高密度电法在云南某高速公路岩溶勘察中的应用（精品论文）

第5卷第5期2008年10月工捏够球物理告赧CH I N ESEJ O U RN AL O F EN G I N EERI N GG EO PH YSI CSV01．j ．N O ．50Ct．。2008文章编号：1672—7940( 2008) 05～0543一04高密度电法在云南某高速公路岩溶勘察中的应用刘兵1，李曙光2( I．广东核力工程勘察院，广州510800；2．中国地质大学地球物理与空间信息学院。武汉430074)摘要：灰岩地区岩溶普遍发育，所产生的溶蚀带、溶洞等不良地质现象。会严重地影响到高速公路路基工程质量与施工进度。高密度电法集电测深和电剖面装置于一体。由于它具有采集信息多．数据量大，观测精度高，速度快和探测深度较大等特点，因而在工程地质和水文地质勘查中广泛应用。本文将高密度电法应盯于云南某高速公路的岩溶勘察中．取得了很好的效果，为路基施工及岩溶的勘察治理提供了地球物理依据。关键词：高密度电法；岩溶勘察；高速公路中图分类号：P631文献标识码：A收稿日期：2008--05--05Appl i cati onof M ul ti ‘ _· l 。

北部因受地质沉陷和红、黄土层沉积，形成黄土层沉积，形成黄土丘陵地貌。根据近海型含煤岩系形成时聚煤盆地的地貌特征、河流和三角洲沉积发育的情况，可进一步分出若干个亚型。由于马山潜粗面火山岩结构构造特征，使其具有较强的抗风化能力，再加上断裂构造等因素，在周围沉积岩层逐渐侵蚀夷平的状态下形成孤立残丘地貌，使之具有山虽不高却有拔地突起之感。

灰岩是一1引言岩溶指可溶性岩石，特别是碳酸盐类岩石( 如石灰岩、石膏等) ，受含有二氧化碳的流水溶蚀，有种较为特别的岩体，碳酸盐类矿物含量极高，溶蚀现象较为普遍：1|。在灰岩地区修筑高速公路时，溶蚀现象不仅会导致基岩面起伏很大，还会产生较多的溶蚀带、溶洞、土洞等不良地质现象，严重基金项目：国家自然科学基金项目( 40574032) 资助。作者简介：刘兵( 1980一) t男· 湖北荆州人，工程师，主要从事工程物探方面的工作与研究。E—m ai l ：gdhl @ vi p．163．cO ITI 万方数据5441=程地球物理学报( Chi nese J ournalofEngi neeri ng G eophysi cs)第5卷地影响到路基工程质量与施工进度。因此，灰岩地区高速公路路基的工程地质勘察不仅需要探明基岩的起伏，还必须查明沿线的溶蚀带、溶洞等不良地质现象。进行路基岩溶工程地质勘察的传统手段主要为钻探，但这种方式存在费时、费力，同时控制点稀少、信息量小等缺点：引。为了使岩溶勘察工作更加快速、经济、全面，根据不同岩溶发育的物性差异，许多物探方法在实际工作中得到广泛应用。

高密度电法就是其中之一，它兼具剖面法与测深法的功能，具有点距小、采样密度高的特点，广泛应用于灾害调查及工程勘察中。2高密度电法工作原理及特点高密度电法是多种排列的常规电阻率法与资料自动反演相结合的综合方法，其原理与常规电阻率法相同，是一种阵列勘探方法。它们都是以地下介质( 岩层) 的导电性差异为基础的一种物探方法。地下各种介质在施加人工电场作用下，由于介质的电性差异导致地下传导的电流分布也存在差异，可以用视电阻来反应出这种电性差异性分布。在一定的供电和测量电极排列方式下，通过供电电极供电，测量电极测量出测量电极之间的电位差，再通过数学公式计算出视电阻率，然后通过分析视电阻率的分布规律判断地质体的埋深、位置、规模、形状等情况，寻找地质目标体o] 。与常规电阻率法相比，高密度电法集电测深和电剖面装置于一体，一次布极可以获得更丰富的信息。由于它提供的数据量大，信息多，并有观测精度高，速度快和探测深度较大等特点，因此在工程地质和水文地质勘查中应用很广泛[ 4] 。3工程概况云南某高速公路为国道主干线二连浩特至河口公路的一部分，所研究勘察区位于云南省的昆明市石林县至红河自治州弥勒县境内。区内为高原溶蚀峰林洼地地貌，地形总体波状起伏较大，山脉总体走向为近南北向，沿线峰林及洼地发育，峰林山体庞大，坡度陡峭，峰顶大多分枝为两个或多个山头。

峰林及洼地地势相对高差一般为50～l O O m 。全线地面标高在1679～1859m 之间，起伏较大。路线或切割峰丘，或跨越洼地，或于洼地及峰丘间穿梭。区内溶蚀洼地较为发育，零星分布于沿线及其附近，具有深、长、陡的特点。图1有岩溶塌陷的岩溶洼地Fi g．1Karstdepressi onw i thcol l apse4工区地球物理特征根据前人的总结，各地层及岩石具有如图2所示的电性特征。伏较大。路线或切割峰丘，或跨越洼地，或于洼地及峰丘间穿梭。区内溶蚀洼地较为发育，零星分布于沿线及其附近，具有深、长、陡的特点。电阻牢，0· m．I01I ) O1U100IO U敛密硫 化矿体火喷者西 变质省石器( 火成岩骚泥铁锚质长甍 质钙质 壳P、l 斑点(熏 质岩)帖t际岩和础冰糨物页 岩I —●砂砾麓褐煤馍恳藕荻岩甾凌亦图2地质介质中的电阻率常见值范围Fi g．2The com m on val ues range of resi sti vi tyi n geol ogi c m edi a从图2可以看出本工区上覆土层及强风化层与下覆完整基岩在电性上差异明显。而下覆基岩如果存在岩溶发育，其发育带或位置形成溶沟、溶槽、溶洞等将在电性上与完整的基岩产生明显的差异』] 。

工区内覆盖层与下覆基岩电阻率值相差1—2个级次，从视电阻率上反映，覆盖层显示为低阻，下覆基岩显高阻；强透水带、断层破碎带、裂隙密集带，含水率较高，电阻率相对完整岩石较低。从视电阻率上反映，以上不良地质体均显示为低阻，完整岩石显示为高阻。 万方数据第5期刘兵等：高密度电法在云南某高速公路岩溶勘察中的应用545对于岩溶通道，若通道内充水( 土) ，该通道为相对低阻，电阻率值与水( 土) 相当，从视电阻率上反映，显示为相对低阻，围岩显示为相对高阻；若通道内无充填物，阻值按空气计，通道为高电阻率，围岩为低电阻率。根据以上分析，认为工区具备开展电法勘探的地球物理前提。5野外资料采集高密度电法野外资料采集采用温纳装置，点距4～5m ，每剖面实接电极数60根，断面层数16层，温纳装置每一剖面每次重叠150m 。仪器在每次测量工作开始时，都须进行电压测试，主机及转换开关的工作参数应满足仪器规定要求才投入使用；对每剖面电极排列按编号进行接地情况检查，并记录地形地貌变化情况，以便后期资料处理；对每一剖面的电极号位置进行记录，以校正地形起伏而造成的电极实际位置差异。本次勘查深度为30m ，依据电法勘探理论，勘察深度一般为AB／2的1／3左右，考虑到山区地形起伏等原因的影响，若采用装置点距4 m ，每次工作剖面理论长236 m ，最大AB／2约120m ，勘查深度完全能达到30m 。

为保证勘查端点获取的E掣艰勘查信息达到30m 深度，勘查剖面的布置都沿端点两侧延伸70m 左右。6数据质量保证勘探仪器选用中国地质大学研制生产的G M D 一6高密度测量系统和重庆奔腾地质仪器厂生产的DU K一2高密度电法仪，仪器自动进行电位补偿、极差校正，计算K值、视电阻率等测量参数，读数自动存储。测量与供电导线用兆欧表测量，其绝缘电阻均不小于10 M 92／km ；供电电源采用干电池，电池箱绝缘良好，对地绝缘电阻大于15M Q ，满足规范要求。为了保证测试数据的准确性，野外工作严格按照规范要求，工作中对部分测线测点进行检测，计算均方误差均小于5％，资料处理采用2D RES二维高密度电法反演软件，最后迭代误差小于8％。高密度电法在岩溶勘察中的应用结果显示，本次物探工作质量良好，所得资料较准确。7勘查成果解释图3为该高速公路路基岩溶勘查中的一段高图3高密度电法反演断面Fi g．3The i nversi on secti on of m ul ti —el ectrode el ectri c m ethod图4地质解释剖面Fi g．4The profi l eof geol ogi cali nterpretati on 万方数据s．46工程地球物理学报( Chi neseJ ournalof Engi neeri ng G eophysi cs)第5卷密度电法反演剖面。

该路段地表条件复杂，部分区域灰岩裸露，裂隙发育，沟渠广布。在剖面的低洼部分，地表风化破碎，水系较为发育，其反演电阻率较低，为该区典型的覆盖表层。基岩的高阻特征明显，与覆盖层的电性差异较大，因而从反演断面图上可以较方便地确定基岩界面。高密度电法在岩溶勘察中的应用根据++680段的侵入状低阻异常r6] ，可以认为该640处岩溶较发育，在图示位置可能存在溶洞。在+670位置布钻，经钻探验证，在5．0"--14．7m 处打到溶洞，粘土填充。最终的地质解释剖面图见图4。8结论J ) 高密度电法作为一种快速有效的工程物探方法在各种工程勘察中广泛应用。本次工程实例，通过钻探验证证明了高密度电法在岩溶路基勘察中的可行性与有效性。2) 高密度电阻率法是以电性差异为勘察的物理前提，从理论上讲，在低阻背景中对空洞进行探测，空洞不能被水或其他低阻物质充填；在高阻背景中对空洞进行探测，必须要求空洞被水或其他低阻物质充填。从探测目标的尺寸上讲，在早期的电法研究中，认为洞径比为1：1、最小为1：2为有效探测的界限。所以对一些物性差异不明显的岩溶或溶洞、规模较小的溶槽或溶洞并不能全部反应出来。3) 物探资料的解释本身具有多解性，因此，在资料的综合分析判断中应尽可能结合已知的地质资料及其它相关数据，以减小偏差。

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