综合物探在岩溶路基勘察中的应用

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， 贵州 贵阳 550081）

贵州省大部分区域为岩溶较发育地区，这些溶洞、溶沟、溶槽的发育会严重降低路基的承载力，导致路基的不均匀沉降，局部塌陷等地质灾害。因此，最大限度的查明地下岩溶的位置和发育范围，对于高速公路建设的可行性和安全性，具有十分重要的意义。

高密度电法是一种阵列式电阻率测量方法，它借鉴地震勘探技术与计算机数字技术的典型应用，集电剖面与电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面的测量，既能揭示地下某一深度水平岩性的变化，用能提供岩性纵向变化的情况。由于贵州地区多为填充型溶洞，电阻率明显低于围岩的电阻率，为高密度电法提供了良好的探测条件。

地震映像法是基于反射波法最佳偏移距技术发展起来的一种探测浅层介质中不均匀体的有效方法，其特点是数据采集简单，具有很高的工作效率，采用小偏移距和小道间距可以减小地形的影响。由于溶洞顶底界面与围岩的波阻抗有明显的差异，是弹性波的强反射界面，为地震映像提供了探测条件。

1 工区地质与地球物理概况

1.1 工区地质概况

场区地势平坦，位于峰从间，横向坡度约5～10°，路段以填方路基形式通过，场区海拔 1271.2～1344.4m，相对高差 73.2m；路线通过段地面高程在 1059.82～1073.78m之间，相对高差13.96m。

经地质调绘，场区岩层产状为 270°∠11°，主要节理有 145°∠23°、340°∠80°两组；节理间距5-10cm，微张，泥质充填。场区岩体节理、裂隙发育。

1.2 工区地球物理概况

场区覆盖层为残坡积层红粘土，下伏基岩为三叠系中统杨柳井组白云岩。

根据测区野外岩土体主要物理量测量结果，测区主要岩土层的地球物理参数如下：

岩 性 视电阻率m×W 纵波速度（m/s） 密度（3mkg ）/红粘土 30～120 600～1300 1.5～1.7白云岩 500～2000 2500～3500 2.3～2.7填充溶洞 30～200 1000～1500 1.0～1.2

由上表可知，红粘土、白云岩和填充溶洞之间的视电阻率和波阻抗都存在明显差异，为高密度电法和地震映像法勘探提供了较好的地球物理条件。

2 物探方法基本原理

2.1 高密度电法基本原理

供电电极（A、B）向地下供电，建立起电场。改变供电装置（A、B）和测量装置（M、N）的排列、大小和相对位置来改变电流在地下的分布情况，通过记录地面电场的变化，就可以计算出地层中相应位置的视电阻率。

其工作原理如图1所示。

图1 高密度电法工作原理示意图

2.2 地震映像法基本原理

地震映像法是基于反射波法最佳偏移距技术发展起来的一种浅层勘探方法，该方法可以利用多种地震波作为有效信号，通常将反射波作为地震映像的有效信号。在这种方法中，每一个测点的波形记录都采用相同的偏移距进行激发和接收。沿测线方向记录的各个测点的波形，能够反映出地下介质在垂直方向和水平方向上的变化特征。

其工作原理如图2所示。

图2 地震映像法工作原理示意图

当地下存在岩溶发育时，地震映像在时间剖面上会出现同相轴错断、缺失，并产生眼球状同相轴或产生绕射波等现象。

3 数据采集与解释

兴义环城高速初步勘察阶段和施工过程中均发现岩溶发育路基，对里程桩号K7+260～K7+500段路基进行物探勘察。

图 3为高密度电法视电阻率剖面解释图，施伦贝谢尔法进行数据采集，采集24层，采用3m电极距布置排列。对采集得到的数据，先使用二维电阻率反演成像软件的数据处理功能进行预处理，同时输入测线地面高程数据，作地形校正，再据经验在软件中合理设置解释所必须的参数，运行软件进行反演解释。

图3 高密度电法视电阻率剖面解释图

由图可见在剖面桩号73～90m，深度9.6～16.5m存在一低阻异常，异常近椭圆形，推测为岩溶裂隙发育，异常中心可能发育有溶洞。

由于物探多解性，无法确定低阻异常是否为溶洞发育，其具体位置和分布范围也很难圈定，因此根据视电阻率低异常，结合地质地形和现场施工条件，在异常位置布设一条地震映像测线，炮检距为5m，道间距为1m，采样间隔为0.025ms，检波器主频为38Hz。得到如图4的地震映像时间剖面。

图4 地震映像法时间剖面

由图可知在剖面桩号75～84m，深约60～85ms范围内，同相轴错乱、波组相位不连续、时间延迟，推测该区域岩溶发育。

结合物探资料和现场情况，在桩号80m的位置布设一钻孔，溶洞经钻探验证，位于深度 10.5～14.5m，高约 4m，填充形式为含碎石的软塑性粉质粘土，且顶部和底部均为中风化的白云岩。

4 结论

本次物探在工区填方路段，首先采用高密度电法进行勘探，圈释出异常区域，再采用地震映像法进行勘探，得到以下两点认识：

（1）高密度电法由于多解性，仅通过低阻异常无法判断溶洞的发育程度；地震映像法对溶洞有较强的反应，但无法对溶洞进行定量分析。综合两种方法，能够相互验证，克服单一方法的局限性，更加准确查明岩溶的分布范围、埋深和发育情况。

（2）路基岩溶区域地下介质复杂多样，而物探往往具有不确定性，应当物探先行，在重点、存在异常的区域合理布设钻探，减少钻探工作量，降低勘察成本；同时利用钻探成果指导物探工作，提高勘察质量和物探准确性。

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