综合物探方法在桂林冶金厂岩溶勘查中的应用

陈立波，张 迪，李灵瑞，唐国彬，任琴琴

(桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541004)



综合物探方法在桂林冶金厂岩溶勘查中的应用

陈立波，张 迪，李灵瑞，唐国彬，任琴琴

(桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541004)

为了验证高密度电阻率法、地震映像法在岩溶勘查中的应用效果，对比两种方法在岩溶等不良地质现象勘探中的应用，分析总结岩溶视电阻率断面异常特征及地震映像图像特征。以桂林冶金厂岩溶勘察为实例，对原始资料进行了精细分析、整理和反演解释，结合实测地质剖面，得到了一些有意义的成果：圈定了场地内的不良地质现象；且场地岩溶较发育，其发育深度一般在10～30 m之间，主要为充填溶蚀裂隙，局部存在溶洞，为新厂区的勘察、设计和施工提供了科学的基础地质资料。最后建议对场地的物探勘查进行钻孔加以验证，供后续施工参考。

岩溶；高密度电法；地震映像法

1 引 言

岩溶在工程建设中是一种潜在的地质灾害，且会危及建筑物、矿山、水库等的安全，引起地面塌陷、环境破坏。另一方面，岩溶水是一种丰富的水资源，溶洞可以在发展储集业、旅游业等方面发挥作用。因此，在可溶岩石(主要是碳酸岩)的分布地区进行工程建设[1]、水资源[2]、国土整治[3]、矿产资源[4]和环境保护的开发和利用以及旅游资源的开发[5]时，需要对岩溶进行勘查，弄清其发育情况与分布规律[6]。在进行岩溶勘查时，由于岩溶在空间上发育的不均一性与岩溶水文地质条件的复杂性，单单靠传统的地质学方法很难得到满意的结果。如果在用地质学方法进行岩溶勘察时[7,8]，合理地应用地球物理勘探方法探测岩溶所引起地球物理场的异常现象来勘查岩溶[9-11]，就可以得到较满意的结果，甚至能够解决一些地质学方法难以解决的问题[12-15]。

桂林桂冶实业有限公司新场区位于桂林市西南临桂秧塘工业园区，毗邻机场路和桂柳高速公路，交通极为便利。场区地形较平坦，中部区域分布有几个小的池塘，部分区域可见基岩出露。为了避免人为干扰，确保物探采集数据的可靠性，本次物探工作是在场地平整后开展的。

2 工区地质和地球物理概况

整个测区地表为浮土和填土，下部为基岩，从现场的饮用井来看，地下水位较高。因此，测区的电性特征大体上为地表土电阻率较低，基岩电阻率较高，溶洞和暗河表现为低阻，具有很好的电法探查前提。本次现场测试表明，排污管上覆土层的电阻率较低，一般小于100 Ω·m，溶洞和暗河电阻率在10～500 Ω·m，基岩的电阻率在1 000 Ω·m以上。此外，本次现场干扰剖面测试结果表明，覆盖层的地震波速度约为700～800 m/s；灰岩基岩速度在3 000～5 000 m/s，与基岩相比，溶洞和暗河为明显的低速特征，因此，覆盖层、基岩以及溶洞和暗河地震波速度有明显的差异，可以用地震勘探的方法探测溶洞和暗河。

由于场地地表多为回填土，比较松软，这种特殊条件在一定程度上影响了地震影像法的勘探效果。此外，对于高密度电法来说，地表表层的不均匀性影响了探测效果。

3 技术方法

目前，岩溶勘察中常用的物探方法主要有地震法、电法、微重力法、地球物理测井和射气法等。岩溶常常沿破碎带、断层发育，用物探方法探测破碎带和断层而间接探测岩溶，可能比直接探测方法更加容易和有效。

为了了解工区地表下岩溶发育情况，探查地表下方30 m深度内的大溶洞和地下暗河情况等不良地质体。根据工区的地质与地球物理特征，本次物探工作利用地震映像、高密度电阻率等物探方法进行勘探，通过对物探资料的精细分析、整理和反演解释，从而提出对场地的物探勘查报告，供施工参考。

高密度电阻率法在观测中设置了高密度的观测点，以便使取得的多种参数，经相应程序的处理及自动反演成像后，可提供该地断面地质解释图件，并且快速、准确，提高了电阻率方法的效果和工作效率[11,13,14]。此外，在资料处理方面可以抑制随机干扰、消除人为误差，独特的处理方式对外界的影响也有一定的限制，大大地提高了准确性及有效性。

地震映像法，是近年来发展较为快速的一门工程物探新技术，发展于反射波多次覆盖技术后，其具有不需作动校正、数据处理简单等优点。此外，可利用多种波作为有效波来探测，也可根据探测目的要求仅仅利用一种特定的波作为有效波。除常见的绕射波、折射波、反射波外，还可利用有一定变化规律的转换波、面波和横波。在这种物探方法中，波形记录在每一个测点都采用相同的偏移距进行激发、接收。在该偏移距处接收到的有效波具有比较好的信噪比及分辨率，能较好地反映出地质体在横向和垂向的变化规律[10,12]。在岩溶探测的大小规模方面，具备有良好的勘查效果。

4 测线布置

根据工作任务和场地条件，在测区内共布置了8条测线，如图1所示。

图1 测线布置图Fig.1 Survey line layout

测线总体以界址控制点J1、J2、J3河J4为基准进行控制，测线平行于新建秧十三路，北西向，小号测点在测线南侧，大号测点在测线北侧；相邻测线间距50 m，由东向西测线编号分别为A1～A8。测线测点采用高精度手持式GPS定点，GPS公里网坐标校正参数如下：3度带坐标参数-37带，中央经线值：111°00′00″，DX=-15，DY=-110，DZ=-53，DA=-108，DF=0.000 000 5。各测线的端点坐标详见表1。

表1 各测线起至点坐标

测量过程中，高密度电阻率法采用适用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD-2型高密度电阻率仪。相邻电极距为5 m，每条测线都采用偶极-偶极、α等多个装置观测，在保证数据质量的同时，进行综合分析解释，实际完成高密度电法剖面总长度3 000 m。

地震映像勘探采用北京水电物探研究所研制的SWS-3C型浅层地震仪，锤击震源，38 Hz和100 Hz两种检波器接收，并进行对比分析，提高可靠度。根据干扰剖面的测量分析，选用偏移距为12 m，道间距2 m，采样间隔0.1 ms，采样长度2 048 m。实际完成地震映像剖面总长度3 008 m。

5 数据处理及综合推断

根据各剖面测量结果分别进行处理，包括数据文件的建立，剖面数据编辑、格式化，电极距计算，电极距调整系数计算，视参数分级等，最后绘制视电阻率等值线断面图。对此原始数据在Suffer8.0中成视电阻率断面图，初步判断坏点的分布情况；运用RES2DINV高密度电阻率法反演软件进行坏点剔除、选择合理的反演参数、带地形反演计算及绘制反演后视电阻率等值线断面图。根据电性特征，计算探测目标体的有关空间几何参数。对于地震映像数据，进行了幅度补偿均衡、频率通带滤波和小波道间相关去噪等处理步骤，以达到压制干扰波、突出有效波的目的。最终绘制出彩色振幅图。

本次数据处理反演运用了瑞典高密度处理软件RES2DINV，RES2DINV软件是一种最小二乘法计算机反演计算程序，能够自动确定电子成象测量资料、地下二维电阻率模型。适用于二维电阻率与激发极化资料快速反演，可以用于约25～650个电极采集的大型数据，约100～5 000个数据点，进行资料反演。

从图2中高密度电法电阻率等值线断面图可以看到，在该测线A1约50～70 m处，深度约10～20 m范围内出现高阻异常；而从地震映像图也可看到在50～70 m范围波形的同相轴凌乱，能量减弱，深部信号缺失，有明显的错动。根据物探异常特征，推断在该范围内可能存在岩溶发育。

从图3中高密度电法电阻率等值线断面图可以看到，在该测线A2约66～75 m处，深度约10～30 m范围内出现眼状高阻异常；而地震映像剖面图中相应的位置也看到，地震反射波同相轴将发生错断，扭曲，产状变化，能量突变等现象。根据物探异常特征进行综合分析，推断该区存在岩溶发育，深度范围约15～30 m，主要表现为充填的溶洞、溶蚀裂隙等。

图2 测线一物探成果Fig.2 Geophysical prospecting result map of survey line 1

图3 测线二物探成果Fig.3 Geophysical prospecting result map of survey line 2

从图4中高密度电法电阻率等值线断面图可以看到，在该测线A3约65～75 m处，深度约10～30 m范围内出现U型低阻阻异常；而地震映像剖面图中相应的位置也看到，地震反射波同相轴观察到由洞顶绕射产生的弧状。根据物探异常特征进行综合分析，推断该区存在岩沟发育；在100～120 m处，高密度电阻率图出现高阻异常，而地震映像图中，地震反射波同相轴发生错断，续至波有震荡的拖尾现象，故推断该区存在岩溶发育。

从图5中高密度电法电阻率等值线断面图可以看到，在该测线A4约110 m和150 m处，深度约10～30 m范围内出现封闭的高阻异常；而地震映像剖面图中相应的位置也看到反射波信号消失或减弱，由此推断该区存在岩溶发育。

图4 测线三物探成果Fig.4 Geophysical prospecting result map of survey line 3

图5 测线四物探成果Fig.5 Geophysical prospecting result map of survey line 4

6 成果分析

6.1 物探异常特征

通过对物探测量结果的分析和解译，在测区范围内物探异常具有如下的特征。

高密度电法异常特征：从高密度电法视电阻率等值线断面图知，测区的电性特征大体上为地表土电阻率较低，基岩电阻率较高，溶洞和暗河表现为低阻。排污管上覆土层的电阻率较低，一般小于100 Ω·m，溶洞和暗河电阻率在10～500 Ω·m，而基岩的电阻率在1 000 Ω·m以上。

地震映像异常特征：此外，本次现场干扰剖面测试结果表明，覆盖层的波速度约为700～800 m/s；而灰岩基岩速度在3 000～5 000 m/s，与基岩相比，溶洞和暗河为明显的低速特征。

6.2 地层结构

通过分析研究，场地的地层主要分两层，覆盖层及基岩。

覆盖层主要为人工填土及黏土层，覆盖层的波速度约为700～800 m/s；而灰岩基岩速度在3 000～5 000 m/s，该层厚度一般在0～10 m之间。

下伏基岩岩层纵波波速在3 000～5 000 m/s之间。该岩层节理、裂隙发育，表面溶蚀强烈，局部较破碎。该层的顶面埋深起伏较大，层内局部浅层岩溶发育，有溶洞、岩溶裂隙存在。

6.3 不良地质现象

通过探测，该场地内的不良地质现象主要为岩溶，该场地圈定了测线内岩溶发育区，区内主要为充填的溶蚀裂隙、溶洞等。岩溶发育深度较深，其中推断测线A1可能存在岩溶或破碎带的位置：50～62 m；130～144 m；340～356 m。测线A2推断可能存在岩溶或破碎带的位置： 66～75 m；150～180 m。测线A3推断可能存在岩溶或破碎带的位置：35～45 m；100～115 m；304～324 m。测线A4推断可能存在岩溶或破碎带的位置：190～200 m；280～310 m。测线A5推断可能存在岩溶或破碎带的位置：110～120 m；232～248 m；280～295 m。测线A6推断可能存在岩溶或破碎带的位置：46～58 m；110～122 m；225～235 m。测线A7不好判断。测线A8推断可能存在岩溶或破碎带的位置：20～30 m；150～165 m。

7 结 论

通过对上述资料的精细处理和分析，得到如下结论：

1)利用高密度电法、地震映像法等综合物探方法，有效地对场地进行勘查，圈定了场地内的不良地质现象，达到了预期目的。为新厂区的勘察、设计和施工提供了科学的基础地质资料。

2)覆盖层主要为人工填土及黏土层，该层厚度在0～10 m。

3)场地岩溶较发育，其发育深度一般在10～30 m之间，主要为充填溶蚀裂隙，局部存在溶洞。本次物探勘探主要依据地震映像的处理结果。由于干扰因素较多，对推测结果的准确性有一定影响，建议进行钻孔验证。

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The Application of Comprehensive Geophysical Prospecting Methods to Karst Exploration of Metallurgical Plant in Guilin City

Chen Libo,Zhang Di,Li Lingrui,Tang Guobin,Ren Qinqin

(CollegeofEarthSciences,GuilinUniversityofTechnology,GuilinGuangxi541004,China)

In order to verify the application effect of high density resistivity and seismic imaging method in karst exploration, this paper compares the application of the two methods to the karst exploration, and analyzes the characteristics of the karst apparent resistivity section and the image features of the ground seismic image. In this paper, taking the karst investigation of Guilin metallurgical plant as an example, the original data have been accurately analyzed, sorted, inverted and interpreted. Combining with the measured geological section, some meaningful results are obtained: the bad geological phenomenon in the field is delineated; and the site of the karst is developed with the development depth between 10 and 30 meters, which is mainly filling fissures and locally karst cave. This research can provide basic scientific geological data for the survey, design and construction of the new factory. Finally, it is suggested that the geophysical exploration of the site should be verified, and the reference for future construction is provided.

karst; high density resistivity method; seismic imaging method

1672—7940(2016)02—0196—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.02.011

国家自然科学基金项目(编号：41574078,41274070,41174075,41174043)；广西自然科学基金项目(编号：2013GXNSFAA019271，2015GXNSFAA139238)

陈立波(1989-)，男，硕士研究生，主要从事地球物理勘探工作。E-mail:178877414@qq.com

P631

A

2015-11-23