联合剖面法在高速公路地下河探测中的应用

毛承英，林炳臣

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁 530029)



联合剖面法在高速公路地下河探测中的应用

毛承英，林炳臣

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁 530029)

地下河为地下水富集区域，相对围岩具有明显电阻率低阻特征。由于电流受低阻“吸引”的作用，联合剖面法两支曲线经常出现低阻交点(正交点)，是辨别地下河的重要标志。文章基于对地下河探测宜采用的物探方法的对比分析，介绍了电阻率联合剖面法在高速公路地下河探测中的应用。实例表明，该方法具有分辨能力强、异常明显等优势，是地下河探测行之有效的方法之一。

电阻率联合剖面法；地下河；勘察；高速公路

0 引言

地下河是可溶岩地区地下水沿岩层裂隙溶蚀冲刷而形成的地下水汇集和排泄的岩溶洞穴，其空间分布受地层岩性、地质构造及地下水活动情况控制。在修建跨越地下河公路路基过程中，如地下河顶板厚度较小，容易发生溶洞顶板坍塌而引起路基下沉和破坏，且随时间的增加而加剧扩展。若拟修建高速公路隧道正好穿越地下河，在开挖过程中一旦掘开地下河阻水围岩，将会引起突然性地下涌水，若地下河在隧道顶部或下部，同样给隧道施工及后期运营带来诸多影响。所有这些不良地质条件都将给公路建设带来重大的安全隐患，如未采取合理的措施进行处治，往往会造成施工安全事故的发生，影响进度，浪费财产，还会产生各种病害，为后期运营安全埋下隐患。因此查明地下河赋存情况(平面位置及埋深)、规模大小、走向等信息是公路前期地质勘探中的工作重点，为公路选线及施工提供科学的地质依据，有针对性地进行支护设计或编制施工预案，减少工程建设成本、确保项目建设和运营安全。

1 地下河探测宜采用的物探方法对比分析

地下河为隐伏型充水岩溶洞穴，单凭地质调查、水文地质条件难以确定河的平面位置及埋深情况，钻探也不知在何处布孔，适宜的地球物理方法则能快速地查明地下河的发育位置。一般来讲，地下河探测常采用的物探方法有充电法、高密度电法(测深与剖面法)、可控源音频大地电磁法、探地雷达法、地震反射波法等，不同的场地条件、地下河发育规模及埋深需采用不同的方法。

充电法对具有出口、进口或天窗的地下河定位追踪准确，效果明显；可控源音频大地电磁法探测深度大，受地形影响小、不受高阻屏蔽影响、横向分辨率高，对地形起伏大、表层为高阻层、地下河埋深大且具有一定规模探测方面具有独特的优势；高密度电法则适合探测地形起伏小、不存在高阻屏蔽层、中浅埋深的地下河探测，尤其是其中的联合剖面法可有效追踪定位地下河位置；对于裸露灰岩，存在高阻屏蔽，不适合采用直流电法勘探，可以考虑采用电磁波勘探，深部宜选CSAMT法，浅部则选地质雷达；瞬变电磁法与地震反射波法也可用于地下河探测，但野外施工及资料处理较繁杂，实际应用相对少。

2 电阻率联合剖面法工作原理[1]

图1 联合剖面法装置示意图

(1)

(2)

图2 低阻体对电极电流场“吸引”作用示意图

可见，地下不同的电阻率异常体在联剖曲线中对应不同的曲线形态及正反交点，联合剖面法的本质即为利用实测联剖曲线的形态、交点性质、交点位置等信息来推断目标体的平面位置、导电性质、大小和埋深等，达到探测目的。

联合剖面法的特点是简单直观、异常明显、分辨能力强，常用于探测良导性矿体及含水断裂破碎带、岩溶通道等。

3 应用实例

3.1 工程概况

广西某高速公路K4+100～K6+400段岩溶路基位于可溶岩地区，覆盖层为第四系冲洪积黏土(Qal+pl)。下伏基岩为石炭系上统(C3)灰岩，岩层产状141°∠8°～12°。区域地质资料显示，该路段存在一条地下河横穿拟建公路。现场调查发现，该路段周边存在多处不同规模的岩溶塌陷坑，大部分塌陷坑已经被当地村民填平。为查明该段路基的岩溶发育及区域地下河的地下空间展布情况，结合场地条件及勘察要求，采用高密度电法联合剖面装置开展探测工作。

场地内地形较平坦，地表为较均匀的黏土层覆盖，勘察期间地下水位较高，地表水丰富，地下河(充水)相对围岩为电阻率低阻体，为开展联合剖面法探测提供了良好的地球物理前提。

3.2 工作布置及参数选择

在分析区域地质资料基础上，结合现场调查和当地村民反馈信息，粗略推测地下河大致落在K4+400～K5+000路段范围，本次物探工作即在该路段范围内开展。根据任务要求，结合场地条件，沿拟建公路布置一条纵测线，以查明路基范围内地下河的具体位置及埋深。另外，为了印证异常和确定地下河走向，还分别在路线两侧各布置了一条测线。工作布置如图3所示。

图3 物探测线布置及工作成果平面图

经验表明，联合剖面法极距AO一般要求>3～5倍的目标体埋深(H)。由于本次地下河埋深情况未知，因此需要用不同的极距进行观测。为方便工作，采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-3高密度电法仪的AMN和MNB装置进行自动滚动观测。探测极距AO选取15.0～145.0 m，即从最小极距15.0 m开始以单位电极距10 m步长逐次递增至最大极距145.0 m，共14组不同极距AO。测量电极距固定取MN=10 m。无穷远电极C布置于西南方向AB中垂线上，距离AB约600 m，达4倍以上最大AO。工作中使用270 V直流电源供电，能有效地压制外界因素的干扰。

3.3 资料处理及成果解释

(1)资料处理

(2)物探成果解释

图4 Ⅰ-Ⅰ′线实测联合剖面曲线图(AO=657585 m)

图5 Ⅱ-Ⅱ′线实测联合剖面曲线图(AO=657585 m)

图6 Ⅲ-Ⅲ′线实测联合剖面曲线图(AO=65 m75 m85 m)

Ⅰ-Ⅰ′剖面在物探桩号570～580/I附近出现明显的低阻正交点，且不同极距AO(对应不同探测深度)均有反映，其中以极距AO=65 m、75 m、85 m时异常最为明显，推测为电阻率低阻特征的地下河引起，地下河中心位置约在575处；Ⅱ-Ⅱ′剖面在物探桩号380～390/Ⅱ附近及Ⅲ-Ⅲ′剖面在物探桩号550～560/Ⅲ附近均出现与Ⅰ-Ⅰ′剖面对应的明显低阻正交点，亦为AO=65 m、75 m、85 m时异常最明显，推测为同一地下河引起，该地下河与拟建公路约相交于K4+665处，平面位置见图7和图3。根据三条测线在极距AO=65～85 m时出现明显低阻正交点的特征，定性推测地下河中心埋深在约40～50 m。

图7 根据3条测线的正交点推断地下河位置示意图

综上分析可知，三条测线的异常均较明显，对应性好，且同一测线不同AO出现的低阻正交点平面位置一致性也较好，因此可认为联合剖面法探测成果较好地反映了地下河在平面上的真实位置，但地下河埋深和规模大小较难获得准确的定量解释，宜作定性解释。

4 结语

利用电阻率联合剖面法对某高速公路地下河进行探测，在平行的三条剖面联剖曲线对应位置上均出现了明显的低阻正交点，基本查明了地下河的位置、埋深和走向，达到了预期目的。该方法具有简单直观、分辨能力强、异常明显的特点。

对于目标体埋深未知的情况，应采用多极距AO测量，利用高密度电法测量系统的AMN、MNB三极装置组合观测可高效地获得多极距AO的联合剖面曲线。

联合剖面法探测地下河不足之处是其推测的目标深度较难获得准确的定量解释，一般只能作定性解释。如有必要，可采用其他方法进一步查明地下河埋深。

[1]傅良魁.电法勘探教程[M].北京：地质出版社，1983.

[2]刘国兴.电法勘探原理与方法[M].北京：地质出版社，2005.

[3]吴礼群.电阻率联合剖面法在岩土工程勘察中的应用[J].长春工程学院学报(自然科学版)，2012，13(2)：70-72.

[4]徐振宇.利用联合剖面法寻找岩溶裂隙水[J].地下水，1994，16(3)：133-135.

[5]吴占华.联合剖面法在山区找水中的应用[J].地下水，2007，29(5)：112-113.

[6]龚道平.高密度电法测量系统作常规联合剖面的研究[J].东华地质学院学报，2002，25(3)：233-236.

[7]DZ-T0073-1993，电阻率剖面法技术规程[S].

Application of Composite Profiling Method in Detection of Expressway Un-derground River

MAO Cheng-ying，LIN Bing-chen

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

The underground river is the groundwater rich region，with obvious low resistivity characteris-tics compared to the surrounding rock.Since the current is limited by the low resistance“attraction”action，two curves of composite profiling method often show the low-resistance intersection(quadrature point)，which is an important symbol to identify the underground river.Based on the comparative analysis on geophysical methods which are often used to detect the underground river，this article introduced the application of resistivity composite profiling method in expressway underground river detection.The ex-amples showed that this method has the strong resolution，obvious abnormalities and other advantages，thus it is one of the effective methods to detect the underground river.

Resistivity composite profiling method；Underground river；Survey；Expressway

U415.6

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.013

1673-4874(2016)09-0048-04

2016-04-22

毛承英(1982—)，工程师，研究方向：工程物探检测；

林炳臣(1976—)，工程师，研究方向：工程物探检测。