高密度电法在赣西地区岩溶勘察中的应用

黄志芳，王明丽，邓晓斌，刘 平

1.江西省煤田地质勘察研究院，江西 南昌 330001

2.河南省地球物理工程勘察院，河南 郑州 450053

3.江西信息应用职业技术学院，江西 南昌 330043

0 引言

由于电厂建筑对地基有特殊要求，特别是岩溶地基，必须查明拟建厂区岩溶的发育情况，尤其是要查明冷却塔下的地质情况，为了得到拟建厂区最新的较全面的岩溶发育情况，仅靠钻探的方法，不仅耗时长花费高而且对整个厂址的异常控制精度不高。岩溶地基勘察一直是岩土工程界的一大难题，当前解决这一难题的主要方法是高密度电法，高密度电法具有直观、经济、快速、高效的特点，可以快速有效的查明勘测区的岩溶异常分布形态。但其缺点是对于异常的垂向分辨率较低，且针对不同的地质地形条件，采用不同的装置方法将会造成不同的探测结果，为了得到较准确较全面的探测成果，在一个测区根据已知钻孔做高密度参数试验是很有必要的。

1 高密度电法工作的原理

高密度电法原理与常规电法相同，以岩石、矿物的电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的电流场在大地中的分布规律。这是一种适用于浅层电阻率测深——剖面法的阵列电阻率勘探方法。野外测量时预先将全部电极置于测点上，然后通过程控电极转换器和电测仪进行数据采集。因为电极是一次布置完成的，数据采集是程序控制自动进行的，其工作效率很高，而且可以避免手工操作容易出现的错误。一次布置完电极后，可以进行多种电极装置，从而获得丰富的地电断面信息。

2 高密度电法测量工作

高密度电法自上世纪80年代从日本引入我国以来，在工程勘探中应用效果显著，越来越被工程物探界所关注。高密度电法与常规电阻率法相比布置了较高的测点密度，一次可以完成纵横二维勘探过程，实现了电阻率的快速采集，观测精度较高，数据采集较可靠，对地电结构具有一定成像功能，能获取丰富的地质信息。目前该方法广泛应用于工程地质勘察和环境灾害检查，如覆盖层厚度、裂隙、洞穴、软弱夹层探测等。野外作业时，将全部电极置于测点，然后利用程控电极开关和电法仪器实现数据的快速自动采集

3 应用实例

3.1 工程概况

勘察区位于江西省分宜市，地貌属丘陵及山前冲积平原，第四系覆盖层主要为红色-褐黄色粉质粘土，下伏基岩主要为二叠系石灰岩，灰岩中溶洞、溶沟、溶槽和溶蚀裂隙等岩溶现象发育。电厂建筑对地基有特殊的要求，特别是岩溶地区，如若地下存在不良地质体，则对整个设计将造成较大的影响，尤其是两个冷却塔的设计位置，是重点探测的范围。

3.2 电性特征

高密度电法勘察是本次勘探的方法之一。地层间的电性差异是进行高密度电法工作的基础，对地层电性特征的认识是对电性层进行地质标定、构造解释的基础。石炭系、奥陶系与其上覆各地层接触均存在明显的电性差异，基岩的电阻率一般大于100Ω·m，而覆盖层电阻率一般小于100Ω·m。覆盖层内的卵砾石也具有较高的电阻率，但与石炭系、奥陶系地层相比成明显的不均匀性，分布往往形成孤立岛状高阻，因此利用电性特征能够区分基岩与覆盖层间的界限。

3.3 参数选择

在进行钻探施工时，钻孔ZK16在深24m处见一高17m溶洞，直到41m结束。根据这一已知钻孔数据，设计沿着地层走向方向布置了一条通过钻孔ZK16的高密度电法测线，并分别采用了温纳装置及施伦贝尔装置进行数据采集，现场即对原始数据进行了处理解释，国内目前普遍多使用瑞典的2DRES软件进行数据处理，经过一系列的数据处理流程，得到两种不同装置的反演结果图，如图1、图2所示。图1为温纳装置反演结果图，图2为施伦贝尔装置反演结果图。

图1 温纳装置

图2 施伦贝尔装置

仔细分析对比两种装置的反演结果图，可以发现两种装置对异常的反映分辨率差别较大:图1对应ZK16位置并无明显的岩溶异常，但在钻孔的两侧有低阻异常。图2对应ZK16的位置从21m左右开始有一蓝色低阻异常，直至深部50多米结束，对应的视电阻率范围为10Ω·m ～60Ω·m，解释为岩溶反映，而钻孔实际为21m见溶洞至41m结束。图2的异常范围较钻孔结果要大，这是由于受体积效应的影响，异常的范围大小较钻孔所见岩溶深度要大，但溶洞顶部位置对应的比较吻合。分析对比试验结果后，决定采用施伦贝尔装置对整个勘察区进行探测。

3.4 资料处理结果分析

物探解释工作一般都是从已知到未知，从简单到复杂，当基岩面岩溶裂隙发育时，基岩面横向上呈向下凹陷的电性反映，浅部的低阻孤立体，若与基岩面以下的低阻异常有关联，则有可能是基岩面岩溶裂隙发育的一种表现形式。石灰岩基岩，横向上呈高阻反映，当岩溶裂隙发育时，局部会出现低阻异常，特别是低阻孤立体，表明此处岩溶裂隙较发育，极易形成溶洞等不良地质现象。

野外数据采集完成后，进入数据处理阶段，得到各条测线的反演断面图。在对各条测线进行解释的时候，参照试验结论进行半定量解释。根据当地地质情况，地下极有可能存在溶洞暗河，所以根据测区内各条测线解释的异常，组合成可能连通的异常圈，再绘制出平面异常图。

3.5 钻孔验证

钻孔验证是对物探工作评价最直接的方法，列表1为提供的三个验证孔的验证结果，可以看出，在充分做了试验准备工作，参照试验结果进行的半定量解释，可靠性是相对较高的。

表1

图3 验证孔1反演结果图

图4 验证孔2反演结果图

验证孔1钻探验证结果与解释结果较为接近，验证孔2的钻探过程出现挂壁现象，说明推断的异常中心位置与实际位置有偏差。

4 总结与分析

1）高密度电法工作是目前工程勘察用的较好的一种物探方法，在实际工作中，由于工作效率高、所反映的地电信息量大而受到广大同行的信赖。但由于其测量原理、方法技术的限制，也存在较大的局限性，分辨率较低。而且定量解释困难，只能确定其中心位置，对确切范围较难确定；2）为了高密度电法工作准确率，野外工作要严格按照规范执行，在条件允许的情况下，结合钻孔进行试验工作选定合适的装置、极距，解释工作更需要充分结合地质资料进行解释，以达到准确解决不同地址问题的目的。

[1]程志平.电法勘探教程[M].北京:冶金工业出版社，2007.

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