多维度综合物探法应用效果分析

2021-11-25刘浩，刘灿，孙旭，高鹏，卢向星

品牌与标准化 2021年6期

关键词：电法电阻率高密度

刘浩，刘灿，孙旭，高鹏，卢向星

【摘要】通过对溶洞异常分布探测，充分利用各种物探方法的优势点和互补性，准确查明岩溶地区的工程地质条件和岩溶发育规律。本文以某灰厂岩溶探测为例，分析评价了基于多维度综合物探方法在岩溶严重发育地区勘察中的应用效果。

【关键词】综合物探;岩溶探测;地球物理;应用分析

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.06.023

Application Effect Analysis of Multi-dimensional Comprehensive Geophysical Method

LIU Hao，LIU Can，SUN Xu，GAO Peng，LU Xiang-xing

（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd.，Jinan 250100，China）

Abstract： Through detecting the abnormal distribution of karst caves， we can make full use of the advantages and complementarities of various geophysical methods to accurately identify the engineering geological conditions and karst development rules in karst areas. In this paper， the application effect of multi-dimensional comprehensive geophysical prospecting method in the exploration of karst seriously developed areas is analyzed and evaluated by taking karst exploration in a certain ash factory as an example.

Key words： comprehensive geophysical exploration;karst exploration;geophysics;application analysis

1 引言

岩溶是工程勘查中重点关注的对象之一，考虑到单一物探方法具有一定的局限性和多解性，为进一步改善探测效果，采用多维度物探方法对于实际探测具有重要意义[1]。本文以贵州某灰厂岩溶勘查为例，采用高密度电法、瞬变电磁法、地震映像法、充电法和自然电场法进行综合探测的方法技术。现场探测结果显示，高密度电法对地层电阻率的纵向分辨能力强，瞬变电磁法、地震映像法对地层电阻率的横向分辨率较好，充电法和自然电场法对岩溶地下水通道敏感。最后，通过地质钻探验证结果，多种方法相互补充，体现了综合物探的优越性。

2 工程概况

研究区位于贵州某灰场区，该灰场由东南方向开口的手扶椅形山坡洼地组成，上下高差200 m左右。灰场上部第四系覆盖层较为发育，地层主要由黏性土组成，混有碎石、角砾，下部岩层包括有页岩、灰岩、砂岩等岩层。

3 工程物探勘察方法选择

场地岩溶主要发育在灰岩层中，灰岩相比其他岩层，具岩体完整、强度高的特征，相应弹性波速度、电阻率高，对电磁波低吸收;当岩体存在溶隙、溶洞、破碎带、软弱夹层等不良地质体时，物性特征会因其影响程度不同而发生相应变化[2]，其主要的地球物理响应为：弹性波速度降低、电阻率下降、对电磁波高吸收。场地内的土层、基岩、巖溶等地质体之间存在较大的物性差异。这些差异使测区具备电法勘探、弹性波勘探的物性条件。

鉴于场区工程地质条件较为复杂，根据本场地区的岩土体地球物理特征，本次勘测合理选用地球物理探测方法，通过高密度电法、瞬变电磁法进行扫面工作，地震映像法、充电法和自然电场法进行验证追索岩溶发育分布。根据不同研究方法取得的基本地质资料与物探成果，结合工程地质调查及钻探，对存在的岩溶地质问题进行分析与评价。

4 综合物探成果分析

工程物探数据的野外采集是工程物探工作的关键，但如何把野外采集的有关数据通过内业的分析、计算、解释成工程地质资料对技术人员来说更为重要[3]。只有通过对比、验证、积累经验，才能促进分析、解释技术水平的提高。下面以YC-1岩溶区域各物探测线为例分析综合物探方法的应用成果。

4.1 高密度电阻率分析

根据此次岩溶发育情况和工区的地质地形条件，本次灰场共布设8条高密度电法测线，其中L1线呈近东西向横跨了工区内岩溶洞穴所在的沟谷。图1a为该测线的反演结果。从反演结果可以看出，测线所经过区域岩溶发育，在剖面上发现有两处明显的低电阻率异常YC-1和YC-2。其中YC-1异常的影响范围约为5～10 m的宽度，推测该异常为岩溶洞穴向东南方向延伸所引起。YC-2异常埋深更浅，约在4～5 m，整体规模更小，推断为岩溶通道。

4.2 瞬变电磁法分析

本次探测共布设18条瞬变电磁法测线。其中，S2线与高密度电法的L1线位置相对应，走向近于西东。工作时所使用的有重叠回线和中心回线两种装置。具体反演结果如图1b所示，两种装置所测得的结果基本一致，电阻率值分布都不均匀。在测线45～55 m处有一明显的低阻封闭异常，这与高密度电法的YC-1低阻异常的位置相吻合，判断为地下岩溶通道发育导致。除YC-1异常外，测线约70～75 m位置还有一规模略小的异常，该处异常与高密度电法的YC-2号异常相对应，推测为主岩溶通道的一个分支通道。

4.3 充电法分析

利用高密度電法和瞬变电磁法可以从电阻率的分布来判断岩溶通道的大体走向。但是，电阻率容易受第四系覆盖层等其他因素的影响，会对岩溶通道的判断造成一定的干扰。而根据现场情况，雨后地表不断有水流排泄进入岩溶洞穴，这为使用充电法形成了有利的条件。根据导水通道两侧充电法得到的电位梯度符号相反的原理，来判断地下水流经的途径，从而实现对该岩溶洞穴排泄通道的探测。

本次工作布设3条近南北向充电法的测线，与推测的岩溶通道相垂直。从充电法的结果来看（图2a），正负电位梯度值的过渡位置与瞬变电法的低阻圈闭位置基本一致。该结果既指明了该处地下水排泄通道的位置，也从侧面印证了瞬变电磁法的探测结果。

4.4 自然电场法结果分析

为了能进一步辅助分析地下水进入岩溶洞穴之后的流向和分布特征，在场区内开展了3条自然电场法的探测工作。图2b所示结果为自然电位分布。自然电场法的L1线的观测结果显示自然电位在地下岩溶通道的两侧有较大的差别。而L2和L3线所得的自然电位分布规律虽然与L1线基本相同，呈现北侧电位更高的趋势，整体电位变化更趋于平缓，推测这是由于随着远离岩溶洞穴口，地下排水通道逐渐加深所致。

4.5 地震映像法

地震映像法D1线与瞬变电磁法的S2线、高密度电法的L1线位置相对应，走向近于西东，穿过山沟和后期验证孔ZK17。具体反演结果如图3所示。从图3中可以看出，与上述方法所测得的结果基本一致，溶洞附近弹性波速度分布都极不均匀。在测线26～30 m处有明显的低速封闭异常，这与YC-1低阻异常的位置相吻合，判断为地下岩溶通道发育导致。

4.5 综合解释

1）根据上述物探资料综合分析，圈定岩溶异常，通过工程钻探与综合物探验证，场区灰岩层岩溶发育，其他岩层未见洞穴及大裂隙发育。

2）现场探测到较大溶洞为两处，往下游方向合成一个主洞室，主洞室存在多层空腔，主洞室长约10 m，宽约11 m，洞室上顶部呈楔子状穹顶，上顶处层基岩及覆盖层厚度约为0.6～7.6 m，主洞室洞底深度约10～15 m，洞底沿下游方向以坡角30度左右逐渐向下变深。并且在主岩溶通道旁发现有一些分支通道。

5 结论

通过对物探数据的分析、处理、解释，结合现场已有地质资料，查明的勘察区内岩溶空间分布形态和位置。在异常体埋深范围的确定上，物探手段得到的异常体范围较大，钻探手得出的异常体范围较小，这一数值差异是由于测区岩层的体积效应所致[4]。但钻探揭露的异常体位置大多在物探手段圈定的范围之内。

综合比较这几种方法的应用效果：

1）高密度电法断面结果反映的是灰岩与上覆第四系地层的平均电性反映，当灰岩表面溶蚀发育而呈锯齿状时，断面测量资料能反映灰岩面总体起伏状况。

2）地震映像法需要提高数据的信噪比，处理中要分析、编辑不正常的炮道，并特别注意异常层段的数据是否正常，这样才能获得更真实反映岩溶的地质剖面资料。

3）瞬变电磁法对于近似水平层状介质下的电性层探测与划分有良好的效果。

4）充电法的不足之处在于电流在地下流经的距离有限。

5）自然电场法的观测效果对地形起伏较大的场地并不理想。

岩溶及岩溶管道勘察是一项循序渐进的工作，需要由面到线，最后落实到点上，是勘察工作逐步精细化的过程。在岩溶地区重大工程建设项目工程地质勘察采用工程物探方法，对下一步进行工程施工具有较强的指导意义，避免了工作的盲目性。