高密度电法在西南岩溶勘察中的应用

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， 贵州 贵阳 550001）

0 引言

岩溶，尤其是溶洞，是西南地区高速公路勘探中经常面临的地质问题之一，而溶洞发育的不规律性又增加了勘探的难度。

地下岩溶发育区常用的地球物理方法包括电阻率法，地震法，探地雷达法和瞬变电磁法。 其中，电阻率法是根据岩体导电性的差别，研究电阻率变化的一种勘探的方法。高密度电法是在基于的传统的常规电阻率法的基础上，发展起来的测量方法，一般情况下有效测量深度不超过100m。 其基本原理与常规电阻率法相同，但测量方法和技术手段取得了较大进展。 性能得到提高：数据收集，处理和解释的效率得到提高，数据的多样性得到了充实。 提高解读结果的可信度和准确性，降低成本。

1 地质概况

地质上，岩溶发育区为扬子准地台黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区化稿林背斜之南东翼。桥区未见断层，岩层综合产状140°∠15°，主要的两组节理产状分别为 270°∠85°、210°∠85°。场区地质构造简单。地貌上，属溶蚀—剥蚀低中山地貌，区内最高海拔1398m，最低地海拔1262m，相对最大高差136m左右。

岩溶发育区岩性较为单一，上覆残坡积（Qel+dl）粘土，下伏三叠系下统永宁镇组（T1yn）薄至中厚层状白云质灰岩。

调查得知：路线两侧均有一岩溶洼地，洼地内各发育一落水洞。

2 方法选择及其原理

白云质灰岩的视电阻率差异较大，粘土的视电阻率较低，白云质灰岩的视电阻率值较高，而在白云质灰岩中， 如果碎裂程度和填料含量增加，电阻率急剧下降。 这种物理性质的差异为研究区覆盖区域的研究，岩石断裂的发展和电阻率岩溶的发展提供了先决条件。

高密度电法主要的测量装置有：温纳、施伦贝尔、三极、二极以及偶极装置。其中，温纳及施伦贝尔装置最为常用，三级装置次之，二极及偶极装置再次。

3.1 装置选择

温纳设备和斯伦贝尔设备在现场进行了测试。 经过比较分析，斯伦贝尔被选为主要测量装置。 这有两个原因：首先，其水平和垂直灵敏度高于其它装置;其次，由于测区场地好，选择斯伦贝尔设备来有效抑制干扰并提高可信度。

3.2 温纳装置基本原理

斯伦贝尔装置是一种对称等距测深装置，即AM =NB=nl，其中n=1，2，3……，l为最小电极距。测量过程中，设定MN=l。其视电阻率表达式为

其中，装置系数

3 资料采集、处理及解释

3.1 资料采集、处理

高速公路和喀斯特开发表面的路线，特别是沿着路线对齐（即近似垂直两落水洞连线方向，以平行测量线4排列，线距5m。每条检测线均连接电极60，极距最小距离为5 m，每条测量线路295m，电源电压200V，以反复测量运载测量线，将测量线排列在程序中要求道路工程地球物理。见性能良好的测试仪器，并去除表面松动的电极和每个杂草，干燥以减少电阻接地的水量，每个电极15～20厘米深。

在采集结束时，原始数据被导入到计算机中，并且没有错误控制值和格式被转换，然后逆转地形校正。反演过程基于平滑应力的最小二乘法。其基本过程是：首先对二维电阻率剖面模型进行网格划分，给出模型的初始值。然后，用初始模型计算伪电阻率剖面，并模拟视电阻率曲线。根据安装误差，网格的大小会不断调整，直到两者之间的差值符合要求并且反转结束。反演后，40-50m剖面深度，拟合均方误差小于15，绝对误差小于4%。

3.2 岩性参数选择

工作区面积小，岩性变化不大。 根据钻井资料，获得表1所示地层的视电阻率参数作为地层划分的基础。

表1 钻孔标定岩性参数表

3.3 解释成果

研究结果表明，测区内有三个明显的岩溶发育异常区。 为了避免重叠，选择了一条关键测线来详细说明地质和地球物理解释（见图1和图2）。

图1 关键测线视电阻率剖面图

图2 关键测线地质-地球物理解释成果

由图1可分析知：

1.地球物理勘探结果表明，断面82米，中心深度接近16米，低阻异常解释为岩溶发育区存在充填溶洞。 钻孔ZK13揭示了该地区的一个岩溶发育异常区，这是一个发育不规则的小型溶洞。

2. 剖面位置110～130m、中心埋深13m附近发育一中低阻异常，解释为溶蚀裂隙发育区。ZK17钻孔揭示该处溶蚀裂隙较发育，不存在溶洞。

3.剖面位置185m、中心埋深14m附近，发育一中低阻异常，解释为溶蚀裂隙发育区。

4 结论

本次工作共探得岩溶发育区3个，验证重点区域2个。高密度电法较清晰地探测到岩溶发育区的水平位置和垂向位置，并大致反映了岩溶发育区的简单几何形态，对于充填溶洞效果尤其明显。

[1]李张明译. 直流电阻率法在岩溶探测中的应用[J]. 地球物理学进展. 1994(3),104～119

[2]赵卫楚,熊章强等. 综合物探在厦成高速岩溶地质调查中的应用[J]. 勘探地球物理进展. 2008(2), 154～157

[3]陈昌彦,白朝旭等．多道瞬态瑞雷波技术在公路岩溶发育区探测中应用[J]．地球物理学进展. 2010, 25(2):701～708