

1.2 工程地質(zhì)條件

路基段屬喀斯特地貌，原地形起伏較大。由于已經(jīng)進(jìn)行施工，測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦。據(jù)已有地質(zhì)資料及實(shí)際開(kāi)挖情況反映，場(chǎng)地內(nèi)主要分布灰?guī)r，存在隱伏巖溶不良地質(zhì)作用。

路基段地層巖性主要由第四系松散沉積層、上泥盆統(tǒng)榴江組（D3）灰?guī)r組成。地層巖土性特征分述如下所述。

第四系（Q）：主要分布于丘陵表部，按成因類型、土性組合特征概述如下：1）坡積層（Qdl）：灰黃色，主要由粉質(zhì)黏土組成。2）殘積層（Qel）：灰黃色，主要由粉質(zhì)黏土組成，隨機(jī)發(fā)育土洞。3）場(chǎng)區(qū)內(nèi)基底地層為上泥盆統(tǒng)榴江組（D3）灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶隨機(jī)發(fā)育。4）地下水類型為第四系松散層孔隙潛水和巖溶裂隙水、巖溶水。以大氣降水及側(cè)向逕流為主要補(bǔ)給來(lái)源。地下水以側(cè)向逕流及蒸發(fā)為主要排泄途徑。地下水埋藏較深，勘察期間，未見(jiàn)地下水。

2 高密度電法工作方法

高密度電法的基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同（即采用一定的電極裝置，向地下發(fā)送人工直流電場(chǎng)，通過(guò)儀器接收直流電場(chǎng)流經(jīng)地下不同地質(zhì)體的電場(chǎng)信息，并對(duì)接收到的直流電場(chǎng)流經(jīng)地下不同地質(zhì)體的電場(chǎng)信息進(jìn)行處理、分析解釋，從而達(dá)到解決地質(zhì)或工程問(wèn)題的目的），所不同的是高密度電法在觀察中設(shè)置了較高密度的測(cè)點(diǎn)，它實(shí)際上是一種陣列勘探方法，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，只需要將全部電極設(shè)置在一定間隔的測(cè)點(diǎn)上，然后進(jìn)行觀測(cè)。在測(cè)量方法和儀器上采取了一些有效設(shè)計(jì)，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有較高的精度和較強(qiáng)的抗干擾能力，從而獲得較為豐富的地質(zhì)信息。它可以同時(shí)完成縱、橫二維的過(guò)程，即同時(shí)完成了電測(cè)剖面和電測(cè)深2種形式的測(cè)量。在資料解釋過(guò)程中，可采用多參數(shù)綜合解釋，因此，該方法集錦了常規(guī)電阻率的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了常規(guī)電阻率法觀測(cè)和解釋中的不足[1]。

2.1 測(cè)線布設(shè)

在該勘察過(guò)程中，路基共布設(shè)6條測(cè)線，測(cè)線編號(hào)從左至右分別為L(zhǎng)7～L13，測(cè)線間距為3 m，每條測(cè)線為120道，測(cè)點(diǎn)距為1 m，測(cè)線長(zhǎng)為119 m。測(cè)線布置如圖1所示。

圖1 路基段高密度電法測(cè)線布置平面圖

2.2 場(chǎng)區(qū)地球物理?xiàng)l件

場(chǎng)地的巖土體電性較復(fù)雜，第四系的電阻率值一般為n×10 Ω·m，由于地面出露基巖且風(fēng)化破碎，導(dǎo)致表層覆蓋層電阻率值可能為n×103Ω·m；下伏基巖的電阻率值一般在n×103～n×104Ω·m；如果溶洞且充滿空氣，其電阻率值表現(xiàn)為相對(duì)極高值，一般大于n×104Ω·m；如果溶洞含充填物，尤其是充水的情況下，其電阻率表現(xiàn)為相對(duì)極低值，一般小于50 Ω·m，甚至小于10 Ω·m。

2.3 成果解釋

該勘察物探先行，先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行物探測(cè)量，反演之后圈閉物探異常帶，再在異常帶上布置鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而提高勘察效率和勘察準(zhǔn)確性。

測(cè)線L7:在里程K1+448～K1+453高程163 m～156 m段出現(xiàn)極低阻異常團(tuán)暈，阻值小于50 Ω·m，驗(yàn)證鉆孔LJBZK5在高程164.4 m～160.4 m揭露溶洞，推測(cè)該異常區(qū)為巖溶發(fā)育區(qū)，編號(hào)為2-1_rd。測(cè)線L7高密度電法勘查成果圖如圖2所示。

圖2 測(cè)線L7反演剖面及地質(zhì)解釋剖面

測(cè)線L8:在里程K1+446～K1+451高程163 m～157 m段出現(xiàn)極低阻異常團(tuán)暈，阻值小于50 Ω·m，驗(yàn)證鉆孔LJBZK5在高程164.4 m～160.4 m揭露溶洞，推測(cè)該異常區(qū)為巖溶發(fā)育區(qū)，編號(hào)為2-1_rd。測(cè)線L8高密度電法勘查成果圖如圖3所示。

圖3 測(cè)線L8反演剖面及地質(zhì)解釋剖面

測(cè)線L9:該測(cè)線未發(fā)現(xiàn)明顯異常，測(cè)線L9高密度電法勘查成果圖如圖4所示。

圖4 測(cè)線L9反演剖面及地質(zhì)解釋剖面

測(cè)線L10:該測(cè)線未發(fā)現(xiàn)明顯異常，測(cè)線L10高密度電法勘查成果圖如圖5所示。

圖5 測(cè)線L10反演剖面及地質(zhì)解釋剖面

測(cè)線L11:在里程K1+459～K1+464高程167 m～163 m段發(fā)現(xiàn)相對(duì)低阻異常團(tuán)暈，阻值小于160 Ω·m，驗(yàn)證鉆孔LJBZK8未揭露溶洞，異常深度處巖芯較完整，異常應(yīng)為巖體相對(duì)完整導(dǎo)致，異常編號(hào)2-3；在里程K1+466～K1+478高程165m～159 m段發(fā)現(xiàn)極高阻異常團(tuán)暈，阻值大于14 000 Ω·m，驗(yàn)證鉆孔LJBZK9未揭露溶洞，異常深度處巖芯節(jié)理裂隙發(fā)育且未見(jiàn)地下水，高阻異常應(yīng)為節(jié)理裂隙導(dǎo)致，異常編號(hào)為2-4。測(cè)線L11高密度電法勘查成果圖如圖6所示。

圖6 測(cè)線L11反演剖面及地質(zhì)解釋剖面

測(cè)線L12:在里程K1+453～K1+456高程162 m～159 m段發(fā)現(xiàn)極低阻異常團(tuán)暈，阻值小于50 Ω·m，驗(yàn)證鉆孔LJBZK6在高程167 m～166.4 m段揭露溶洞，推測(cè)該異常區(qū)為巖溶發(fā)育區(qū)，編號(hào)2-5_rd；在里程K1+472～K1+478高程164m～160 m段發(fā)現(xiàn)極高阻異常團(tuán)暈，阻值大于15000Ω·m，驗(yàn)證鉆孔LJBZK9未揭露溶洞，異常深度處巖芯節(jié)理裂隙發(fā)育且未見(jiàn)地下水，高阻異常應(yīng)為節(jié)理裂隙導(dǎo)致，異常編號(hào)為2-4。測(cè)線L12高密度電法勘查成果圖如圖7所示。

圖7 測(cè)線L12反演剖面及地質(zhì)解釋剖面

測(cè)線L13:在里程K1+420～K1+425高程159 m～157 m、里程K1+434～K1+441高程161 m～158 m、里程K1+455～K1+459高程163 m～158 m發(fā)現(xiàn)極低阻異常團(tuán)暈，阻值小于50 Ω·M，對(duì)應(yīng)驗(yàn)證鉆孔LJBZK3、LJBZK4、LJBZK6皆揭露溶洞，推測(cè)該3處異常區(qū)為巖溶發(fā)育區(qū)，編號(hào)分別為2-6_rd、2-7_rd、2-5_rd；在里程K1+469～K1+471高程165m～163 m處發(fā)現(xiàn)相對(duì)低阻異常，驗(yàn)證鉆孔LJBZK9未揭露溶洞，異常深度處巖芯裂隙發(fā)育，高阻異常應(yīng)為節(jié)理裂隙中風(fēng)化灰?guī)r導(dǎo)致，異常編號(hào)為2-4。測(cè)線L13高密度電法勘查成果圖如圖8所示。

圖8 測(cè)線L13反演剖面及地質(zhì)解釋剖面

3 結(jié)論

該高密度測(cè)試采用測(cè)網(wǎng)形式進(jìn)行探測(cè)，能夠較為準(zhǔn)確地劃分異常區(qū)域，各測(cè)線電阻率一致性條件較好。

根據(jù)物探解譯成果，路基段共劃分出7處異常區(qū)。在異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，根據(jù)鉆探結(jié)果，這7處異常區(qū)有4個(gè)異常區(qū)內(nèi)鉆孔揭露溶洞，異常區(qū)編號(hào)為2-1rd、2-5rd、2-6rd、2-7rd，這4處鉆探揭露為黏性土充填溶洞，黏性土電阻率與周圍灰?guī)r相比為相對(duì)低阻，根據(jù)探測(cè)結(jié)果，高密度電法對(duì)充填黏性土的溶洞探測(cè)效果良好；有3個(gè)異常區(qū)鉆探無(wú)揭示溶洞，異常編號(hào)分別為2-2、2-3、2-4，這3處異常皆為高阻異常，根據(jù)鉆孔巖芯揭示，該3處異常對(duì)應(yīng)深度段的巖芯節(jié)理裂隙發(fā)育，且該場(chǎng)地地下水埋藏深，巖石裂隙中無(wú)地下水及其他充填物，裂隙相對(duì)周圍圍巖表現(xiàn)為相對(duì)高阻，其與無(wú)充填溶洞作用于電阻率的效果相似，因此該探測(cè)對(duì)于無(wú)充填溶洞的預(yù)判存在不確定性。

該路基巖溶的勘察表明，高密度電法在巖溶勘察中具有良好的效果，可以較為清楚地劃分巖溶分布區(qū)域，并且了解地質(zhì)鉆孔布孔，鉆探驗(yàn)證后又可提高物探解釋精度，將2種方法結(jié)合，可使路基巖溶勘察準(zhǔn)確高效。

高密度電法與地質(zhì)鉆探相結(jié)合的方法探查路巖溶具有良好的應(yīng)用價(jià)值，值得大規(guī)模推廣。