综合物探方法在309国道马石店隧道勘察中的应用

时彦芳

山东省地矿工程勘察院，山东济南，250014

综合物探方法在309国道马石店隧道勘察中的应用

时彦芳*

山东省地矿工程勘察院，山东济南，250014

在309国道马石店隧道勘察中，利用高密度电阻率法和浅层地震波法进行勘察，为勘察设计提供依据。实践表明以高密度电法为主、浅层地震折射波法相辅助进行物探勘测，通过综合比较，在查明风化层和基岩分界及隐伏构造方面，取得了不错的效果。

工程地质勘查 高密度电阻率法 浅层地震波法

0 引言

物探技术在隧道勘察中发挥着越来越重要的作用，由于各种物探方法都有一定的应用前提，对应着不同的优势和局限，加之实际勘察中存在复杂的地质和地形条件，它们都对最终的物探勘察成果解译有较大的影响，所有用单一的物探方法一般难以查明或解决对应的地质工程问题，在实际工作中，常采用综合物探方法进行解决【1】。本案例中，乳山309国道所经马石店山地质情况复杂，因而用高密度法和浅层地震波法对围岩地质条件进行探测，保障隧道安全施工。

本工区表层为第四系山前洪积物，根据测区地层分布条件分析，粘土、残积土、中风化砾岩、砂岩、砂岩夹泥岩三者之间存在明显的（或悬殊的）波阻抗差和电阻率差，这是本区采用浅层地震和高密度电法的物理前提条件，该物理条件可以满足在本区采用浅层地震和高密度电法的物探条件（见表1）。

1 隧道勘探方法选择

1.1 高密度电法

高密度电阻率法的基本原理与常规电阻率法完全相同，都是以地壳中岩石和矿石的导电性差异为物质基础，通过观测与研究人工建立的地中电流场（稳定场或交变场）的分布规律进行找矿和解决地质问题的一组电法勘探分支方法【2，3】。其可以在一条观测剖面上一次性布置数十根甚至上百根电极，通过对电极自动转换器的控制，实现电阻率法中各种不同装置、不同极距的自动组合，从而一次布极可测得多种装置、多种极距情况下多个视电阻率参数，因而无论从效率、成本还是实时处理方面都明显优于传统电法【4，5】。其中α排列(温纳装置A M N B)，β排列(偶极装置A BM N)，γ排列(微分装置) 和联合剖面是常用装置，由于温纳装置具有垂直分辨率高的优点，本次勘察采用α排列(温纳装置A M N B)，其中A、B为供电电极，M ，N为测量电极，电极数为60根。

1.2 浅层地震波法

利用地震波的折射原理，对浅层具有波速差异的地层或构造进行探测，其具有较强的横向分辨能力，与高密度电法综合探测，起到了较好的互补和综合作用【6】。

表1 工区各介质岩体纵波速度参数表Table 1 Various medium rock mass compressional wave velocity parameter list in work area

1.3 两种方法应用前提条件【7~9】

本次勘察主要任务是查明马石店隧道K119+439（进口）及出口所经过区域地质情况，划分风化带与完整基岩分界面，查明隐伏的断裂带。由于风化带相对于完整基岩为疏松物质，因此上层风化带的地震波速和电阻率一般都低于基岩的地震波速度和电阻率；当基岩存在断裂或裂隙等隐伏地质构造时，构造处岩石相对破碎，相对于完整基岩为疏松物质，其地震波速度和电阻率一般都低于完整基岩的地震波速度和电阻率，所以应用地震勘探方法和高密度电法可以探测到断裂和裂隙等隐伏地质构造，对基岩和风化带进行划分【10】。

2 应用分析

2.1 高密度电法资料解译与处理

通过对高密度电阻率法资料进行分析处理，可以较直观的确定风化层厚度，查明基岩中的断裂、裂隙构造。风化带和断裂相对周围基岩为低阻体，在勘测中将产生低阻异常【9】。一般来说，高密度视电阻率断面等值线图视电阻率的变化，大致反映地下岩体电阻率的变化。由低阻异常的位置和形态可推测出地质构造的位置和产状。以电极号为横坐标，测量深度为纵坐标，绘制高密度视电阻率断面等值线图，等值线上标注的数字为视电阻率值，单位为Ω·m。隧道进口K119+439及前后各10m处分别布置一条物探线，方向垂直隧道纵向线。根据高密度视电阻率断面图分析，结合有关地质资料，推断出进洞口K119+429-449号桩段，两侧岩石较为破碎，节理裂隙较为发育，左侧19m处，存在明显一条风化破碎裂隙，受该裂隙影响，岩石较为破碎，深度已作用到14m左右（见图1）。

沿隧道纵断面K119+439- K119+715布置一条物探线。根据高密度视电阻率断面图，结合有关地质资料分析，K119+429-K119+705号桩纵向剖面，电阻率小于90Ω·m，为风化层，大于90 Ω·m，小于160Ω·m为中风化基岩。水平120m处，电阻率成梯度状，推断为节理构造，该构造两侧岩石较为破碎。桩号k199+688处，两侧岩石风化破碎较为严重（图2）。虽然地电差异明显，但测区地质构造复杂，考虑电测深条件性和局限性，为更准确查明隐伏构造，用浅层地震波法进行验证，为半定量提供更充分的依据。

2.2 浅层地震波法资料解译与处理

K119+440-688号桩纵向剖面，地震剖面同相轴明显歼灭复合，不连续，与电测深解译相互验证，推断为节理构造，该构造两侧岩石较为破碎，桩号k199+688处，两侧岩石风化破碎较为严重（图3）。

3 讨论

高密度电法为主，浅层地震折射波勘探相辅助是目前许多实际工作中常用到的勘察方法。此方法具有自动化程度高、工作效率高、地质资料形象直观等特点，能以快捷高效的方式获得丰富的地质信息，进行二维或三维分布的图像重建后，能更清晰的反映地质结构，为工程勘探带来了方便。结合地质调查资料或钻孔资料，可以较为准确地推测出地质体形态和产状。高密度电法比较适合对高、低电阻率介质体进行划分，反映分界面的起伏状况。在山区等地质情况复杂地区进行勘探，相对其他电测深方法，可取得较为理想的探查效果。浅层折射波法勘探，对于确定基岩深度、确定基岩起伏程度效果比较好。测区山体基岩附于表层风化带之下，保存完整程度较高，适合用浅层折射波法进行勘探【11】。

图1 马石店隧道进口横向断面图Fig 1 The crosswise sectional drawing of Mashidian tunnel imports

图2 马石店隧道K119+440~K119+688号桩纵向断面图Fig 2 Longitudinal sectional drawing of Mashidian tunnel K119+440~K119+688 number pile

图3 马石店隧道k119+440-688号桩纵向cdp剖面图Fig.3 Longitudinal cdp sectional drawing of Mashidian tunnel k119+440-688 number pile

在309国道马石店隧道勘察工作中，应用高密度电法为主，浅层地震折射波勘探相辅助的综合物探方法，取得了不错的效果。由获得的cdp剖面图及电阻率断面图，并根据其上的异常反应特征推断解释出破碎带的分布范围，与地质调查资料和钻孔资料吻合较好，对以后的隧道设计工作具有指导意义。

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11 周正中. 综合物探方法在地裂缝探测中的应用[J]. 工程地球物理学报，2008，5(6)：15～18

APPLICATION OF COMPLICATED PHYSICAL EXPLORATION METHOD IN 309 NATIONAL HIGHWAY MASHIDIAN TUNNEL INVESTIGATION

Shi Yanfang

Shandong Geo –Engineering Exploration Institute，Jinan ,Shandong，250014，China

Mashidian tunnel is explored by using high-density resistivity method and shallow seismic method，high-density electrical is main，assisted by shallow seismic refraction method. through a comprehensive comparison，the boundary between Regolith and bedrock， as well as the buried structure，can be identified to provide a basis for the survey and design.

engineering geology investigation，high-density resistivity method，shallow seismic method

P631.322+P631.426

A

1006–5296（2011）02–0121–04

时彦芳（1983～），男，测绘及物探专业，助理工程师

2010-08-06