高密度温纳剖面法在探查溶洞中的应用

崔 毅

(陕西省水利电力勘测设计研究院地质勘察分院,陕西咸阳 712000)

高密度温纳剖面法在探查溶洞中的应用

崔 毅

(陕西省水利电力勘测设计研究院地质勘察分院,陕西咸阳 712000)

灰岩是一种较为特别的岩体,区内溶蚀现象较为普遍。溶蚀现象会产生较多的溶蚀带、溶洞等不良地质现象,会严重地影响工程质量与施工进度。根据高密度温纳剖面法的原理与野外工作方法,通过应用实例分析高密度温纳剖面法在岩溶区中勘察的应用。

高密度电法;温纳剖面;溶洞

0 前言

灰岩是一种较为特别的岩体,区内溶蚀现象较为普遍。溶蚀现象不仅会导致基岩面起伏很大,还会产生较多的溶蚀带、溶洞等不良地质现象,会严重地影响到工程质量与施工进度。因此,灰岩地区的工程地质勘察不仅要探明基岩的起伏,还必须查明区内的溶蚀带、溶洞等不良地质现象。由于这些不良地质情况出现的随机性较大,仅用钻探难以达到理想效果,必须借助于工程物探手段。

1 高密度温纳剖面法

高密度温纳剖面法是一种阵列式电阻率测量方式,集电剖面和电测深于一体,采用高密度布点,进行二维地电断面测量,提供的数据量大、信息多,并且观测精度高、速度快,近年来应用越来越广泛,尤其在灰岩地区寻找土洞、溶洞及构造破碎带也相当有效。

高密度温纳剖面法勘探的前提条件是地下介质间的导电性差异,通过 A、B电极向地下供电(电流为 I),然后测量M、N极电位差△U,从而求得该记录点的视电阻率值 ρs=K*△U/I。根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析,便可获得地层中的电阻率分布情况,从而解决相应的工程地质问题。

2 高密度电法在探查溶洞中的应用

高密度温纳剖面法的野外数据采集是通过阵列电极装置形式来实现的。电极排列的长度和电极间距的大小直接影响采集数据剖面对洞室的反映能力。电极间距越小对目标体的探测精度越高,但是如果电极数固定不变,随着电极间距的减小,排列长度也相应减小,从而减小了剖面的探测深度,也影响了对埋深较大的空洞的探测能力。因此野外作业时,要先收集相关资料,对空洞的尺寸大小和分布深度有大致了解,先做试验,然后设计合理的数据采集排列使探测目标体落在排列探测区域的有效范围内,一般探查深度约为探查目标体深度的 2倍,最小电极间距一般应为探查深度的1/10～ 1/15。

3 工程实例

在某水库库区存在岩溶现象,对水库蓄水极为不利。受建设方委托,我院应用高密度电法对该区进行高密度电法勘察。目的是查明地下溶洞及其位置,推测溶洞埋深和规模,为设计施工提供详细的工程物探勘察资料。

3.1 概况

场区地处丘陵地带、地面起伏相对不大,基岩主要以灰岩为主,地表存在薄层碎石土。

根据理论研究与野外试验结果,本次野外工作采用 60个多种电极组合的温纳装置进行测量,点距 1～5 m,排列长度60～295 m。野外测量数据现场传输到计算机进行初步处理,作出初步的推断解释,对异常点及突变点进行重复检查,以确保数据真实可靠。

测线大致垂直溶洞走向布置。在发现的岩溶异常地段布置适当钻探孔进行验证。

3.2 资料处理

高密度温纳剖面法资料处理流程首先将存储在仪器内的测量数据通过传输软件传输到计算机,进行坏点删除、地形校正及格式转换等预处理,然后将进行滤波、反演拟合等处理后得温纳剖面图,根据电阻率变化异常特征结合钻探和地质调查资料作出地质解释。

3.3 典型温纳剖面图及解译

本次高密度电法探查典型温纳剖面图,如图 1、2、3所示。图 1为无溶洞时高密度电法温纳剖面图,图 2、3为有溶洞时高密度电法温纳剖面图。

图1

图2

图3

图1中电阻率分布相对均匀,无明显异常,其左端表层存在低阻区,经结合探槽、探坑资料,其为砂壤土层,在图 2中,169m处存在一低阻异常,异常区高度 7 m,中心点埋深约9 m,经钻探验证,其为高 1 m的溶洞,洞内充满水;在图 3中15m处存在一低阻异常区,异常区高度 4.5m,中心点埋深约 4m,钻探揭示,其为一高约 1.5m的溶洞,洞内填充有黄色泥土,在 36m处存在一倾向左端的高阻界面,经探槽揭示,其为岩层接触面。

通过对高密度温纳剖面法测量数据资料进行分析、处理,结合钻探资料、现场地质调查,本次探查发现较大规模的岩溶发育多处,效果明显,为地质勘察提供了有力的证据。

4 结论

高密度温纳剖面法作为一种快速有效的工程物探方法在各种工程勘察已多次应运。本次工程实例,通过坑探、槽探、钻探验证,证明高密度温纳剖面法在对探查溶洞是行之有效的。

(1)只要参数设置恰当,高密度电法在岩溶勘察中能准确查明地下溶洞及其位置,推测溶洞埋深和规模。

(2)高密度温纳剖面图中的电阻率异常范围往往相对实际异常体要大,在处理解释过程中要特别慎重。尽量要进行实际地质调查和收集坑探、槽探、钻探资料,综合分析解释,以提高物探成果的精度和可信度。

总之,只要野外工作参数设置恰当,高密度电法在岩溶地区勘察中是能够发挥其应有的作用。

[1]董浩斌等,高密度电法的发展与应用,地学前缘,第 10卷第 1期,2003.3

[2]刘晓东等,高密度电法在宜春市岩溶地质调查中的应用,中国地质灾害与防治学报,第 13卷第 1期,2002.3

[3]葛如冰等,高密度电阻率法在灰岩地区的应用研究,物探与化探,1999年第 1期

P624

B

1004-1184(2011)01-0110-02

2010-09-21

崔毅(1973-),男,陕西长安人,工程师,主要从事水电物探勘探工作。