高密度电阻率法在岩溶探测中的应用

贾同福， 尹志勇， 汤洪志

(东华理工大学勘察设计研究院，江西抚州 344000)

高密度电阻率法在岩溶探测中的应用

贾同福， 尹志勇， 汤洪志

(东华理工大学勘察设计研究院，江西抚州 344000)

岩溶不仅会导致基岩面起伏很大，而且会产生较多的溶蚀带、溶洞、土洞等不良地质现象，对于建筑物的结构安全影响很大。介绍了高密度电阻率法的基本原理及特点，应用该方法对景德镇市某场地进行了岩溶探测。通过对视电阻率二维成像图异常形态、高低阻等的特征分析，推断了该场地的岩溶分布范围、大小和埋深。经钻探验证，推断结果与钻探资料吻合，为建筑物的基础设计及施工提供了重要的参考价值和指导意义。

高密度电阻率法;岩溶;探测

随着我国建筑事业的发展，高层、超高层、重型厂房等建筑越来越多，对工程勘察的要求也越来越高，尤其是岩溶发育地区。岩溶不仅会导致基岩面起伏很大，而且会产生较多溶蚀带、溶洞、土洞等不良地质现象，对建筑物结构安全的影响越来越大。近年来，由岩溶发育引起的地面塌陷(王建军等，2008)、建筑物不均匀沉降等灾害数量越来越多，直接威胁着人们的生命和财产安全。因此，有必要对岩溶地区进行探测，查明基岩起伏、溶蚀带和溶洞等不良地质现象，为设计和施工提供科学的依据。高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，具有数据量丰富、成本低、受场地干扰小等优点(董浩斌等，2003)，在环境污染调查、工程地质调查、坝基及桥墩选址、采空区及地裂缝等众多领域取得明显的地质效果和显著的经济效益(董路等，2008;段来成，2008;汤洪志等，1997;孔繁良等，2008;李建华等，2007)。

1 高密度电阻率法的基本原理及特点

高密度电阻率法是以探测地下目标体与围岩之间的导电性差异为基础的一种地球物理勘探方法，研究在人工施加稳定电流场的作用下，地中传导电流的分布规律，从而解决水文地质、工程地质和环境问题。野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于观测剖面的各测点上，然后利用程控电极转换装置和微机工程电测仪便可实现数据的自动采集。将测量结果送入微机后，可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种图示结果(刘国兴，2005)。其工作流程图见图1。相对于常规电阻率法，高密度电阻率法具有如下优点:

(1)电极布设一次性完成，测量过程中无须更换电极，这不仅减少了因电极设置引起的干扰和故障，减小了测量误差，而且大大提高了工作效率，为野外数据的快速采集和自动测量打下了基础。

(2)能有效地进行多种电极排列方式的测定与组合扫描测量，提供数据量大、信息多，因而可获得丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。

(3)野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于手工操作带来的误差和错误。

(4)可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可自动绘制和打印各种成果图件。

2 测区的地质概况

测区占地面积51 570.26 m2，拟建A座26层住宅楼，B座31层住宅楼，C座11层住宅楼，D座33层住宅楼，E座31层住宅楼。区域地质资料显示，景德镇市为扬子东南陆缘与华夏陆缘之间的造山系北界，二者以钦州湾-杭州湾结合带相接，该带是具有一定宽度的构造带，内部结构复杂，以浙赣段出露较好。上部为第四系松散层所覆盖，基底为震旦系变质岩(板岩、千枚岩)、石炭系沉积灰岩，第四系以来断裂构造不发育，新构造运动微弱，区域稳定性良好。经土方开挖，地势平坦，高差约2 m。经过现场试验和勘察，测区第四系覆盖层和下伏基岩的不同风化程度存在明显的电阻率差异，具备良好的地球物理探测条件。

图1 高密度电阻率法工作流程图Fig.1 The operating chart of high density resistivity method

3 工作方法与技术

高密度电阻率法野外资料采集采用重庆奔腾地质仪器厂生产的DUK-2高密度电法仪，仪器能够自动进行电位补偿、极差校正，计算K值、视电阻率等测量参数。经现场试验比较α，β，γ等装置的测量结果后，决定采用温纳装置(α排列)，一次布设60根电极，电极距为3 m，依据拟建建筑物的位置，共布置了8条测线，其中穿过A座与B座走向的三条，穿过B座、D座和E座的三条，穿过A座与C座走向的两条。

4 资料的分析与成果解释

高密度电阻率法解释时，根据场不能突变的原则，相邻数据点不能突变，在数据处理过程前先对个别数据畸变点进行圆滑处理，但保持电阻率曲线的总体趋势不变。数据处理完后再进行数据格式转换和地形改正，最后以快速最小二乘法得到反演剖面图，根据反演成果图进行解释推断。本次探测的8条剖面，只有6号和7号剖面存在异常。

图2a是6号测线高密度电阻率法的断面反演及解释图。从图2b可以看出，当前的拟合差为18.9%，高、低阻区域在断面上有清楚的反映，在A，B区有一孤立的低阻区，推断两处为溶洞，A区推测埋深为6.5～20 m，直径为15 m左右，B区推测埋深为3.0～6.0 m，宽度为9 m左右;图2b是7号测线高密度电阻率法的断面反演及解释图。从图2b可以看出，当前的拟合差为18.8%，高、低阻区域在断面上有清楚的反映，在C，D，E区均反映为低阻，推断三处存在溶洞，C区推测埋深为3.0～6.5 m，直径为6 m左右，D推测埋深为2.5～6.5 m，直径为9 m左右，E区推测埋深为2.5～13.0 m，直径为9 m左右。

5 异常验证情况

为了验证此次勘察资料解释的可靠性，在物探解释为溶洞的地方布置2个钻孔进行验证，钻孔位置见图2。结果表明，ZK1孔在深度0～2.3 m处为杂填土，2.3～2.8 m为全风化千枚岩，2.8～3.5 m为强风化千枚岩，3.5～8.3 m为溶洞，全填充状态，填充物主要为岩屑和软土;ZK2孔在深度0～4.6 m处为杂填土，4.6～7.4 m处为强风化千枚岩，7.4～20.3 m为溶洞，填充物主要为岩石碎屑及软土，有水。由此可见，高密度电阻率法所解释的异常与钻探结果基本上是吻合的。

在本次勘探当中解释的溶洞深度与钻探揭露的深度还是有一定的差异，主要原因为:(1)物探解释的是整个断面的物性参数，是根据异常区与围岩之间电阻率差异来判断的。对整个断面而言，电阻率的变化是一个渐变过程，对钻探而言，只是针对一个点，很难把握这个点在整个断面当中的准确变化情况，只能把握大体情况。(2)仪器本身存在系统误差，处理软件也存在拟合差。

图2 电阻率法的断面反演及解释图Fig.2 Inversion and explanation of resistivity section

6 结论

高密度电阻率法作为一种快速有效的工程物探方法在各种工程勘察中已多次应用。通过本测区的岩溶探测，再次证明了高密度电法在岩溶探测的可行性。通过本次探测，可以得出以下结论:

(1)高密度电阻率法能够较准确的查明岩溶发育的位置、埋深等参数，与钻探配合使用，可以大大的减少钻探工作量，为建筑物的基础设计和施工提供重要的参考价值和指导意义。

(2)高密度电阻率法解释的溶洞深度与钻探揭露的深度还是有一定的差异，但是总体上把握的是比较准的，证明了高密度电阻率法在岩溶探测方面是可行的。

董浩斌，王传雷.2003.高密度电法的发展和应用［J］.地学前缘，10(1):171-176.

董路，叶腾飞.2008.ERT技术在无机酸污染场地调查中的应用［J］.环境科学研究，21(6):67-71.

段来成.2008.高密度电探法在隧道勘察中的应用［J］.东华理工大学学报:自然科学版，31(1):55-58.

孔繁良，陈超.2008.高密度电法在清江水布垭库区滑坡调查中的应用［J］.工程地球物理学报，5(2):201-204.

李建华，黄立勇.2007.高密度电法在岩溶、采空区探测中的应用［J］.土木工程，21(3):37-39.

刘国兴.2005.电法勘探原理与方法［M］.北京:地质出版社.

汤洪志，宫云鹏.1997.高密度电阻率法在地下涵洞勘测中的应用［J］.华东地质学院学报，20(4):343-348.

王建军，强建科.2008.高密度电法在地面塌陷勘察中的应用［J］.资源环境与工程，22(特刊):99-101.

Application of High Density Resistivity Method to Karst Exploration

JIA Tong-fu， YIN ZHi-yong， TANG Hong-zhi
(Reconnaissance Designing Institute，East China Institute of Technology，Fuzhou，JX 344000，China)

Karst can cause not only the fluctuation of bedrock surface，but such ill geological phenomenon as dissolution belt，karst cave，soil cavity and so on，which affects the structure security of buildings greater and greater.This paper briefly introduces the basic theory and features of the high density resistivity method，with which karst exploration is carried out in a specific site in Jingdezhen.From the analysis of the abnormity and high and low resistance of visual resistance ratio 2D imaging drawing，this paper infers the karst range，size and burying depth in the site，which accords with the result of exploratory drilling，possessing guiding significance and providing important reference value to the foundation design and construction of buildings.

the high density resistivity method;karst;exploration

P631.3

:A

:1674-3504(2011)01-094-03

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.01.016

2010-10-09

贾同福(1981—)，男，工程师，硕士研究生，主要研究方向:地基基础检测和工程物探。