高密度电法在岩溶勘查中的应用

熊渝兴 尹雪波

摘要：冰源充沛的南方地区，石灰岩地层常见溶蚀裂隙、溶洞、暗河等岩溶发育现象。岩溶构造往往使得基岩完整性差，强度等级降低，且岩溶发育除宏观上满足水文地质规律，在局部具有分散性及不规则性，对建设工程安全形成潜在威胁。本文介绍了高密度电法在探测地下暗河岩溶构造的应用实例，表明高密度电法在南方石灰岩地区工程勘察中具有良好应用效果。

关键词：高密度电法；石灰岩地区；工程勘察；岩溶探测

1前言：重庆市南川区合溪镇九溪社区美丽乡村项目位于重庆市南川区最南部的合溪镇九溪社区，建设场地红线为长90m、宽50m的矩形。规划建设2排共5栋5层居民楼房，已完成场平工程。建设场地东北侧邻近九溪河，为常年性地表水体，水流方向自西北至东南方向，据现场调查，工作区流经段现状水位最高点标高661.6m，水位最低点标高660.2m，与场地水平落差约10m，坡降约1.4m，最小流量16.4㎡/s，平均流量为18.6㎡/s。工作区地层岩性为寒武系上统毛田组（∈m）中厚层状灰岩、白云质灰岩，地表因场平工程发现场地南侧有1个渗水溶洞A#（+672m），未发现其它涌水泉眼或落水洞，该岩层溶蚀裂隙较发育，为水体入渗提供了良好通道，主要补给来源为大气降水，因邻近九溪河，受河水水位涨落影响形成互补。为了避免和预防用地范围内建设工程遭受岩溶构造引发的破坏，为建设工程总体部署、岩土工程、场地稳定性及适宜性评价提供参考资料，采用高密度电法初步查明建设用地范围内第四系土层厚度：探测建设用地范围内岩溶发育的情况。

2高密度电法的原理

高密度电法基本原理源于常规电法，是以地层岩性的电阻率差异为基础，通过电极向地下供电，形成人工电场，采用测量电极测量该电场的电位差及电流。利用电场的分布与地下岩土介质的相关关系，根据公式（1）求得地下不同位置介质的视电阻率，获得地下介质视电阻率ps的分布规律，并根据视电阻率差异及地质规律，推断解释地下地质结构。

高密度電法通过人工完成布极后，根据设定的相应装置参数，仪器自动完成各电极排列的连续滚动供电及测量。温纳装置形式在运用当中压制干扰的能力及测量数据的稳定性相对较高。这种排列供电电极AB、测量电极MN均以中心原点0对称，通过AB、MN自动连续滚动采集进行测量，形成一个倒梯形的数据断面。

3测线布置及参数

根据调查的相关水文、地质资料，拟建的2排居民楼南侧发现渗水溶洞，东北侧毗邻九溪河，岩层产状358°∠2°，初步推测溶洞或溶蚀裂隙顺岩层倾向，即北东向延展，并与九溪河连通的可能性较大。因此，物探工作根据居民楼排布情况，在渗水溶洞以北，沿北西一南东向布置2条平行测线，剖面1-1位于北侧、剖面2-2位于南侧，长度各为90m，间距22m。

高密度电法使用重庆奔腾数控仪器研究所生产的WDJD-3数字直流激电仪进行数据采集，工作区北侧邻近公路，东西两侧有民用线缆，为降低游离电场干扰，施工采用较大电压270v供电。采用对称四极测深装置，电极距为1m，采集道数90，最大隔离系数29。

4数据处理

资料处理采用瑞典RES2D INV高密度电法反演软件对地质模型进行反演拟合计算，得到二维反演成果。数据编辑：高密度电法数据通过数据传输软件转换格式，生成RES2D INV高密度电法反演软件识别的数据文本，读入数据后，根据数据编辑功能，删除畸变的数据点。数据反演：数据反演采取最小二乘反演，因场地完成了场平工程，所以采用平地形的二维反演模型，生成反演剖面图。图形转换：将反演剖面保存为su rfu r数据格式，进行图形编辑，得到最终剖面成果图。

5成果解释

结合相关地质资料，根据电阻率断面图中视电阻率值的大小、异常的形态等特征，对灰岩中岩溶发育进行判释。

剖面1-1位于场地北侧，呈北西南东向布置，由于场地已实施场平工程，经土方开挖和平整，土层较薄，约1～2m。基岩面略有起伏，岩体电性特征呈明显的高阻，测线横向56～62米，埋深3～8米范围内呈明显的低的异常区，推断为灰岩溶洞发育，粘土填充，编号为1-1#。

剖面2-2位于场地南侧，呈北西南东向布置，由于场地已实施场平工程，经土方开挖和平整，土层较薄，约1～4m。基岩面略有起伏，岩体电性特征呈明显的高阻，测线横向57～62米，埋深1～6米范围内呈明显的低的异常区，推断为开口型灰岩溶洞发育，粘土填充，编号为2-1#。6认识：（1）高密度电法温纳装置形式在地表条件适宜的情况下，对南方石灰岩地区岩溶勘查有良好效果。（2）岩溶发育在宏观上满足水文地质规律，在局部具有分散性及不规则性，钻探工程往往以大间距分布，无法连续控制场地地下构造，而高密度电法以地电断面的形式，可以相对完整反映地质剖面情况，配合少量钻孔可以大大提高勘查效率及准确性，可以大大降低岩溶构造对建设工程的安全威胁，有广阔的应用前景。