高密度电阻率法在高速公路不良地质体勘探中的应用

龚 术，张 智

(1.湖南省有色地质勘查研究院，湖南 长沙 410015;2.桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541004)



高密度电阻率法在高速公路不良地质体勘探中的应用

龚 术1，张 智2

(1.湖南省有色地质勘查研究院，湖南 长沙 410015;2.桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541004)

为了寻找高速公路建设中不良地质体的分布位置及范围和地表下岩溶发育情况，探查地表下方30 m深度内的大溶洞和地下暗河情况等不良地质体，利用高密度电阻率方法对汕昆高速公路阳朔至鹿寨施工段进行了勘察。通过对野外数据的精细处理和和反演解释，得到如下结论：WK0410线36～52 m处以及55～68 m处为溶洞，并且有充填物，顶部深约为16.5 m和14.5 m；WK6960线40～52 m处以及60～65 m处为溶洞，顶部深均约为10 m；K11+445中桥34～44 m处有一无充填溶洞，顶深约为10 m，66～74 m处有一局部高阻异常，推断为无充填溶洞，顶深约为6 m；WK12080线52 m处有一接触界面，接触面的倾角为80°～85°，该界面的西北方向岩石较为完整，东南方向裂隙较为发育；马岭河大桥中层为含水较丰富的圆砾，下层为灰岩；狮子岭大桥48～68 m处以及80～88 m处为含水及其他充填物的溶洞，前者顶深约为10 m，后者顶深约为7.5 m；蒲芦互通上层为较为含水的黏土，下层为泥灰岩；大坪子隧道15～340 m表层为较为干燥的黏土层，190～210 m、250～340 m之间为含水的岩体破碎带，其余区域为较为完整的泥岩。

高速公路；高密度电阻率法；溶洞；断层

1 引 言

在高速公路建设中难免会遇到一些不良地质体，如溶洞、暗河等，从而引发崩塌、塌陷、滑坡等现象，这些不良地质体或出露或隐伏于地下[1-4]。为此，应先在施工前勘探出存在的不良地质体，以便采取恰当的措施来避免因不良地质体而带来的不良影响[5-9]。

近年来，高密度电阻率法作为勘探地下不良地质体的一种方法，被广泛地应用于环境地质调查[10]、水文地质[11]、工程地质调查[12]、遥感地质、煤矿水害防治、自然滑坡崩塌[13]、地震和地裂缝勘探[14-18]等行业领域中，取得了显著的效果。

本文结合工区的地质和地球物理特征，采用高密度电阻率法对汕昆高速公路阳朔至鹿寨施工段进行了高密度电阻率方法勘察，以寻找该工区地表下岩溶发育情况，探查地表下方30 m深度内的大溶洞和地下暗河情况等不良地质体，为后续工作的顺利开展提供了可靠的地球物理依据。

2 测区地质与地球物理特征

汕昆高速公路阳朔至鹿寨施工段位于广西壮族自治区东北部地区，线路区域位于架桥岭及海洋山中间地带，路线西端位于架桥岭东南端，范围内两端高，中间低平。线路起点至凤凰坪一带为丘陵区，受构造影响强烈，山体坡度较大，高差较大，沟谷发育，自然坡度20°～40°，中间夹数段的小规模低平台地，部分地段呈现峰林地貌，喀斯特石山平地拔起，群峰林立；凤凰坪至大塘镇段位于马岭河盆地内，为起伏不大的低平台地与冲击平原相间，台地地势低平，山体浑圆，坡度较小，平原区呈带状分布，地形平坦，中间被残丘相隔，海拔高度120～190 m，前后缘于丘陵区陡坎相接；大塘镇至本合同段终点为架桥岭东南端，为低山丘陵区，受构造影响，山势巍然陡峭，脊线明显，坡度一般30°左右，山间河谷坡较陡，甚至达45°以上，形成峡谷形态；山谷狭窄，“V”字形谷明显，海拔高度200～600 m。路线范围内地表植被较茂盛，山坡处植被主要为灌木丛、松树林、杉树林、竹林、桉树林。沟谷斜坡地则多被开垦为梯田，河谷平原多为水田。

已有的工程勘察报告显示：工区表面均有浮土、种植土以及其他第四纪土覆盖，大坪子隧道的基岩以泥岩为主，其余的以灰岩、硅质灰岩、炭质灰岩、泥质灰岩等为主，地下水位在基岩面以上。该测区的电性特征大体上表现为：地表土的电阻率较高，地下水位以下的土质的电阻率较低。其中裂隙发育的基岩的电阻率较低，完整的基岩电阻率较高。没有填充物或者充填物较为松散的溶洞表现为高阻现象，充填物为黏土的溶洞一般表现为低阻的情形。另外，由于地下水位较浅，所以断层的电阻率较低。因此工区内不良地质体具有很好的电法勘探前提。

3 数据采集

3.1 测线布置

测线布置总体情况：沿桥墩中线布设一条横剖面勘察大桥桥墩位不良地质体；K11+445中桥以及狮子岭大桥沿钻孔位置各布设两条纵剖面；马岭河南面布置了ZP-1、ZP-2两条纵剖面，河北面布置了ZP-3、ZP-4两条纵剖面，K13365和K13725桥墩由于在河中而无法布设横剖面；另外，沿隧道剖面各布设一条纵剖面(图1)。

3.2 仪器及方法

根据工区的地质与地球物理特征，本次高密度电阻率法采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD-2型高密度电阻率仪。桥墩横剖面采用2 m电极距、纵剖面采用5 m电极距，大坪子隧道采用5m电极距，每条测线采用α2装置(施伦贝尔装置)，实际完成高密度电法剖面总长度8 760 m。

图1 各勘探地段测线布置Fig.1 Layout of the survey lines in each exploration area

在数据采集过程中，在观测中设置了高密度的观测点，如果发现观测数据干扰较大或有疑问，则立即重新测量，直至能够确认数据无误为止，全部工作均符合技术规范要求。在取得多种参数时，经相应程序的处理及自动反演成像，可提供该地断面地质解释图件，并且快速、准确，提高了电阻率方法的效果和工作效率。此外，在资料处理方面可以抑制随机干扰、消除人为误差，独特的处理方式对外界的影响也有一定的限制，大大提高了准确性及有效性。

4 资料处理和解释

通过对实测的高密度电阻率数据进行分析、编辑和2.5D反演解释，绘制了视电阻率拟断面图和反演电阻率断面图。在反演过程中，对数据进行了一定的圆滑处理，最后结合视电阻率拟断面图和反演电阻率断面图来进行资料的整理与解释。

4.1 WK0410线

图2为WK0410线的物探综合剖面图，该线的50 m处对应于钻孔ZK0410。从反演电阻率断面图可以看出，该线基本上分为三层，上层电阻率较高，厚度较薄，推断为第四纪土；中层电阻率最低，推断为富含地下水区域；下层电阻率较高，推断为含水率低的基岩，从钻探结果来看，该层为灰岩。从视电阻率拟断面图可以看出，该线的36～52 m处以及55～68 m处视电阻率较低，推测为溶洞，并且有充填物，顶部深约为16.5 m和14.5 m。

4.2 WK6960线

图3为WK6960线的物探综合剖面图，该线的50 m处和70 m处分别对应于钻孔ZK6960(右)和钻孔ZK6960(左)。从反演电阻率断面图可以看出，该剖面大致分为两层，其中上层比较薄、电阻率较低推断为含水土层；下层较厚，电阻率较高，推断该层为灰岩；84～100 m有一倾斜的低阻异常，推断为破碎带或者断裂带。从视电阻率拟断面图来看，该线40～52 m处以及60～65 m处视电阻率较低，推断为溶洞，顶部深均约为10 m。

图2 WK0410线综合成果Fig.2 The comprehensive results of WK0410 line

图3 WK6960线综合成果Fig.3 The comprehensive results of WK6960 line

4.3 WK10475线

图4为WK10475线的物探综合剖面图，该线70 m处对应于钻孔ZK10475(左)。从反演电阻率断面图可看出，该剖面大致分为两层，其中上层比较薄、电阻率较低，推断为含水土层；下层较厚，电阻率较高，推断为灰岩。反演结果没有局部异常，但是从视电阻率拟断面图上可以发现，在30～55 m处、60～76 m处有两处电阻率低异常，判断为溶洞发育，顶部深均约为10 m。

4.4 K11+445中桥WK11426线

图5为WK11426线物探综合成果图。该线70 m处对应于钻孔ZK11426，从反演电阻率断面图可以看出，该剖面大致分为三层，其中上层比较薄、电阻率较低，推断为含水土层；中层电阻中等，推断为细砂层；下层电阻率较高，推断为灰岩。从视电阻率拟断面图来看，34～44 m处有一局部高阻异常，推断为无充填溶洞，顶深约为10 m，66～74 m处有一局部高阻异常，推断为无充填溶洞，顶深约为6 m。

4.5 WK12080线

图6为WK12080线物探综合成果图。该线50 m处对应于钻孔ZK12080。从反演电阻率断面图可以看出，该剖面大致分为三层，其中上层比较薄、电阻率较低，推断为含水土层；中层电阻中等，推断为黏土层；下层电阻率较高，推断为灰岩。以钻孔为界，小号点(钻孔的西北方向)电阻率比大号点(钻孔的东南方向)电阻率高，推断52 m处有一接触界面，接触面的倾角为80°～85°，该界面的西北方向岩石较为完整， 东南方向裂隙较为发育。从视电阻率拟断面图上可以发现，在45～51 m处电阻率低异常，判断为溶洞发育，顶部深均约为20 m。

图4 WK10475线综合成果Fig.4 The comprehensive results of WK10475 line

图5 WK11426线综合成果Fig.5 The comprehensive results of WK11426 line

图6 WK12080线综合成果Fig.6 The comprehensive results of WK12080 line

4.6 马岭河大桥WZ13455线

图7为WZ13455线物探综合成果图。该线70 m处对应于钻孔ZK13455。从反演电阻率断面图可以看出，该剖面大致可以分为三层，上层电阻率中等偏低，厚度较薄，推断为黏土层；中层电阻率较低，推测为含水丰富的砾石层；下层电阻率较高，推测为含水率较低的砾砂。该测线没有溶洞引起的局部异常。

4.7 狮子岭大桥ZP-7线

图8为ZP-7线物探综合成果图。该线124m、160 m、195 m、258 m、322 m、375 m和407 m处分别对应于钻孔ZK34125、ZK34095、ZK34065、ZK34005、ZK33975、ZK33915和ZK33855。该线140～250 m之间电阻率较低、联测电阻率较高，推断140～250 m之间的低异常为表层含水丰富的黏土层引起的。该线48～98 m、130～168 m、197～217 m、230～235 m、290～300 m、320～340 m、390～400 m位置出现电阻率低异常，推测是由含水及其他充填物溶洞引起的，溶洞的顶深分别12 m、15 m、11 m、13 m、10 m、6 m和10 m。

4.8 蒲芦互通WCK0437线

图9为WCK0437线物探综合成果图。钻孔ZCK0437在该线的60 m处。从反演电阻率断面图来看，该线可以分为两层，上层电阻率较低，结合钻孔资料推断，上层为较为含水的碎石和粉土；下层电阻率较高，推测为泥灰岩。42～50 m、54～64 m处存在局部低阻异常，推测为含水及其它充填物的溶洞引起的，溶洞顶深均为12 m，70～82 m处存在高阻异常，推测为无充填溶洞引起的，顶深约为10 m。

4.9 大坪子隧道(DPZSD)

图10为大坪子隧道物探综合成果图。钻孔ZK37980和钻孔ZK37650分别在15 m和460 m处。从反演电阻率断面图来看，15～340 m表层电阻率较高，推断为较为干燥的黏土层，190～210 m、250～340 m之间出现低阻异常，推测为含水的岩体破碎带。其余区域电阻率中等，推断为较为完整的泥岩。

图7 WZ13455线综合成果Fig.7 The comprehensive results of WZ13455 line

图8 ZP-7线综合成果Fig.8 The comprehensive results of ZP-7 line

图9 WCK0437线综合成果Fig.9 The comprehensive results of WCK0437 line

图10 DPZSD线综合成果Fig.10 The comprehensive results of DPZSD line

5 结 论

通过对野外数据的精细处理和和反演解释，得到如下结论：

1)WK0410线36～52 m处以及55～68 m处为溶洞，并且有充填物，顶部深约为16.5 m和14.5 m；WK6960线40～52 m处以及60～65 m处为溶洞，顶部深均约为10 m；

2)K11+445中桥34～44 m处有一无充填溶洞，顶深约为10 m，66～74 m处有一局部高阻异常，推断为无充填溶洞，顶深约为6 m；

3)WK12080线52 m处有一接触界面，接触面的倾角为80°～85°，该界面的西北方向岩石较为完整，东南方向裂隙较为发育；马岭河大桥中层为含水较丰富的圆砾，下层为灰岩；

4)狮子岭大桥48～68 m处以及80～88 m处为含水及其他充填物的溶洞，前者顶深约为10 m，后者顶深约为7.5 m；

5)蒲芦互通上层为较为含水的碎石和粉土，下层为泥灰岩；大坪子隧道15～340 m表层为较为干燥的黏土层，190～210 m、250～340 m之间为含水的岩体破碎带，其余区域为较为完整的泥岩。

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The Application of High Density Resistivity Method to Prospecting Defective Geological Bodies of Highways

Gong Shu1,Zhang Zhi2

(1.HunanNonferrousGeologicalProspectingResearchInstitute,ChangshaHunan410015,China;2.SchoolofGeosciences,GuilinUniversityofTechnology,GuilinGuangxi541004,China

This paper prospects the construction section from Yangshuo to Luzhai of Shan-kun highway by the high density resistivity method,in order to find the distribution position and scope of bad geological bodies in the highway-building and the developmental condition of subsurface karst,to probe the bad geological bodies under the condition of big karst caves below the surface of 300 meters and the condition of underground rivers. After processing intensively field data and conducting inversion interpretation on the field data,conclusions are obtained as follows: the karst cave lies in 36～52 meters and 55～68 meters with filling materials in the WK0410 line,and the top depth of the karst caves are located at 16.5 meters and 14.5 meters. The karst cave in the WK6960 line is located at 40～52 meters and 60～65 meters and the top depth of karst cave is about at 10 meters. There is a karst cave without filling between 34～44 meters of K11+445 bridge,the top depth of karst cave about 10 meters. It is inferred as an unfilled karst cave between 66～74 meters for there is a part of abnormal high resistivity and the top depth is at about 6 meters. There is a contact interface whose inclination angle is 80～85 degrees,at 52 meters of WK12080 line,and the rock interface located at northwest direction is complete and fracture in the southeast direction is more developmental. There exists some round gravels with relatively abundant water in the middle layer of Maling river bridge,the lower layer of which is full of limestone. Karst cave containing water and other fillings are placed at 48～68 meters and 88～95 meters in the lion ridge bridge,and the former top depth of karst cave is about 10 meters,the latter top depth is about 7.5 meters. Clay with more water is at the upper layer of Pulu exchange section,lower layer of which is filled with marl. The relatively dry clay layer is at 15～340 meters of Daping tunnel,the rock fracture zone with water is between 190～210 meters and 250～340 meters,and complete mudstones exist in the rest of the region of the section.

super highway; high density resistivity method; karst cave; fault

1672—7940(2016)06—0765—10

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.013

国家自然科学基金项目(编号：41574078，41274070);广西自然科学基金项目(编号：2013GXNSFAA019271,2015GXNSFAA139238)；广西壮族自治区地质资源与地质工程“八桂学者”经费专项(编号：2013GXBG13015)

龚 术(1982-)，男， 工程师，主要从事工程物探检测方面的工作。E-mail：gongshu820@163.com

P631.3

A

2016-06-25