高密度电阻率法在岩溶溶洞勘查中的应用

■胡俊杰

（安徽省地质矿产勘查局327队安徽合肥230011）

高密度电阻率法在岩溶溶洞勘查中的应用

■胡俊杰

（安徽省地质矿产勘查局327队安徽合肥230011）

本文简要介绍高密度电法的几种常用装置，应用该方法对岩溶发育区进行大型岩溶溶洞探测。根据已知溶洞上方布置的试验剖面结果得知，溶洞未被填充实，为高阻异常反映；通过对二维反演模型的异常特征分析，推断勘查区溶洞的分布范围、地质走向、大小和埋深。为后期大型溶洞开发及合理利用，提供重要参考价值及指导性意义。

高密度电法 岩溶勘查 电极装置

高密度电法和传统电法一样，需要采用一定的电极装置进行观测。而与直流电法不同的是它的装置是一种组合剖面装置。常用的装置包括：温纳装置（α装置AMNB）、偶极装置（β装置ABMN）、微分装置（γ装置AMBN）以及施伦贝谢尔装置（α2装置AMNB）

[2]。不同的装置组合具有不同的应用特点。

1 高密度电法工作原理

高密度电法的基本工作原理与常规电阻率法大体相同，以岩土体的电性差异为基础，研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律，推断地下具有不同电性差异的地质体或构造的赋存情况[3]。

高密度电阻率法现场工作是在预先选定的测线、测点上依次布置几十或上百个电极，然后用多芯电缆将他们连接到多路电极转换开关上，多路电极转换开关将它们组合成所选定的电极装置和电极距，进而测量主机快速完成指定电极装置下的多极距组合的测量断面。

2 高密度电法常用的电极装置

高密度电法所使用的电极数量多、密度大、电极极距可调等特点，进而决定高密度电法的电极装置种类比较多，其中常用的装置包括：温纳装置（α装置AMNB）、偶极装置（β装置ABMN）、微分装置（γ装置AMBN）以及施伦贝谢尔装置（α2装置AMNB）。

2.1 温纳装置AMNB（α装置）

温纳装置其视电阻率表达式：

测量时采用AM=MN=NB=α为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动测量，得到第一条测量剖面；接着AM、MN、NB增大一个电极极距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一条剖面，这样不断扫面测量下去，得到倒梯形断面。

2.2 偶极装置ABMN（β装置）

偶极装置其视电阻率表达式：

测量时AB=BM=MN=α为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右测量，得到第一条测量剖面；接着AB、BM、MN增大一个电极极距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一条剖面，这样不断扫面测量下去，得到倒梯形断面。

以上两种方法是高密度电法在各领域探测中最为常用的，都适用与固定断面扫描测量，得到得结果均为倒梯形二维分布断面[1,3]。

3 高密度电法在溶洞勘查的应用

安徽某地为灰岩地层区，岩溶十分发育，勘查区内山体坡麓段出现多个溶洞洞口，当地政府及国土资源局经过初步调查，认为该区多个溶洞相互贯通，具有一定的开发价值。为查明溶洞分布范围、地质走向、埋深及空间形态特征，在勘查区内投入高密度电法工作，根据异常成果的综合分析，达到较好的探测效果，同时也证明了高密度电法在灰岩地区中的溶洞勘查具有较好的实际效果和应用前景。

3.1 区域地质概况

根据区域地质资料，勘查区位于向斜核部，后期被断层横断切穿，断层走向为近北—东向，出露地层有泥盆纪、石炭纪、二叠纪地层。测区多为灰岩地层，有数个溶洞洞口在地表出露，初步推断溶洞的发育受断层控制，其分布上与上述灰岩地层的分布相近。

3.2 高密度电阻率法剖面布设

结合测区地质构造特征和本工程的目的任务，布设高密度平行剖面8条，测点间距5米，每条剖面长度均为600米。经过实验剖面对比结果，选取温纳装置（α装置AMNB）为测量电极装置。

3.3 数据处理

高密度电阻率法的数据是把所测得原始数据经过格式转换、地形校正、正演和反演计算，最后得到反演结果，经绘图软件（如Surfer）绘制成视电阻率等值线图，依据成果图的异常特征结合地质背景给出合理的地质解释。

3.4 高密度电阻率法异常特征解释

以4线二维反演电阻率模型为例分析。

4线高密度电阻率法的断面反演及解释图。从反演模型断面中可以看出，当前拟合差为2.75%，数据与模型的拟合程度较高。高、低阻异常在断面图上清晰的反映出来。由于溶洞体积较大，埋深较浅，根据部分洞口观测，溶洞大多未被填充，里面充满空气和部分松散堆积物，相对于围岩呈现为高阻反映。由4线高密度电阻率反演断面图清晰的反映出A、B两个高阻区，A高阻区位于270～410号点的270～230米海拔高度处，视电阻率值为2400～12000Ωm，呈椭圆状高阻异常；B区为与倒梯形断面的一侧，异常规模较小，呈弱高阻半闭合圈状异常。解释推测A、B两个高阻异常区为溶洞的反映，且溶洞未被松散堆积物填充。

结合4线异常类型，分析解释其余7条剖面的异常特征，发现2～7线沿构造走向，均有不同程度的高阻异常反映，表面溶洞贯穿2～7线；而1线、8线高阻异常减弱，表面1线、8线为溶洞的边界。将各剖面高阻异常区在平面上展布，得出溶洞的走向为近似北东向，与后期钻孔验证结果十分吻合。

4 结论

（1）高密度电阻率法相对于常规电阻率法具有分辨率高、数据量丰富、经济快速等特点，是一种快速有效的工程物探方法。

（2）高密度电阻率法能够较准确的查明溶洞的分布范围、地质走向、埋深及空间形态特征，为后期溶洞开发及合理利用，提供重要参考价值及指导性意义。

（3）高密度电阻率法提供的勘探成果，只是电阻率物性参数的分布，利用这些成果时，需考虑到物探成果的多解性，将物探成果与地质、钻探资料综合解译分析，必能得到更为准确的结果。

[1]王兴泰，工程与环境物探新方法新技术,北京:地质出版社，1996。

[2]罗延钟、王传雷、董浩斌.高密度电法的电极装置选择 [J].地质与勘查，2005，41(6):174-178.

[3]董浩彬等.高密度电法的发展与应用 [J].地质前缘，2003,10（1）。

[4]葛如冰、黄伟义、张玉明.高密度电阻率法在灰岩地区的应用研究 [J].物探与化探,1999,23(1):28～32。

F407.1[文献码]A

1000-405X（2016）-5-357-1