高密度电法及跨孔电磁波CT技术在粤北某机场隐伏岩溶探测中的联袂应用

宋 允，郑 兴

核工业二九〇研究所地质环境中心，广东 韶关 512000

为拉动粤北地区的经济发展，粤北某灰岩地区建设了一座综合性通用机场，飞行等级指标为4C，占地面积为2.2km2。区域地质资料显示该场地位于泥盆系上统天子岭组（D3t）灰岩上，初步勘察中隐伏岩溶表现特征差异大，分布广泛、埋深不一致、充填物性质不一，无法判别岩溶分布发育规律，通过采取联袂应用高密度电法和跨孔电磁波CT的勘察方法，取得了较好的效果。

1 场地地质条件

该建设场地主要岩性为灰岩，上部为薄～中厚层灰岩、泥质灰岩，下部为中厚～厚层灰岩。建设场地构造位置处于粤北山字形构造体系的脊柱东侧，南北向瑶山复背斜的东翼，北东向的厢廊向斜北西翼；断裂构造主要为北东向犁市断裂，次为北西向的断裂构造。建设场地中部有一条推断的北东向32°断裂构造通过，受区域构造影响，场地内岩石节理裂隙较发育，主要有三组节理发育，节理宽0.1～0.5cm，节理局部充填方解石。受岩性及构造的影响，该场地可能发育隐伏岩溶，发育强弱及联通情况不明[1]。该场地位于剥蚀丘陵地貌区，地表有多处池塘，距武江河近。地表覆盖层为耕植土层和粉质黏土层。地表地质调查并未发现溶洞、土洞坍塌的迹象，现状地质灾害不发育[2]。

2 高密度电法

2.1 工作原理

高密度电法勘察原理是以岩土体的电性差异为基础，向研究对象施加电场，根据地下传导电流的变化分布规律判断研究对象的性质。溶洞、残坡积层、含砂透镜体电阻率较低，灰岩、砂砾岩电阻率较高。在地表测量接收极之间电压UMN，利用欧姆定律计算电阻率，根据不同深度的电阻率变化，推测地下溶洞或土洞分布状况[3]。

2.2 外业布线

在场地内共布设6条测线，总长度为13km，跑道区域3条较长，每条长3.73km，间隔200m，航站楼及办公区域布设3条较短的测线，每条长0.6km，间隔200m。该测线布设能够覆盖整个区域的岩溶发育情况，通过测试地下电阻率情况，圈出岩溶发育异常区域，测线布设如图1所示。

图1 高密度电法测线布设图

2.3 高密度电阻率法解译

高密度电阻率法的数据处理是把所测得的视电阻率经数据格式转换、数据预处理、地形校正、正演和反演计算，最后得到视电阻率成像色谱图并对其进行地质解释。通过绘制高密度电法解译剖面图及推断岩溶异常分布图，推测异常分区及岩溶发育情况。6条测线分段解译之后，以6条测线为剖面线，在地下30m范围内，测得多处电阻异常点，表明在建设区域内存在大量土洞和溶洞。

2.4 高密度电阻率法成果及缺陷

此次布设6条测线共13km，圈出岩溶发育重点区地段长度共计1672m，岩溶发育深度为5～25m，较大溶洞36处，较小的溶洞有132处。将168个电阻异常点投射在场地平面图上，并沿其边缘将岩溶发育区圈定，共圈定岩溶高发育区7个，岩溶主要发育在机场北东部跑道和航站楼左侧地段。

高密度电法表明建设场内局部地段岩溶发育，特别是跑道东北部及航站楼左侧岩溶发育程度高。但高密度电法仅大致圈出了岩溶高发育区，对于岩溶的发育程度、发育规模及各测线之间的溶洞连通性并未揭示，故该结果应用于工程建设及岩溶治理是存在缺陷的。

3 跨孔电磁波CT

为彻底探明岩溶的发育，特别是平面上的岩溶发育联通情况，在高密度电法圈定的岩溶发育区域内，使用跨孔电磁波CT可进一步查明岩溶发育情况。

3.1 工作原理

跨孔电磁波CT是通过测量透过两钻孔的电磁波能量的吸收衰减量，并通过计算机对观测数据进行层析成像处理，重建两孔间介质电磁吸收系数图像，根据介质电磁特性与地下介质的地层、构造的相关关系，重构地下结构与构造的地质剖面图[4]。

3.2 野外工作

跨孔电磁波CT测量工作使用仪器为EWCT-3型孔间电磁波层析成像系统。根据高密度电阻率法的成果，在机场建设区内圈定的7个岩溶高发育区进行重点勘测，勘测区分布及勘测孔分布示意图如图2所示。

图2 电磁波CT工作区布设图

3.3 资料解译

由于不同介质对电磁波的吸收存在差异，当电磁波穿越不均匀地下介质，或者层析介质中存在不均匀层或裂隙破碎等异常时，其吸收系数就会呈现异常，利用这些差异来推断目标体位置及其几何形状[5]。

一般而言，完整灰岩吸收系数较低，电磁波强度数值在0.18～0.3dB，泥质胶结、岩溶裂隙发育、黏土充填溶洞、黏土介质对电磁波吸收较强，反演图上电磁波吸收系数较高，一般大于0.4dB/m。在此次资料解译中，将大于0.4dB/m的区域推断为岩溶发育异常区域。其典型的观测剖面图如图3所示。

图3 电磁波CT观测剖面图

3.4 跨孔电磁波CT成果

通过利用跨孔电磁波CT技术，共圈定物探异常210处，推测溶洞异常106处，推测岩溶发育区104处。工作区内推断岩溶发育区垂向深度主要是标高为5～45m，推断溶洞的垂向深度主要是标高为66～73m；在平面分布上推断的岩溶异常主要是分布在跑道东北侧和航站楼东北侧，具体分布如图4所示。利用跨孔电磁波CT技术，可详细探明高密度电法圈定的岩溶高发育区内，岩溶的联通情况和发育规模，基本能够满足岩溶治理的工作需求。

图4 电磁波CT工作区溶洞分布平面图

4 钻探验证

在联袂使用高密度电法及跨孔电磁CT技术查明岩溶异常区后，采用钻探验证的方法，证实了岩溶发育及联通的准确性。在钻孔验证中，采用对比方案，分别在高密度电法圈定的异常区范围外、异常区范围内、CT圈定的发育区内外布置验证钻孔。

经钻孔验证，发现串珠状的连续发育溶土洞，基本沿区域内的断裂带分布，分布方向也沿断裂方向延续。

5 结束语

在机场建设区隐伏岩溶勘探中，高密度电法可以在整个建设区域中圈出岩溶高发育区，但不能确定在高发育区中的各岩溶联通情况，而利用跨孔电磁波CT技术可在岩溶高发育区内布设测线，能够很好地解决岩溶联通的问题，同时向下延伸了岩溶发育深度情况。经过钻孔对比验证，高密度电法及跨孔电磁波CT法联袂应用可较准确地查明岩溶的分布情况及发育程度。