高密度电法在滇西岩溶工程勘探中的应用

杨 波，张 华，王金文

(云南南方地勘工程有限公司，云南 大理 67100)

工程建设中，岩溶发育地区采用高密度电法结合钻探勘察是一种有效的勘探方法。高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，多用于中浅层工程勘察[1]。野外测量只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上，利用程控电极转换开关和微机工程电测仪可实现数据的快速、自动采集；当测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释结果。应用该方法，电极布设一次完成，能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，具有成本低、效率高、信息丰富等优点[2-5]。

高密度电法无损探测与钻探法重点勘察的综合探查方法对获取工程建设场地岩溶发育程度及溶洞的空间分布特征具有指导意义[6-8]。本文以云南洱源垃圾处理厂为研究对象，采用高密度电法为“面”的无损探测和钻探法为“点”的重点勘察，分析物探反演解译成果与钻探勘察结果，同步应用Surfer软件对数据进行网格化并制成视电阻率PS断面等值图，用基于圆滑约束最小二乘法的RES2DINV高密度电阻率二维反演软件进行反演，并对高密度电法成果推断解释。研究该岩溶区溶洞空间分布特征，对比分析两种探查手段的应用成果。

1 工程概况

城市垃圾处理工程场地位于云南省大理州洱源县邓川镇东侧约8千米的军马厂，主要由填埋库区、管理区、渗滤液处理区组成。地处山脊地带，场地微显狭长凹谷地形，长约510m，宽约380m，纵坡降18.4%。谷岸地形坡度15°～30°，植被多灌木为主，覆盖率20﹪以上。山坡岩土体稳定，节理裂隙及溶洞等不良地质灾害发育；断裂、裂隙呈带状，溶洞多呈等轴状、串珠状，产状与区域地层、构造一致，不良物理地质现象以地表岩溶明显，发育小溶沟、溶槽，多为碎石土充填。

图1 工作区水文地质图

2 高密度电法测量

2.1 方法选择

根据该场地的电性特征及工作目的，拟解决的地质问题，采用高密度电阻率法及电测深方法。布极方式采用温纳装置，该方法属于电阻率法范畴，是电测深与电剖面的结合，其观测点密度大，可较详细探测水平和垂直方向电性变化的一种电学方法。应用于工程地质勘查(地基基岩界面、岩溶、基岩断裂构造、覆盖层厚度、滑坡体滑移面等探测)等方面；在该区选择高密度电阻率法，寻找岩溶、构造，划分覆盖层厚度是比较有效的。

2.2 勘探方法及基本工作原理

高密度电阻率法是一种阵列式勘探方法，地面电极一次性布设完成，并统一进行数据观测，数据实现了自动化或半自动化的采集，提高了工作效率。其基本工作原理与常规电阻率法大体相同。它是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。其原理是地下介质间导电性差异，与常规电法一样通过A、B电极向地下供电流I，然后在M、N极之间测量电位差△U，从而可求得该点(M、N之间)的视电阻率(图2)，根据实测的视电阻率剖面计算、分析，获得地下的视电阻率分布情况，通过对视电阻率分布规律分析寻找地质目标体。

图2 高密度电法原理图

高密度电阻率法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系组成。多路电极转换器通过电缆控制电极系各电极供电与测量状态，主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出指令、向电极供电并接收、存贮测量数据。

2.3 野外工作方法技术

场地内共布设高密度剖面3条，其中垃圾坝坝址(2号剖面)及过滤液调节池坝址(3号剖面)剖面长均为240m，垃圾坝北侧剖面长600m，点距4m，60根电极，240m为一个排列，观测10-16层。剖面线编号从北向南，由小到大进行编号，点号从西向东由小到大进行，编号以起点为0，以点距的倍数进行编号(图3)，即：0、4、8、12、……240等，野外编号为001、401、8/01、12/01、16/0、……，其中：分子表示点号，分母表示剖面编号。

图3 物探线布置平面图

工作采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD-3多功能数字直流激电仪和WDZJ-3多路电极转换器，野外观测示意图(图4)，该系统支持18种测量装置，本次测量断面采用a排列(温纳装置AINB)，用于固定断面测量，测量某剖面N时，ANB相邻电极保持极距a.每测量完一点向前移动一个基本点距X直至B极为最后一个电极止，剖面上测点数随削面号增大而减少，其断面上测点呈倒梯形分布，实结电极数为60，观测剖面数为16。

图4 高密度电阻率测量系统野外工作示意图

测试时，WDJD-3主机通过RS232串口控制和WDZJ-3多路电极转换备，按工作电极排列要求将A、B、M、N极与电极1～60中指定电极轮流相接，完成供电与测量任务。测试时，AM-MN=NB 为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一条剖面线；样不断扫描测量，得到倒梯形断面。

2.4 资料整理

首先对测量数据检查，对个别明显不符合变化规律的数据进行内插平均或删除，然后将数据进行极距转换：最后将数据格式转换成Surfer格式。应用Surfer软件对数据进行网格化并制成视电阻率PS断面等值图，用基于圆滑约束最小二乘法(deGroot-Hedlin and Constable1990，SarKeril1992)的RES2DINV高密度电阻率二维反演软件进行反演。

2.5 成果分析

(1)2号剖面：以走向315°布设，由粘土、灰岩组成。上层粘土含水量不一致，视电阻率差异较大；下层为三迭系中统北街组下段灰岩。据反演图在靠近地面区域，反演电阻率小于1002Ω·m，异常解释结合现场地质特征，115号点附近推测存在一条断裂破碎带，96号点低阻异常推测由埋深7m左右溶洞或溶蚀区引起，其间被软土、粘上或水所充填(图5)。

(2)3号剖面：以297°方向布设，由粘土、灰岩组成。上层粘土含水量不致，视电阻率差异较大，小号点段覆土厚度较大；下层三迭系中统北衙组下段灰岩岩溶溶蚀发育。据反演图在靠近地面区域，反演电阻率小于1005Ω·m，异常解释结合现场地质特征，110号点附近推测存在一条断裂破碎带，120号点低阻异常推测由断裂破碎带或局部岩溶溶蚀区引起，其间被软土、粘土或水所充填(图6)。

3 钻孔验证

3.1 验证钻孔布设

为验证2号剖面和3号剖面测线中存在的低阻异常，结合场地勘察工作，在2号和3号剖面位置分别布设勘探验证钻孔。图7、图8。

3.2 岩土特性及分析

场区经钻探揭露，各岩(土)层工程地质及物理力学特征自上而下分述如下：

(2)中三迭系北衙组下段(T2b1)根据钻探揭露其岩体风化程度及物理力学性质分为二个风化带：强风化泥质灰岩：灰-浅灰色，岩石结构大部分已被破坏，呈碎块状及角砾状，风化裂隙发育，裂面含有大量次生泥质。场区均有分布，其中：强风化泥质粉砂岩：褐黄-黄色，呈碎石状及土状，风化裂隙发育，裂面含有大量次生粉质粘土。场区零星分布，埋深1.20m～17.80m，厚度1.60m～13.20m，平均厚6.70m；中等风化泥质灰岩：灰-深灰色，岩石原始结构清楚完整，但风化裂隙发育，裂隙面风化剧烈，裂面有少量泥质充填。场区均有分布，RQD值2.00%～45.0%。埋深4.70m～16.60m，厚0.8m～10.60m，平均厚3.30m。

3.3 钻孔结果解析

通过钻探验证，两个钻孔近地表部分表现为风化粘土层及碎石土层，棱角明显；中下部为中风化泥质灰岩，残留岩石原生构造，局部泥质或铁质胶结。该区段岩溶发育，存在充填型溶洞，多含碎石粘土充填，下部基岩为灰岩，岩石完整，裂隙不发育。物探异常验证钻孔中未见构造碎裂岩、构造角砾岩、断面和岩石变形等断裂构造迹象。推断该异常为不整合面上部风化壳引起，通过勘探结果与高密度电法反演结果对比分析，勘探钻孔异常结果与高密度电法反演结果基本一致。

4 结 论

(1)高密度电法能较直观、形象的反映断面电性异常特征，特别是灰岩分布区了解溶洞土洞等发育及分布情况，具有较好的效果，可以指导钻孔布置，提高钻孔质量，同时钻孔地质资料也对高密度电法解释成果相互佐证。高密度电法对岩溶空间发育给予较好解释。

(2)在地质背景复杂，存在电阻率差异小的地区，高密度电法还可以结合其它物探方法及钻探手段提高地质解析成果。

(3)钻探结果与高密度电法反演结果基本一致，说明了高密度电法在浅层勘探中的良好效果，为今后的高密度工作提供依据。