高密度电阻率法在岩溶探测中的应用

何国全

(河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250)



高密度电阻率法在岩溶探测中的应用

何国全

(河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250)

为了查明云南某水库地下的岩溶分布情况，利用高密度电阻率法进行探测，充分利用高密度电阻率法点距小、数据采集密度大，可直观、形象地反映断面的岩溶形态的特点，查明了该测区岩溶的位置及分布情况。经钻探验证，物探推测结果正确。高密度电阻率法在水库岩溶勘察中取得了良好的应用效果，可为以后同类工程探测所借鉴应用。

高密度电阻率法；探测；岩溶

1 引 言

地下岩溶的存在会给水库、大坝、桥梁的安全带来极大的隐患和危险，因此在选址时，查明地下岩溶的发育情况显得尤为重要。高密度电阻率法是集电测深法与电剖面法于一体的多装置、多极距直流电阻率测量方法[1,2]，因其点距小、数据采集密度大、效率高、显示直观等优点而被广泛应用于岩溶[3,4]、采空区[5,6]、渗漏检测[7-9]、滑坡勘察[10,11]等领域，且取得了良好的探测效果。

测区基岩较浅，覆盖层厚度一般在几米左右，覆盖层下面为灰岩，在水的长期溶蚀作用下，灰岩可能形成岩溶发育带、喀斯特溶洞或开口型溶洞，特别是在岩溶发育区，灰岩完整性变差或变破碎，上部沉积地层的成层结构遭受破坏，第四系覆盖层下滑，形成山间冲沟或溶蚀沟。岩溶发育的岩石及溶洞与完整岩石相比，电阻率存在较大差异，这为高密度电阻率法查明地下岩溶提供了条件，而实践也证明，运用高密度电阻率法对云南某水库进行岩溶勘察取得了良好的效果，查明了库区岩溶的位置及分布情况，为下一步工程建设提供了可靠依据。

2 地质概况

测区位于滇东高原，具高原山地与断拗(陷)盆地相间的地貌特征。地形多为山地、丘陵及坝子组成，喀斯特地貌发育。测区地势大致西北高东南低，由西北向东南倾斜。区域西北部海拔1 930～2 060 m，切割深度50～100 m，最大可达150 m左右，属中山区。区域之冠在清水沟上游北侧，海拔2 077 m。东南部海拔高程一般在1 882～1 925 m之间，切割深度50 m左右，属中山区。最低处在南盘江边，海拔1 883～1 888 m，为区域最低侵蚀基准面。区域内发育的地层为地台型海相和陆相沉积岩。从老到新有：泥盆系、石炭系、二叠系及第四系。

3 地球物理特征

一般情况下，充满水的溶洞或其他物质充填的溶洞呈现相对低阻的物性特征；岩溶洞穴为空或干以及半充填水或其他物质时，由于空气导电性能差，则呈现高阻特征。完整灰岩或白云质灰岩的电阻率最高，完整性差或节理裂隙发育、风化破碎的灰岩电阻率降低。探测区主要岩土介质电阻率特征值见表1。

表1 测区岩土介质电阻率特征值表

由表1可见，本次勘探的目标体与围岩存在着明显的电性差异，完全具备开展高密度电阻率法工作的地球物理前提条件。因此，利用高密度电阻率法查明工程区岩溶及其分布是完全有效和可行的。

4 野外工作方法与技术

此次野外工作投入使用仪器为重庆地质仪器厂生产的DUK-2A(120道)高密度电阻率法测量仪，采用温纳装置，电极间距选为5 m，一般每条测线为120个电极同时测量。最大隔离系数根据施工现场实施测线的长度选为8～25不等，当勘察场地短，不能铺设多根电极时，需要减少电极根数和隔离系数。

沿库区淹没线(高程1 930 m)附近布置测线，左岸布设20条，右岸布设14条。当剖面比较长时，尽量利用仪器可以滚动测量的功能，选用较大的隔离系数勘测，最后将分段剖面进行拼接，变成长剖面以便进行分析解释。

勘测时间为夏末秋初，植被和农作物生长茂密，加上山势较陡，电极布设测量困难；部分地段水泥路面或公路处接地电阻率太大，对电流的深部流动产生屏蔽作用；部分工区有岩石出露，电极难以布设等，会给高密度电阻率法探测带来一定影响。针对上述问题，笔者采用南方测绘RTK仪器实地放点，每条测线10 m埋设一个小木桩，每10 m用标有测线号及测点号的红布条标记，保证每个电极的高程准确；遇水泥路面、公路或岩石出露时，采取用盐袋代替电极或在电极处加盐水等措施，以改变接地条件，获取高质量的采集数据。

5 数据处理与成果分析

5.1 数据处理

将存储数据调入图象处理软件，然后进行数据网格化，应用G3RTomo5.0高密度软件解释系统，进行正、反演计算。为保证处理质量，首先对数据进行编辑，剔除不合理点或畸变点，对长剖面滚动方式测量的分段数据进行数据文件的拼接，并经过电法正、反演迭代计算过程，获得反演后的视电阻率值，利用调色板设置色阶文件，最后绘制成视电阻率等值线断面色阶图。根据探测剖面的电性特征，选择合理的等值线间隔和色彩，最终形成视电阻率断面解释推断成果图。剖面纵轴为探测深度(单位m)，横轴为测点位置(或剖面桩号，单位m)，色标为反演模型视电阻率值(单位Ω·m)。

结合项目探测技术要求的特殊性，为提高异常解释的可靠性，对资料处理与解释采取了将剖面地形起伏数据纳入资料处理与解释之中，建立具有地形条件的视电阻率剖面异常图示系统，使用带有地形数据参与的数值反演方法，从而最大限度地消除或压制了地形对有用异常的干扰和对解释结果的影响，确保反演解释的可靠性。

5.2 成果分析

结合勘察区地质及地球物理特征，对该区进行解释时遵循以下原则：

1)对浅层近地表的低阻区解释为壤土层，一般根据经验电阻率数值只有数十欧姆米；根据钻探资料，本区覆盖层厚度较浅，其厚度一般为几米，对下部电阻率数值为100～400 Ω·m的地层解释为碎石土层。

2)对覆盖层下部的高阻区，电阻率值超过500 Ω·m的岩层解释为基岩，本区基岩为灰岩，其电阻率值一般可达到数百欧姆米或更高；

3)在高阻值区内的局部低阻封闭区段解释为灰岩内的封闭型溶洞；由于溶洞内会有土层、淤泥等物质的填充，导致溶洞的电阻率降低，只有数十欧姆米；

4)对深部基岩区段出现大面积的高阻区，可以解释为灰岩溶蚀区，有时也称开口型溶洞。

根据以上解释原则，现选取左岸、右岸测线GZ1、测线GY3断面视电阻率断面解释推断成果图分别进行如下分析：

GZ1测线位于水库左岸下坝线处，其视电阻率断面解释推断成果图见图1。图中横坐标表示测点，纵坐标表示深度。根据图中电阻率分布特征，在剖面长度0 m至160 m段的近地表相对高阻反映为碎石(勘测时，根据实地考查，该剖面开始至155 m为碎石)；电阻率小于50 Ω·m的蓝色区段反映表层土壤的分布，覆盖层的厚度在2 m左右。颜色为绿色区域的地段为碎石土，深度在4～15 m左右，呈条带状分布。电阻率为500 Ω·m以上的地层区段反映基岩界面的起伏，图中黄色区段反映灰岩的分布，基岩界面起伏较大。测线60 m处，深度为17～23 m，电阻率大于2 300 Ω·m的橙红色区域，推断为溶蚀区，中心高程约为1 920 m。

GY3测线位于水库右岸，视电阻率断面解释推断成果图见图2。根据图中电阻率分布特征，电阻率为140～480 Ω·m，颜色为绿色区域的地段为碎石土分布，厚度在6～15 m左右。测线490～540 m段电阻率小于80 Ω·m，颜色为蓝色区域的地段为土壤分布。电阻率为520 Ω·m以上的地层区段反映基岩，图中黄色区段反映灰岩的分布，界面起伏较大。测线145m处，深度约27 m，电阻率值达3 900 Ω·m，存在高阻异常，推断为溶蚀区域，中心高程约为1 920 m。测线255 m处，深度约39 m，电阻率值达3 200 Ω·m，存在高阻异常，推断为溶蚀区域，中心高程约为1 910 m。

图1 测线GZ1视电阻率断面解释推断成果Fig.1 The product map of the apparent resistivity section interpretation of line GZ1

图2 测线GY3视电阻率断面解释推断成果Fig.2 The product map of the apparent resistivity section interpretation of line GY3

在测线GZ1(距该孔1 m)视电阻率断面解释推断成果图圈定的异常处进行钻探验证，在深度14.7 m有溶蚀严重，并在深度16～22 m为溶洞，洞内无填充物，钻孔结果与物探推测的溶洞规模、位置与高密度基本一致。

6 结 论

1)本次高密度电阻率法探测共发现7处溶洞，其中心高程在1 910～1 942 m之间，规模为3～7 m。基本查清了库区1 930 m淹没线以下的溶洞分布情况。

2)通过高密度电阻率法探测成果，结合地质勘察、钻探验证对比，证明了高密度电阻率法在岩溶勘查中的可行性，基本能判断出岩溶的空间位置及其展布方向，为整体方案的可行性提供了依据，也可为以后同类工程探测所借鉴应用。

[1]王兴泰.工程与环境物探新方法新技术[M].北京:地质出版社,1996.

[2]杨振威,严加永,刘彦,等.高密度电阻率法研究进展[J].地质与勘探,2012,48(5):969-978.

[3]袁忠明,韦乙杰.高密度电阻率法偶极装置在某道路工程岩溶探测中的应用[J].工程地球物理学报，2015,12(1):72-76.

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The Application of High Density Resistivity Method to Karst Detection

He Guoquan

(HebeiResearchInstituteofInvestigation&DesignofWaterConservancy&Hydropower,Tianjin300250,China)

In order to identify the distribution of underground karst of a reservoir in Yunnan province, this paper adopts high density resistivity method to karst detection. Making full use of the features of small pitch and high data acquisition density, this method can directly and vividly reflect karst morphology of the section. This detection identifies the location and distribution of karst in this survey area. Through the drilling verification, the results inferred by geophysical prospecting are right. The high density resistivity method gets good effect in karst exploration, and can be used as a reference for similar engineering detection.

the high density resistivity method; detection; karst

1672—7940(2016)02—0175—04

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.02.007

何国全(1971-)，男，高级工程师，主要从事水利水电工程物探应用及工程检测工作。E-mail:13502125518@163.com

P631.3

A

2015-10-08