高密度电法在菲律宾送电线路调查中的应用

柳 旻，王 冉，刘云昌，师海涛，张克文

(1.机械工业勘察设计研究院有限公司，西安 710043；2.陕西省特殊岩土性质与处理重点实验室，西安 710043)

0 前 言

随着“一带一路”纵深推进，中国对外承包高速发展，中资企业在东南亚电力设施业务快速增长。菲律宾位于我国南海地区，是我国在东南亚开展工程建设的主要国家。而在该国进行电力工程建设时，面临交通不便，地形起伏较大，地质条件复杂，钻探设备难以到达等因素，架空线路基础的勘察手段主要以钎探和螺旋麻花钻为主。由于该国部分地区灰岩分布广泛，岩溶普遍发育，部分塔基不可避免地布置在岩溶地区，因此，查明塔基下方岩溶发育规模和空间分布规律等成为亟待解决的工程问题。综合比较常规工程钻探和物探方法，物探方法具有探测效率高、精度相对较高、成本低、应用范围广等优点[1]，广泛用于工程勘察、水文地质调查等领域。

高密度电法与常规电阻率法原理相似，一次性完成剖面布置，同时具有电测深特性，极大提高了工作效率，自动化程度高，特别对低电阻率地质体如富水破碎区、岩溶等有良好反映，在工程实践中，取得了较多成果[2]。陈挺等[3]人采用高密度电法对桥址区的断层位置及走向进行了研究，揭示了断层带的低阻特性；王永刚等[4]在贵州境内白云岩等碳酸类可溶性岩石发育区采用高密度电法对输电线路中的岩溶隐患进行了探测；张宏伟等[5]在南水北调中线工程中应用高密度电法的温纳和三级装置对蓄水库区地裂缝的发育规律进行了研究，揭示了高密度电法对高阻地裂缝有较好的反映；梁培峰等[6]将高密度电法应用到贵州省赤水至望谟高速公路的岩溶路基中，揭示了大规模溶槽、裂隙发育规律。由于单一物探手段的局限性和“多解性”，工程实践中，经常将高密度电法与其他的物探手段(地震反射波法、地质雷达、瞬变电磁法等)结合起来，多角度验证地下介质的分布规律。李科强[7]采用高密度电法和反射地震法对采空区和破碎带影响区进行了探测，为地质灾害防治提供了依据，取得了良好的效果；卞兆津等[8]人综合运用高密度电法、等偏移距反射波法及多道瞬态面波法解决了路基塌陷调查问题，划分了岩溶发育不稳定区；朱自强等[9]人采用瞬变电磁法、地质雷达和高密度电法分析研究了湘西高速公路岩溶发育的规模和分布规律，发现湘西地区的溶沟、溶槽、落水洞和岩溶漏斗、溶缝彼此关联，并分析对比了3种物探方法的各自优劣性；吕明等[10]人则是在输电线路桩基岩溶探测中拓展了常规电阻率法的电极布置方式，采用独特的五级纵轴测深法，与高密度电法进行了综合对比，揭示了桩基基础下填充型溶洞发育及分布等规律。这些结果均证明高密度电法在工程实践中的有效性。

本文以菲律宾ELPI 风光一体化项目送电线路项目为例，采用高密度电法，分析塔基基础下岩溶等不良地质体与围岩的视电阻率差异，获得地下岩溶分布及埋藏深度，为后续施工和设计提供依据。

1 研究区概况

菲律宾ELPI 风光一体化项目送电线路工程位于菲律宾北伊罗戈省，吕宋岛西北部，线路走廊起于拉瓦格变电站，沿线穿越拉瓦格市、巴卡拉市和帕苏金市，线路共94座塔基，线路总长30 km。

输电线路工程场地原始地形地貌为山地密林(见图1)，地形起伏较大，钻孔孔口标高在255.91～354.87 m，最大高差约98.96 m。

图1 输变电线路场地地貌

根据钻探和地质调查工作，场地范围内第四系覆盖层较薄，主要由填土和粉质黏土组成。填土厚度约0～0.6 m，土质不均。粉质黏土约0.30～1.10 m，可塑，土质均匀，仅部分钻孔有揭露。下覆基岩主要为灰岩和橄榄岩。

根据现场调查，63、65、75、93号塔基周围地表灰岩出露，岩体表面溶蚀现象明显，可见直径大小不一的溶蚀孔洞，呈串珠状、多层状，溶沟、溶槽、溶隙、溶孔数量多，规模不一且分布无规律，对地基处理和基础施工造成了严重影响[11-12]。

2 高密度电法的工作原理

2.1 工作原理

高密度电法是在常规电阻率法基础上发展起来，以目标体与围岩的电性差异为基础的一种方法，根据施加直流电场作用下地层传导电流的分布规律，推断地下不同电阻率的地质体的赋存情况[13]。该方法具有剖面法与电测深法的特点，一次可以完成剖面测量，工作效率高，成本低，同时可现场实时处理与成图解释[14]。

高密度电法的主要测量装置有：温纳、施伦贝尔、三极、二极和偶极装置。其中，温纳装置在野外工作最常用。结合现场情况及各装置特点，本次选用温纳装置进行采集[15]。密度电法工作原理示意见图2。

图2 高密度电法工作原理

温纳装置视电阻率表达式为：

(1)

公式(1)中：K为装置系数，K=2πa；a为电极距，m。结合现场条件，本次勘探工作电极距为1 m。

由于高密度电法勘探是以目标体和围岩视电阻率差异为基础的，采用对称四极测深装置测得的场区地层视电阻率参数见表1。

表1 地层视电阻率参数

2.2 资料处理

在数据预编辑时将“坏点”剔除，地形校正，消除地形影响；然后进行数据平滑，曲线插值。采用最小二乘法反演得到反演数据，在Sufer中进行插值成图，获得最后的反演剖面。

3 剖面布置

剖面布置应覆盖不良地质体，本次勘探在每一个塔位上布置2条近似于垂直的测线。共计完成4个剖面(见表2)，布置剖面8条(见图3～6)。

表2 剖面工作量一览表

图3 63号塔位测线布置

图4 65号塔位测线布置

图5 75号塔位测线布置

图6 93号塔位测线布置

4 资料综合解释

根据本次对63、65、75号和93号塔位高密度电法探测结果(见图7～14)，对其分析解释如下。

图7 63号塔基A-A高密度电法剖面成果

图8 63号塔基B-B密度电法剖面成果

图9 65号塔基C-C高密度电法剖面成果

图10 65号塔基D-D高密度电法剖面成果

图11 75号塔基E-E高密度电法剖面成果

图12 75号塔基F-F高密度电法剖面成果

图13 93号塔基G-G高密度电法剖面成果

图14 93号塔基H-H高密度电法剖面成果

剖面A-A：测线长度57 m，测线方向S9°W。测线视电阻率在10～1 100 Ω·m。近地表深度在0～1.5 m，视电阻率在10～80 Ω·m，为低阻区，解释为第四系覆盖层及部分强风化层，为覆盖层与基岩的分界面，起伏较大；覆盖层以下为基岩，视电阻率在80～1 100 Ω·m。其中在平距19.0～25.0 m存在一视电阻率等值线(80～170 Ω·m)向左陡倾的相对低阻带，低阻异常向深部延伸，推测该处发育有较深的溶沟并可能与岩溶通道相同。其余区域基岩均呈现连续高阻带，揭露基岩较完整。

剖面B-B：测线长度53 m，测线方向S85°W。地表至深度0～1.70 m，视电阻率在10～80 Ω·m，为低阻区，解释为覆盖层及部分强风化层，为覆盖层与基岩的分界面，起伏较大；覆盖层以下为基岩，视电阻率在10～1 100 Ω·m。其中在平距35.5～37.00 m，高程371.80～372.20 m；平距45.0～46.50 m，高程371.80～374.50 m；平距48.5～49.7 m，高程372.50～374.00 m 处各有一低阻异常，视电阻率值为10～110 Ω·m，推测异常为强溶蚀区，由浅表溶沟或溶槽引起，面积分别为0.9、3.1 、0.7 m2。其余区域岩体呈现连续相对高阻带，揭露基岩较完整。

剖面C-C：测线长度57 m，测线方向S17°W。测线视电阻率在10～1 500 Ω·m。近地表0～3.50 m视电阻率呈现低阻，在10～70 Ω·m，为覆盖层与基岩的分界面，且在塔基边界外侧相对较厚，最大厚度为3.5 m；塔基内部相对较薄，约0.1～0.5 m，揭露覆盖层及部分强风化层厚度及起伏状态。覆盖层以下为基岩，视电阻率在80～1 100 Ω·m。其中在平距35.3～38.2 m，高程338.10～339.60 m处有一低阻异常，视电阻率值为10～100 Ω·m，且视电阻率等值线呈封闭状，推测该处可能为充填型溶洞引起的溶蚀破碎区，发育面积为2.8 m2。其余区域岩体呈现连续高阻，表明岩体较完整。

剖面D-D：测线长度58 m，测线方向N63°W。测线视电阻率在10～1 500 Ω·m。近地表0～1.6 m，视电阻率在10～80 Ω·m，为低阻区，揭示了覆盖层及部分强风化层厚度，且界面起伏较缓。覆盖层以下为基岩，视电阻率在10～1 100 Ω·m。其中在平距25.0～26.3 m，高程332.50～333.30 m处视电阻率值为10～100 Ω·m，呈现相对低阻，视电阻率等值线呈半封闭，推测该处可能为充填型溶洞引起的溶蚀破碎区，发育面积为0.6 m2，发育规模不大。其余区域岩体较完整。

剖面E-E：测线长度60 m，测线方向S8°W。近地表0.00～2.20 m，视电阻率在20～80 Ω·m，为低阻区，揭示了覆盖层及部分强风化层厚度。在塔基内部基岩出露，视电阻率均呈现高阻，视电阻率在80～1 100 Ω·m。其中在平距24.1～24.3 m，高程465.50～466.50 m；平距28.3～32.3 m，高程466.00～466.90 m；平距52.8～54.8 m，高程462.50～462.70 m 处各有一低阻异常，视电阻率值为10～70 Ω·m，推测可能为充填型溶洞引起的溶蚀破碎区，面积分别为0.15、2.5、1.4 m2。其余区域岩体较完整。

剖面F-F：测线长度59 m，测线方向N88°W。测线视电阻率在20～1 300 Ω·m。整个区域基岩出露，视电阻率在20～1 300 Ω·m。其中在平距6.5～8.6 m，高程472.30～472.90 m 处有一低阻异常，视电阻率值为10～70 Ω·m，推测可能为浅表溶沟或溶槽引起的强溶蚀区，发育规模小，面积为0.6 m2；在平距3.9～5.3 m，高程471.50～472.50 m；平距17.00～19.50 m，高程469.00～470.20 m；平距26.50～29.50 m，高程464.00～465.80 m；平距42.50～43.30 m，高程469.20～470.20 m；平距46.30～47.30 m，高程469.10～470.00 m；平距52.40～53.90 m，高程467.30～468.50 m 处各有一低阻异常，视电阻率值为10～70 Ω·m，视电阻率等值线封闭，推测可能为充填型溶洞引起的溶蚀破碎区，发育规模均较小，面积分别为0.8、1.6 、3、0.3、0.6、1.4 m2。其余区域岩体较完整。

剖面G-G：测线长度47 m，测线方向S9°W。地表至深度0.00～2.50 m，视电阻率在10～40 Ω·m，为低阻区，解释为覆盖层及部分强风化层，在塔基范围内基岩出露；在塔基边缘覆盖层厚度在0.00～2.50 m。覆盖层以下为基岩，视电阻率在10～1 500 Ω·m。其中在平距0.00～25.50 m，高程365.50～371.00 m；平距39.00～40.60 m，高程366.50～371.00 m 处各有一低阻异常，视电阻率值为10～100 Ω·m，推测解释为强溶蚀区，推测为浅表溶沟溶槽引起，面积分别为30.30、3 m2；在平距29.00～31.50 m，高程363.80～366.00 m有一低阻异常，视电阻率值为10～100 Ω·m，推测解释为溶蚀破碎区，为充填型溶洞引起，面积分别为3.50 m2，其余区域岩体较完整。

剖面H-H：测线长度46 m，测线方向S69°E。测线视电阻率在20～1 500 Ω·m。地表至深度基岩出露，视电阻率在20～1 500 Ω·m。其中在平距4.50～7.00 m，高程366.00～367.00 m；平距16.80～18.10 m，高程369.00～369.50 m 处各有一低阻异常，视电阻率值为10～100 Ω·m，推测解释为强溶蚀区，推测为浅表溶沟溶槽引起，面积分别为1.30、0.5 m2。其余区域岩体较完整。

5 结 论

为了验证高密度电法对探测溶洞的有效性与准确性，对93号塔基中部进行钻探验证。在钻至7.4 m处，发生掉钻与卡钻现象，经测量，掉钻高度约1.2 m，与93号塔基G-G剖面在平距29.00～31.50 m，高程363.80～366.00 m存在一充填型溶洞引起溶蚀破碎区的推测相吻合，也从工程实践方面论证了高密度电法在岩溶探测中的有效性。

岩溶不良地质现象的存在给送电线路塔基稳定性和运营安全造成了严重威胁。因此准确预测塔基以下溶洞的位置、规模和发育规律等，对保证塔基安全至关重要。通过本次使用高密度电法对岩溶塔基的勘察，探明的溶洞、溶隙与施工开挖结果吻合得比较好，证明高密度电法在岩溶探查中的有效性。本次勘探表明：

(1) 在送电线路交通条件不便的灰岩地区，采用高密度电法在地表进行探测，能够有效查明塔位地下溶洞等不良地质特征。

(2) 在送电线路途经的灰岩地区，尤其在山区等地形复杂地区，高密度电法勘探与常规钻探、螺旋麻花钻、钎探等探测方法相比，具有探测效率、精度相对较高，成本低等优势。

(3) 高密度电法由于测量原理、方法及技术的限制，地表环境影响数据质量，如地形较陡、基岩出露、植被发育等因素导致电极接地不好或定位不准确[16-17]。