浅谈高密度电阻率法在岩溶勘察中的应用

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1、高密度电阻率法在岩溶勘察中的应用陈斌文隋玉明曾务农（江西省交通设计院南昌330002）摘要：对在灰岩、白云岩区进行高密电阻率法勘察的地球物理特征进行了分析，提出进行高密度电阻率勘察良好地球物理前提是灰岩、岩溶、落水洞等明显的电性差异；分析了在对资料进行成果解释时应注意定性解释和定量解释两种解释方法，以便准确地推测地下岩溶等不良地质体，并通过2个工程实例对高密度电阻率在灰岩区进行岩溶勘察的效果进行分析。关键词：岩土工程；高密度电阻率法；岩溶；灰岩；地球物理特征；应用0前言随着我省高等级公路的迅速发展，公路并不局限于在平原地区和岗阜地貌区那种简单地层条件下修建，大部分公路均通过山区

2、地形条件较为复杂地段，如山间、河谷及盆地等。而各种类型的岩溶地貌及岩溶现象广泛分布于山间、河谷、盆地之中，岩溶作为一种典型的不良地质象对高速公路及桥梁造成的危害越来越明显的凸显出来。因此，在公路工程勘察阶段，对岩溶勘察的要求也越来越高。但是，由于岩溶发育的不确定性及隐蔽性，岩溶勘察的难度非常大，仅靠钻探手段已经很难达到要求。一方面，钻孔的布设存在一定的盲目性，局部岩溶发育地段可能会被遗漏；另一方面，发现有岩溶分布的地段，也很难探明其规模、形态及分布规律。因此要详细勘察出灰岩区内岩溶等不良地质体的纵、横向发育情况，仅靠钻探方法是很以达到理想的效果且投入很大，在很大程度上依赖于物探

3、方法来解决。高密度电阻率法作为一种新发展起来的电阻率方法，它集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点进行二维地电测量，提供的数据量大，信息多，且观测精度高，速度快，探测的深度大且灵活。本人对高密度电阻率法的工作方法、原理及解释方法作了分析，并通过对其在岩溶发育区进行勘察的几个工程实例进行了效果分析，得出采用高密度电阻率法进行岩溶勘察是非常明显有效的。1高密度电阻率法的工作原理1.1基本原理高密度电阻率法的基本原理与传统电阻率法相同，它也是以岩土体的导电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地中稳定电流分布规律，解决水文、环境与工程地质问题。高密度电阻率法的正演问题就是传导类电阻率

4、法的正演问题，也就是求解稳恒点电源电流场的边值问题。在已知的电阻率分布的求解区域中建立相应的微分方程和边界条件，确立未知的电位函数u(x,y,z)及其变换函数u(x,,z)，使其在已知电介质区域内满足相应的微分方程和边值条件。对于点源分布域内均匀介质，它们满足泊松方程或亥姆霍兹方程：式中：I-供电电流；M-观测点坐标；A-供电点坐标；-空间波数。当只考虑无源域时，u(x,y,z)满足拉普拉斯方程：。求解该方程，实际上就是寻找一个和方程描述的物理过程诸因素有关的场函数。一般来说，在复杂的地电结构分布中，我们采用数值模拟方法，如边界单元法、有限单元法等。1.2工作方法高密度电阻率法

5、的野外工作，是将全部电极按一定等间距（最小极距a）沿测线一次性布设完毕，然后通过多芯专用电缆将电极连接到多路电极转换器上，测量讯号由电极转换开关送入多功能直流电测仪。处理时通过电测仪与微机的通讯，将采集的数据回放到微机中，进而实施对原始数据的各种处理，并将结果用色谱图直观清晰地表示出来。高密度电阻率法的电极排列有温纳、偶极、微分、联合剖面、三极滚动测量等14种测量装置，其勘探系统示意图见图1：图1高密度电阻率法勘探系统示意图2地球物理特征2.1电性特征灰岩、白云岩电阻率通常较高，一般在2000Ωm-8000Ωm之间，最高可达20000Ωm，泥灰岩电阻率相对较低，但一般也大于60

6、0Ωm。随着岩石节理裂隙发育程度、破碎程度、岩溶发育程度的增强，填充物含量的增加，电阻率呈急剧下降趋势，最低可降至100Ωm以下。这种差异，为利用电阻率法进行岩溶勘察提供了必要的物性前提。对于无充填的溶洞，一般认为其电阻率比基岩电阻率高，但据笔者多年的工作经验，虽然空洞本身电阻率较高，但由于溶洞的形成与节理裂隙发育、地下水的活动等因素有关，加上溶洞洞壁通常存在较厚的钙华层及钟乳石等低电阻物质，因此，除非是大型、特大型溶洞，大多数空洞由于低阻屏蔽的影响，一般仍然为低阻反应。由于可溶岩本身电阻率较高，在此基础上查找出明显的高阻异常通常比较困难，因此，溶洞的上述电性特征，为电阻率法的

7、应用提供了有利的物性前提。2.2异常特征根据上述的电性特征分析，不难看出，岩溶最基本的异常类别有低阻异常和高阻异常两大类，其中主要的是低阻异常。根据岩溶形成过程中地下水的走向，岩溶分为垂直岩溶和水平岩溶两大类，垂直岩溶主要有石芽、溶沟、溶槽、岩溶洼地、岩溶漏斗、落水洞、岩溶竖井等，水平岩溶为溶洞。不同的岩溶形态，其异常形态也各自不同。同时，异常形态还受其上覆地层厚薄变化的影响，而有所不同。公路工程地质勘察所研究的岩溶，深度一般不超过20m，桥位勘察一般也不超过30m。在此深度范围内，所遇到的