高密度电法在岩溶路基勘察中的应用

魏 来 张世旭 龙 斌

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， 贵州 贵阳 550001）

0 引言

岩溶是贵州地区典型的不良地质，岩溶的发育会严重降低地基的承载力，容易导致地基不均匀沉降、变形、滑动甚至是路面塌陷，对高速公路建设的影响尤其重要。因此，对地下岩溶的发育情况进行查明对公路建设的安全性与可行性具有十分重大的意义。

与传统的电法相比，高密度电法成本低、效率高，其测点密度大、信息丰富，解译方便。坚硬的完整性好的岩体，其视电阻率值较高，而完整性差的岩体，当富含水或填充粘土时，其视电阻率明显低于完整围岩的视电阻率。这种特性使高密度电法可以较好的反映岩溶地区岩溶的发育情况，在工程地质勘查、灾害检测等领域得到广泛的应用，解决诸多的地址问题[1-4]。

贵州某高速公路路基地质调绘发现地表岩溶发育，为保证高速公路建设的可行性，保证安全施工，采用高密度电法对该段路基进行勘察，有效的确定了岩溶发育的位置，大小，为后期布钻提供有效依据。

1 工作原理

高密度电法基本工作原理与常规电阻率法大体相同，以地下介质的电性差异为基础，通过电极向地下供电，形成电场得到地下电流的变化分布规律，进而得到地下介质的视电阻率分布规律，以次来分析地下结构的方法。

高密度电法结合了四极测深与电剖面法的一种层析成像技术，提高了电法勘测的效率及信噪比。可以同时观测到一定深度范围内地下介质横向及纵向的变化规律。由于其测点密度大，采集数据量大的特点，弥补了常规电阻率法数据量小，解释方法单一的不足[5-6]。

现场勘测时，沿所布测线及测点上依次等间距布置电极，电极、多芯电缆、转换装置、电测仪依次相连，选择合适的测量方法测量该断面上各点的视电阻率值。测量时，向A、B 电极供以直流电I，观测M、N 电极间的电位差视电阻率计算公式为：

在计算机上利用处理软件进行预处理、地形校正、二位反演、解释成图，从而得到所测断面的视电阻率剖面。其原理图如下图1.1。

图1.1 高密度电法原理图

2 地质及地球物理概况

2.1 地形、地貌

该填方路基位于扬子准地台-黔北台隆-遵义断拱-贵阳复杂构造变形区。场区无断层通过，岩层单斜，岩层产状280°∠12°。根据地质调查，场区节理主要发育有2 组，发育特征见表3.2。

表2.1 场区节理发育特征统计表

场区位于山谷之间，地面高程在1562～1593m，相对高差为31m。中间地形较为平坦，横向坡度0～5°，两岸坡度较陡，为17°～33°。场区发育落水洞及岩溶洼地。落水洞洞口直径约4m，可见深度约5.0m，该落水洞为场区地表水排泄通道，避免将该落水洞掩埋。岩溶洼地长约160m、宽约75m，中心最大深度约14.0m。洼地内覆盖层为可塑状粘土，厚1.0～5.0m；洼地内有落水洞分布，位于K42+600 左103m 处，是地表水的主要下渗通道，由于落水洞消水能力弱，雨季洼地常被淹没。禁止对落水洞堵塞，确保排水通畅。

2.2 测区地球物理特征

根据综合勘察，场区上覆第四系残坡积黏土，下伏基岩为三叠系下统永宁镇组二段（T1yn2）灰岩夹泥岩，根据测区野外岩土体主要物理量测量结果，测区主要岩土层的地球物理参数如表2.1。测区内上覆盖层视电阻率值较小，下伏灰岩视电阻率值较大，且随着岩石裂隙的发育程度、破碎程度、充填物含量的增加，电阻率都会急剧减小。这种物性差异，为我们进行岩溶探测提供了良好的地球物理条件。

表2.2 电阻率参数表

3 数据采集与解释

3.1 测线布置与仪器选择

根据勘察目的，结合现场地形情况，测线布置为：沿K42+471～K42+746布置一个纵向排列，编号为：DF1。沿K42+610 左135.55～K42+573 右162m布置一个横向排列，编号为：DF2。电极数60，电极间距5m，测线长300m。本次工作使用的重庆奔腾WGMD-9 高密度电法仪，仪器工作性能良好，测量数据可靠。测量减少接地电阻，保证测量质量。

3.2 资料处理

对采集得到的数据作地形校正，合理设置软件中解释所须参数，运行RES2DINV 高密度电阻率反演程序进行反演解释。RES2DINV 高密度电阻率反演程序是基于圆滑约束最小二乘法的计算机反演程序，具有计算速度快的特点，在反演5 次后可以达到要求。在解释过程中，须随时调整参数，以便使结果真实合理，计算结果用ρs等值线图和电阻率色度图表现，两者结合，综合解释。

3.3 成果分析及地质解释

本次高密度电法勘探，根据理论计算及实践经验，反映的最大勘探深度50m 左右。

根据用Surfer 软件绘制的ρs等值线图和高密度电阻率数据反演软件反演结果图及地质解释图（3.1，3.2），并结合地质调绘资料，解释如下：

DF1～DF1’：测线内表层为覆盖层，厚度在0～9.2m 之间；强风化层厚度在2.0～12m 之间。断面桩号130-150 深23.42m 处可能存在溶洞。

DF2～DF2’：测线内表层为覆盖层，厚度在3～8.5m 之间；强风化层厚度在1.8～10m 之间。断面桩号120-130 段低阻异常，深40m 处可能存在溶洞；断面桩号230-240m 段存在低阻异常，深12.86m 处可能存在溶洞。

图3.1.1 DF1 高密度电法反演结果

图3.1.2 DF1 地质解释图

图3.2.1 DF2 高密度电法反演结果

图3.2.2 DF2 地质解释图

4 结论

根据高密度电法成果，场内表层为覆盖层，覆盖层厚度约0～9.2m；强风化层厚度约2.0～12m。两条断面存在3 处溶洞发育区。高密度电法对岩溶的范围及分布规律进行了圈定，为岩溶路基不良地质体的勘察提供了科学的依据。

高密度电法成果为地下介质体的视电阻率分布规律，对钻探布置具有指导性意义，而物探具有多解性，利用物探资料时，须结合钻探资料综合解释，得到更准确的结果。