高密度电法在岩溶探测中的应用.

高密度电法在岩溶探测中的应用高密度电法测量系统实时电法成像仪高密度电法仪高密度电法仪1.岩溶简介2.工作原理3.高密度电法在岩溶勘察中的应用3.1工区地质条件3.2测线布置3.3成果解释3.4探测成果3.5处理措施4.结论5.高密度电法勘探的前景和趋势高密度电法在岩溶探测中的应用1.岩溶简介在岩溶塌陷频发区进行区域性灾害地质调查，查明岩溶塌陷的分布规律与塌陷的诱发因素，是灾害治理的前提。在灰岩分布区进行桥梁、高速公路等基础设施施工时，岩溶、土洞的发育会引发塌陷，影响工程施工甚至造成设备损失或人员伤亡。因此，在勘察设计阶段，需查明区内岩溶、土洞等地质体的发育、分布情况，并进行相应的处理。物探方法是岩溶地质调查的重要手段。本案例应用高密度电法技术，对岩溶比较发育的某段高速公路进行了勘查，主要查明区内第四系内部土洞发育情况、灰岩埋深、灰岩分布范围、岩溶及可能与灰岩岩溶发育有关的断裂发育情况等，取得了较好的地质效果。2.工作原理高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于测深与电剖面法的结合。通过电极向地下供电，使其形成人工电场，测量电场，了解地下介质视电阻率ρs的分布，从而推断解释地下地质结构。这种方法原理简单，图像直观，是一种分辨率较高的物探方法。该方法在工程与水文地质勘探和矿产、水利资源勘查中有着广泛地应用。高密度电法工作系统如图所示。3.高密度电法在岩溶勘察中的应用3.1工区地质条件某高速公路一段需要穿越灰岩分布区，岩溶比较发育，其中对公路建设有影响的有溶沟、溶槽、溶蚀洼地、溶蚀漏斗、落水洞、溶洞和暗河等。这些岩溶现象的存在，对修筑公路造成不良的影响。地下岩溶水的活动，或因地表水的泄水洞穴被堵塞，导致路基基底冒水、水淹路基和水冲路基，或由于地下溶洞顶板的坍塌，引起位于其上的路基及其附属构造物发生坍塌、下沉或开裂。施工中，在该段的挖方路段，已发现了大小不同、深浅不一的溶洞等岩溶地貌形态。勘探的目的就是查明该路段的岩溶发育分布、延伸等情况，为对岩溶的工程处理提供科学依据。为此，选用高密度电法进行探查。3.2测线布置测线布置如图2所示，沿线路方向布置了4条高密度电法剖面，编号为D1、D2、D3、D4，每条测线长158m，范围为K120+949—K121+107。其中D1线在公路中线右侧9m，D2线在公路中线右侧3m，D3线在公路中线左侧3m，D4线在公路中线左侧6m。3.2测线布置高密度电法测量选用了工程勘察中最常用的温纳装置，电极距2m，电极排列8个记录层数，共15层。测量时，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；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面，如图所示。3.3成果解释D1测线在公路中线右侧9m，从已发现的溶洞上方经过。从电阻率断面图(图4)可以看到，有3处范围较大的异常在K120+983—+996处有一高阻异常(Ⅰ)，相对深度约12m，此异常推测是由基岩引起的。在K121+022—038处有一高阻异常(Ⅱ)，和已发现的溶洞位置吻合，此异常是由充气溶洞引起的，这验证了高密度电法的有效性。在K121+076—081处浅部有一低阻异常(Ⅲ)，推测是夹泥或为粘土充填区。另外本条线还有三处范围较小的低阻异常区：K120+994浅部近地面处有一低阻异常区，推测是夹泥或充填粘土；K121+007—+011浅部近地面处有一低阻异常，推测是夹泥或被粘土充填；K121+093附近相对深度5m处有一低阻异常，推测是充水或充泥溶蚀区。D2测线在公路中线右侧3m，从电阻率断面图可以看到也有3处较大异常发育，分别和D1线3个异常位置对应。Ⅰ号异常向深处延伸，相对深度约13m。Ⅱ号异常向大里程方向范围变大，也向深处延伸，顶部埋深约6m，底部未揭露；Ⅲ号异常位置、深度基本不变。另外还有两处范围较小的低阻异常区：K120+972附近浅部近地面处有一低阻异常区，推测是夹泥或为粘土填充；K121+089—+093附近相对深度5m处有一低阻异常，推测是充水或充泥溶蚀区。D3测线在公路中线左侧3m，从电阻率断面图可以看到，Ⅰ号异常消失，从D1、D2线上的异常走向趋势分析，此异常可能是向更深处延伸了；Ⅱ号异常范围更大，宽约30m，继续向深部延伸，顶部深埋约8m，底部未揭露；Ⅲ号异常对应位置、埋深基本不变。D4测线在公路中线左侧6m，从电阻率断面图可以看到，Ⅱ号异常继续向深部延伸，顶部埋深约10m，底部未揭露；Ⅲ号异常位置、深度基本不变。另外在K121+089—+093附近相对深度2m处有一低阻异常，推测是充水或充填粘土的溶蚀区。本图是电阻率断面立体示意图，在图上可以形象的看出3个主异常的形态和走势。3.4探测成果•通过对物探数据的分析、处理、解释，结合现场已有地质资料，查明的勘察区内岩溶空间分布形态和位置，详见解释成果图。•a.K121+022—+048段(Ⅱ)为已知溶洞区，该溶洞向公路左侧深处、大里程方向延伸，范围变大,顶部深约5~8m，长约20m，宽约14m。b.K121+076—+081段浅部(Ⅲ)存在一富水并有粘土充填的松散区，实地观察发现此区以前是一旧水沟。c.K121+089—+093段(Ⅳ)存在一个充水的溶蚀区，顶部深约5m。d.K120+994段公路中线向右9m处浅部有一小的粘土充填区；K121+007—011段公路中线向右9m处浅部有一小的粘土充填区；K120+971—K120+972公路中线向右3m处浅部有一小的粘土充填区。3.5处理措施溶洞区充水的溶蚀区粘土充填的松散区充填砂石，夯实抽水注浆挖土换砂石充填，然后夯实4.总结高密度电法兼具剖面法和测深的功能，具有点距小、数据采集密度大的特点，能较直观、形象地反映断面电性异常体的形态、产状等。在灰岩分布区应用高密度电法探测第四系土洞发育、岩溶、断裂发育情况等，能取得较好的地质效果。高密度电法断面结果反映的是灰岩与上覆第四系地层的平均电性反映，当灰岩表面溶蚀发育而呈锯齿状时，断面测量资料能反映灰岩面总体起伏状况。地形起伏地段的断面实测结果，应进行地形校正，以消除地形影响，使测量断面与实际断面更接近。5.高密度电法的前景与展望(1)高密度电法对地下地电结构具有高分辨率，是研究浅层地质结构行之有效的方法。(2)随着深部找矿等深部勘探工作的巨大需求，大功率、大探测深度、多参数测量和一机多能是高密度电法仪器今后发展的主要方向。(3)高密度电法施工环境突破地表限制，实现坑道、井中、水上、水下的全天候勘探，井-井、井-地、坑道—地表联合测量将大大提高高密度电法的分辨率。(4)二维反演在未来较长时间内将仍然是高密度反演的主要方法，三维反演将随着三维数据采集成本的降低而逐渐增加，四维反演，特别是定时遥测四维监测系统的反演，在污染监测、堤坝渗漏、海水入侵等一些对时间比较敏感的领域中将发挥重要作用。(5)高密度电法应用领域将更加宽广。