高密度电法与地质雷达在断层及溶洞探测中的运用探讨

闭遗山

（广西壮族自治区第四地质队，广西 南宁 530031）

在地质勘探中，断层及溶洞的探测是较为重要的内容之一，其中断层的存在容易导致周边岩体出现破坏，而溶洞对工程建设具有较大的危害。鉴于此，应当采取合理可行的方法，对断层和溶洞进行探测。高密度电法与地质雷达均可用于断层及溶洞探测，但两种方法在不同的探测项目中效果有所区别，为提高探测效果，应当这两种方法进行合理选择。

1 高密度电法与地质雷达

1.1 高密度电法的原理及装置

（1）原理。高密度电法是一种借助岩土体本身存在的导电性差异进行探测的方法，它与电阻率法的原理基本相同。由于高密度电法的电极采用的是一次性布设，从而使干扰现象显著减少。

（2）电极装置。高密度电法的电极装置为组合式剖面装置，有些装置能够对固定断面进行扫描测量，如α排列、β排列以及自动M等，还有一部分装置能够对变断面进行连续滚动扫描测量，如A-M、AB-MN等[1]。

1.2 地质雷达的原理

地质雷达简称GPR，是一种非常先进的电子仪器，能够借助高频电磁波对地下物体进行探测。GPR本身除了具备较强的穿透力之外，还有非常高的分辨能力，依据电磁波一去一回之间的用时差别，能够对探测目标的埋设进行确定，通过综合解译后，可以准确得出探测目标的具体形态和属性。

2 高密度电法与地质雷达在断层探测中的运用

2.1 测区概况

某测区地处XX省境内，由相关资料可知，该区域内的地层较为发育，并且比较齐全，构造组合具有典型性的特征。尤其是A桥梁桥头附近的断层带组合特征非常复杂，Y地一带的断层组合特征具有较为明显的典型性，是开展探测研究比较理想的点位。

2.2 探测装置布设

采用高密度电法对在对某个区域内的断层进行探测时，可以选用WGMD-9（超级高密度电法系统）；在深部地层探测中，温纳装置（α排列）的效果较好，并且能够勘探到的有效体积相对较大，可以采集到的数据量更多。在本次探测中，GPR的探测频率为100MHz，信号接收天线的距离为1.0m[2]。在此需要着重阐明的一点是，高密度电法与GPR的剖面线相一致。

2.3 断层探测成果

2.3.1 高密度电法探测成果

（1）A桥头探测点。依据探测结果，可将该测点的断面分为四个带，第一个带的范围从0m～50m，为低阻带，在低阻产生的原因主要与强风化岩层和填埋层受潮有关；第二个带的范围从50m～90m，岩性为中晶白云岩，岩体呈现为破碎状态，有一处超低阻带，为节理裂隙发育所致；第三个带的范围从90m～160m，为断层破碎带，存在大量的透镜体，与断层面接近的部位严重风化；第四个带的范围从160m～295m，岩性为细晶白云岩，存在不均匀风化的现象，深部电阻率明显降低，主要与地下水丰富有关。

（2）Y地探测点。该探测点也分为四个带，其中第一个带的范围从0m～130m，这个点位与实测的地质剖面图中的一个断层相对应，电阻率接近地表的位置处最高。在高于探测点3.0m的地方沿着断层分布有泉眼，由此可以推断出地层深部的超低阻与地下水有关；第二个带的范围从130m～155m，这个范围内的地层产状相对比较凌乱，并且存在严重的破裂现象，有较多的透镜体，断面图上可见高阻带；第三个带的范围从155m～240m，与第二个带的情况相类似；第四个带的范围从240m～295m，该范围由于受到断层本身的影响，导致岩石存在严重的破碎现象，低阻带。

通过分析探测成果，能够更加深刻地认识到断层的电性特征，具体如下：与围岩相比，断层带为低阻，电阻率与含水量有关，构成断层带的物质对电阻率的大小具有一定的影响。

2.3.2 地质雷达探测成果

（1）A桥头探测点。依据地质雷达对该点位的探测结果，可将该探测点的剖面划分为以下五个异常段，第一个异常段的范围从0m～25m，这个范围顶部的反射波组的连续性比较差，表明该段内的岩土完整性一般，反射波的波形相对比较微弱且非常细密，由此可以推测出地表存在较为强烈的风化现象。该范围深部的反射波连续性较好，波形宽缓，视电阻率＜268Ω·m；第二个异常段的范围从25m～90m，与实测剖面中的断层角砾岩带相对应，该段的反射波连续性较差，波形凌乱，并且较为细密，底部无反射波；第三个异常段的范围从90m～120m，该段内的反射波具有强弱相间的特点，反射相对比较强烈，波形宽缓；第四个异常段的范围从120m～130m，该段的情况与第二段相类似；第五个异常段的范围从130m～175m，该段130m与断层的上盘断面相对应，在0m～12m的深度内，反射波较为强烈，具有非常明显的波形，由此表明，断层上部的含水量较少。而在12m以下的深度内，电磁波出现快速衰减的现象，底部无反射波。

（2）Y地探测点。依据地质雷达对该点位的探测结果，可将该探测点的剖面划分为以下四个异常段：第一个异常段的范围从0m～120m，这个范围内的反射波组具有光滑、平行的特点，由此表明，岩体相对比较完整；第二个异常段的范围从120m～135m，这个范围与实测剖面当中的一个断层相对应，反射波组的产状具有陡倾的特点，且强度变化相对较大，稳定性差，存在局部绕射；第三个异常段的范围从135m～160m，这个范围的反射波比较微弱，电磁波的衰减情况约等于0，由此能够判断出该地层的含水量比较少，视电阻率最高可以达到1800Ω·m；第四个异常段的范围从160m～220m，从地质雷达获得的剖面图中能够看到断层位置的反射波情况，即局部陡倾和绕射，呈现出不规则的形态。在深度0m～12m的范围内，反射波较为强烈，表明断层带的上部位置含水量比较少；深度12m以下，反射波变得越来越细，接近底部时，基本无反射波，由此说明断层带的下部含水量比较高。

通过对上述点位的探测成果进行分析后发现，地质雷达虽然也能对区域内的断层进行探测，但与高密度电法相比，它的效果并不显著，尤其是岩性较为相近的地层，雷达图像中的特征不太明显，只有在断层带存在严重的破碎或是含有一定水分时，才会有比较明显的特征。鉴于此，在断层探测中，推荐使用高密度电法。

3 高密度电法与地质雷达在溶洞探测中的应用

溶洞分为两种情况，一种无充填，另一种是充填，在地质勘测中，无充填的溶洞较为常见。因此，下面选取相关工程实例，应用高密度电法与地质雷达对工程地质中的溶洞进行探测。

3.1 高密度电法在溶洞探测中的应用

3.1.1 测区概况

某隧道位于XX省境内，总长度约为525m，隧道进口为溶蚀洼地，从一条山脊中穿过，隧道出口为岩溶洼地斜坡带，在坡上有着较为稀疏的植被。该隧道区域内多年无地表水，地下水沿节理裂隙向深部运动和转移，岩溶以竖向发育为主。

3.1.2 探测成果

从高密度电法探测到的断面中能够看到，在断面上各个异常点均具有可追踪性，由踏勘及开挖揭露对剖面进行解译，统计出主要的异常点及其视电阻率和特征，如表1所示。

表1 探测断面异常点统计情况

从表1中得到的统计数据结果能够看出，地质体具有非常明显的电性特征，不同的溶洞视电阻率值具有明显的差别。按照后期对隧道进行开挖验证发现，高密度电法在隧道溶洞探测中的效果较为明显，能够为施工提供指导依据。

3.2 地质雷达在溶洞探测中的应用

3.2.1 测区概况

选取某隧道中的一个标段，应用地质雷达对溶洞进行探测。由相关资料可知，该隧道区域内的岩性以白云质灰岩为主，在整个测区内均有分布。测区的地质构造相对比较简单，即单斜，溶蚀峰丛-槽谷地貌；地下水以孔隙水为主，还有部分裂隙水和岩溶水，降雨会对地下水进行补给。

3.2.2 探测成果

利用地质雷达对该隧道的左边墙进行剖面图采集，根据现场开挖结果可知，为无填充溶洞，经现场探查，溶洞非常深。从雷达剖面图中能够看到，在测深为5.0m～16m的位置，能够追踪到强反射波，波形为双曲线，局部起伏且存在中断的现象。在一定深度内见强烈的反射波组，具有局部起伏、中断的现象，波形特征与5.0m～16m位置处大致相同，表明二者存在共同属性。

3.3 探测对比

在上文中分别采用高密度电法和地质雷达对无填充溶洞进行探测，对得到的数据结果进行处理分析，由后续的实际开挖证明，两种方法都能准确探测出溶洞。但高密度电法的分辨率比地质雷达低，并且无法对体积较小的溶洞进行准确反映。因此，建议在溶洞探测中，将地质雷达作为首选方法。

4 结论

综上所述，断层及溶洞探测一项较为复杂且系统的工作，为提高探测效果，应当选择适宜的方法。本文对高密度电法和地质雷达在断层及溶洞探测中的运用进行分析。结果显示，高密度电法更适用于断层探测，而地质雷达则比较适用于溶洞探测。