浅谈高密度电法在岩溶区勘探中的应用

摘 要：在工程基础地质勘察中，位于岩溶区的深层岩基工程地质勘探问题尤为复杂。利用高密度电法勘探技术可以查明岩溶和断裂等构造的分布位置，再结合常规的钻探方法，对深层岩体进行正确的工程地质评价。文章简述了高密度电法勘探技术的基本原理，并以一个工程为实例，从实践中说明高密度电法勘探技术在岩溶洞穴、地质灾害等探测领域具有较好的探测效果。

关键词：高密度电法；关键技术；岩溶发育；应用实例

引言

随着城市建设的不断发展，工程建设作为关系民生的重要项目受到社会各界的密切关注。岩溶和断层都是工程建设中基础处理的重要地质问题。因此，对此类地质问题的勘探成了勘察中的重点和难点。由于岩溶发育的随机性和隐蔽性，常规的勘察方法往往很难迅速的查明地质情况。在这类地质条件中的工程项目中，地质勘探手段多采用高密度电法。高密度电阻率法利用岩溶与所处岩体在电性上存在的差别，快速的探测出区域内的地质特征、岩体结构、岩溶分布等地质构造，再经过钻探等常规的勘探方法进一步验证，对工程地质勘察结果作到既准确又经济。近年来，高密度电法勘探仪不断更新发展，这类技术的运用与发展，使电法勘探的智能化程度大大迈进了一步。

1 电阻率法的工作原理

1.1 电阻率法的工作原理

电阻率法是利用岩土体导电性差异为基础的电探方法，利用对电场分布的特点和空间差异变化的研究，制作出剖面图，查明地下地质构造和寻找地下非均匀电体的地球物理勘探方法。高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法。野外操作中将全部电极（几十至上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪互相配合工作，将电极数据送入微机后，进一步对数据进行处理，最终给出关于地电断面分布的各种物理解释。在数据采集过程中结合电阻率曲线和电阻率深观测系统，大量的数据收集对观测数据的准确性，在电异质体的检测取得了良好的地质效果。

1.2 岩溶发育的地质特征与地球物理特征

岩溶发育多是在碳酸盐岩类地区，常见的有灰岩、白云岩、白云质灰岩等，上覆盖第四系地层岩性为黄粘土和红粘土，也有基岩直接地表的。岩溶的发育与当地的地层变化、地质构造有着密切的联系，受地质构造影响，地下水活动比较频繁的断层带区域，岩溶发育强烈，分布较为密集。

众所周知，在岩溶区岩性为灰岩、白云岩的，电阻率较高，介于2000～8000Ω・m之间，最高可达20000Ω・m。由于地质结构的不同，岩石节理裂隙发育程度和岩溶发育的增强，裂隙与溶洞内填充物含量增加，电阻率急剧下降。电阻率法就是利用这种差异测出岩溶的发育及分布情况。近年来，国内外对高密度电法勘探技术的研究，该方法的分辨率得到有效提高，可探测埋深与直径之比大于10：1的地下洞穴，在大型溶洞与矿山坑道等方面取得了很好的效果。无充填的溶洞，一般认为其电阻率要高于基岩电阻率，但勘测经验中，往往由于岩溶洞壁上存在较厚的钙层及钟乳石等低阻物质，大多数空洞为低阻反应，除非是大型或特大型溶洞。

2 工程应用

文章选择在柳州地区某小型水库坝址区高密度电法勘察的应用实例，对高密度电法在岩溶勘探中的应中进行较祥细的说明，物探高密度电法勘探测试为该项目的关键勘探技术起着重要的作用。

2.1 工程概况及地质情况

柳州市柳城县西北一带地形地质条件复杂，岩溶发育，且水库在进行前期地质勘探时已在部分钻孔中发现了溶洞，大坝渗漏情况较为严重。为了查明坝区地质状况（包括：覆盖层厚度、基岩风化程度分层、构造破碎、岩溶发育程度等），特在坝址轴线利用高密度电阻率探测方法并配合工程地质勘察进行详勘。工程区上层为红粘土夹碎石，下部基岩为灰岩及泥质灰岩，具有开展高密度电法勘探的地球物理条件。

2.2 资料成果解释

本次勘探根据工程区地形地貌条件，在大坝坝顶中部布置物探剖面一条，总长180m，测探点120个。本次高密度电法勘探采用WGMD-4设备，应用施伦贝谢尔装置进行断面扫描测量。根据场地情况和前期资料，选择在断面内采用铜电极60根，点距3.0m，探测剖面总设置18层。该方法为固定断面扫描测量，电极排列为倒梯形，对实测数据进行整理，提出坏点及畸变点，运用配套专业软件进行计算后绘制电阻率等值断面图。数据处理及绘图应用的是Suffer7.0及CAD软件，最终电阻率等值断面成果图如图1。

图1 高密度电法视电阻率等值断面图

图1为实测的坝轴线电阻率断面图，从该图中可看出，上部为坝体填筑土，岩性较均匀密实，等值线较平缓，视电阻较低，约50～150Ω・m，说明该层没有不良地质构造，如土洞或渗漏通道等。下部岩石层存在3处明显的低阻异常。1#对应地面桩号为145～170，对应AB/2均为-40～-45段，2#桩号为185～188，对应AB/2为-45左右，3#对应桩号210～250，对应AB/2为-43～-47段。根据现有资料表明，2#区域所处位置为坝下输水涵管，规格为1.0×1.0m，埋深位置为坝下16m，由此推出高密度深度解释系数为0.4。1#和3#异常段推测为异常地质区域，很可能是溶洞发育区或断层破碎带。根据电法勘探剖面提示，我们在对应位置进行钻孔勘探，得出工程地质剖面图，最终勘探剖面表明1#区为充填淤质泥的溶洞，大小约2.0×1.0m，3#区发现宽度约2.0m的断层破碎带。

通过整个勘测过程，我们发现，高密度电法有效地指挥了整个勘探工作，短时间内准确有效地找到存在异常地质构造的位置，指导整个勘察工作快速有效的进行，最终做出正确的工程地质评价。

通过本次勘察成果可知，在目前多种勘察方法中，选择电法勘探是较为快捷且经济可靠的勘察手段，在普通的钻探手段无法有效查明异常地层的情况下，可以应用此技术并结合传统钻探方法，达到明显好又快的效果。

3 结束语

通过实际应用可以看出，高密度电法具有自动化程度高、工作效率高、形象直观等优点，是一种经济高效的岩溶勘察手段，在矿产探查、工程设计等方向具有明显的指示作用，随着该方法的深入研究与发展，将在更多的探测领域发挥关键重要的作用。

高密度电法的装置是一种组合式剖面装置，应用高密度电法勘探技术必须合理地选择不同测量装置。在实际操作中，装置的选择、电极的布设、数据的校正及数据的和理分析纠错等都是决定最终成果准确度的关键。当然任何物探方法的应用都有其局限性。高密度电法应用具有一定的条件性和多解性。因此，在进行勘探时也应将各探测方法合理配合，在工作中，我们必须针对所要寻找的目的物和工作区的地球物理条件具体地选择适当的勘探方法和顺序。在祥勘阶段，应补充钻探资料为勘察精度进行有益完善。

作者简介：韩旭东（1978-），男，广西柳州人（蒙古族），柳州市建筑设计科学研究院工程勘察物探技术方向，工学学士。