高密度电法在岩溶地区勘察中的应用

第３２卷第２期２０１８年㊀６月资源环境与工程
ＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ ３２ꎬＮｏ ２Ｊｕｎ.ꎬ２０１８
收稿日期:２０１７－０６－０６ꎻ改回日期:２０１７－０６－１９
作者简介:梁源珠(１９８４－)ꎬ男ꎬ工程师ꎬ勘查技术与工程专业ꎬ从事应用地球物理勘探及研究工作ꎮＥ－ｍａｉｌ:３６４６４５０１８＠ｑｑ ｃｏｍ
高密度电法在岩溶地区勘察中的应用
梁源珠ꎬ叶㊀臻ꎬ李㊀杨ꎬ刘㊀坤
(安徽省地质调查院ꎬ安徽合肥㊀２３０００１)
摘㊀要:灰岩分布区岩溶发育容易引发土洞㊁地面塌陷等地质灾害ꎬ为确保区内道路㊁桥梁㊁房屋等建筑安全ꎬ在工程建设前需要进行物探勘察ꎮ高密度电法作为探测岩溶的一种物探方法被广泛应用ꎮ阐述高密度电法在安徽宣城某变电站备选场地进行岩溶探测的应用情况ꎬ通过实例说明高密度电法在查找和规避岩溶灾害隐患中的可行性及有效性ꎮ关键词:高密度电法ꎻ岩溶ꎻ温纳ꎻ灰岩
中图分类号:Ｐ６３１.３ꎻＰ６４２.２５㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７１－１２１１(２０１８)０２－０３０７－０３ＤＯＩ:１０.１６５３６/ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ.１６７１－１２１１.２０１８.０２.０３０
㊀㊀灰岩是一种较为特殊的岩石ꎬ为可溶性碳酸盐岩ꎮ在灰岩分布的地区ꎬ通常发育有溶沟㊁溶槽等溶蚀带及溶洞等ꎮ灰岩岩溶㊁土洞发育的地段ꎬ地下水条件发生变化时易发生地面塌陷等地质灾害[１]ꎮ
高密度电法在数据采集过程中结合了电阻率剖面
和电阻率测深２种方法的观测过程ꎬ采集数据量大ꎬ观测精度高ꎬ对电性不均匀体有良好的探测效果[２]ꎮ利用该方法能够获得拟建场地岩溶发育情况㊁隐伏构造㊁
构造破碎带㊁岩溶㊁土洞等不良地质现象的分布和发育程度等ꎬ为设计㊁施工提供物探依据[３]ꎮ
某变电站备选场地位于安徽宣城地区ꎬ区内主要分布三叠纪南陵湖组地层ꎬ该地层以灰色薄层灰岩㊁泥质灰岩为主ꎮ根据以往的地质㊁工勘资料ꎬ岩溶较发育ꎮ为了探测场地内岩溶的空间分布特征ꎬ给钻孔及后期施工提供有效的地球物理信息ꎬ因此对场地开展高密度电法测量ꎮ
１㊀高密度电法的原理
高密度电法又称高密度电阻率法ꎬ是以地壳中岩石的电阻率差异为物性前提条件ꎬ通过观测和研究人工电场的变化和分布规律ꎬ进而解决地质问题的一种勘探方法[４]ꎮ
和常规电法一样ꎬ高密度电法通过Ａ㊁Ｂ电极向地
下供电(电流为Ｉ)ꎬ然后测量Ｍ㊁Ｎ极电位差ΔＵꎬ从而求得该记录点的视电阻率值ρｓ＝ＫˑΔＵ/Ｉꎮ根据实测的视电阻率剖面进行计算㊁处理㊁分析ꎬ便可获得地层
中的电阻率分布情况ꎬ从而解决相应的工程地质问题ꎮ工程勘察中最常用的高密度电法装置是温纳装置
(图１)ꎮ测量时ꎬＡＭ＝ＭＮ＝ＮＢ＝ＡＢ/３为一个电极间距ꎬ探测深度为ＡＢ/３ꎬＡ㊁Ｂ㊁Ｍ㊁Ｎ逐点同时向右移动ꎬ
得到第一层剖面线ꎻ接着ＡＭ㊁ＭＮ㊁ＮＢ增大一个电极间距ꎬＡ㊁Ｂ㊁Ｍ㊁Ｎ逐点同时向右移动ꎬ得到另一层剖面数据ꎻ如此不断扫描测量下去ꎬ得到倒梯形断面[５]
ꎮ
图１㊀高密度电法工作系统示意图
Ｆｉｇ １㊀Ｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｗｏｒｋｓｙｓｔｅｍａｂｏｕｔｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ
２㊀场地概况
２.１㊀工程地质概况
备选场地地表为第四纪所覆盖ꎬ主要是褐黄㊁棕黄色粉质粘土㊁粘土ꎬ局部地段见灰黄色含砾砂ꎮ
基岩层为三叠纪南陵湖组地层ꎬ分为上下两部ꎮ下部:灰㊁浅灰色薄 中薄层纯灰岩ꎬ偏下夹数层绿色㊁紫色微层钙质泥岩及泥灰岩ꎬ厚１１０ｍ左右ꎮ上部:灰㊁红灰色中薄 薄层似条带状灰岩㊁灰岩ꎬ偏上夹含
图３㊀ＬＳ２线视电阻率反演地电断面
Ｆｉｇ ３㊀ＬＳ２ｌｉｎｅａｐｐａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｉｎｖｅｒｓｉｏｎｇｅｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｐｒｏｆｉｌｅ
图２㊀ＬＳ１线视电阻率反演地电断面
Ｆｉｇ ２㊀ＬＳ１ｌｉｎｅａｐｐａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｉｎｖｅｒｓｉｏｎｇｅｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｆｉｌｅ
泥质灰岩及钙质泥岩ꎮ似条带状灰岩由含泥质灰岩与灰岩呈韵律互层组成ꎬ每一韵律厚１０~３０ｃｍꎬ风化后前者凹下ꎬ后者凸出ꎬ形成肋条状条带ꎬ厚１２０ｍ左右[６]ꎮ
２.２㊀地球物理特征
灰岩电阻率比较高ꎬ在２０００~８０００Ω ｍ之间ꎬ但是随着岩石节理裂隙发育程度㊁破碎程度㊁岩溶发育程度的增强ꎬ填充物含量的增加ꎬ电阻率呈急剧下降趋势ꎬ最低可降至１００Ω ｍ以下ꎬ使得岩溶局部发育的地方与基岩本身存在较大的电性差异ꎻ此外第四纪松散覆盖层和下伏基岩的不同风化程度ꎬ也造成了地下介质存在明显的电阻率差异ꎮ这些差异ꎬ为利用高密度电法进行岩溶勘察提供了必要的物性前提ꎮ区内主要的地层㊁岩性的电阻率范围见表１ꎮ
表１㊀地层、岩性电阻率统计表
Ｔａｂｌｅ１㊀Ｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｉｃａｎｄｌｉｔｈｏｌｏｇｉｃｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ
组
代号岩性电阻率/(Ω ｍ)Ｑ
耕土<１００粉质粘土<３０含砾粉质粘土８０~３００
碎石层１２０~３５０
南陵湖组
Ｔ１ｎ灰岩㊁泥质灰岩㊁钙质泥岩２０００~８０００龙潭组
Ｐ２ｌ
炭质页岩㊁黑色页岩夹粉砂岩２９~４９
３㊀野外工作方法与技术
本次高密度电法使用的是ＤＵＫ￣２Ａ高密度电法测量系统ꎮ该仪器操作便捷ꎬ观测精度高ꎬ采集数据可靠ꎬ获取信息丰富ꎮ
考虑到场地内的地层走向以北西向为主ꎬ根据垂直于探测目标的原则及场地的客观条件ꎬ布设了４条北北东向的平行测线ꎬ线间距５ｍꎬ方位角均为１７ʎꎬ点距２ｍꎬ排列长度均为２２４ｍꎬ测线号ＬＳ１￣ＬＳ４ꎮ
施工时一次性布设所有电极ꎬ经试验选用温纳装置进行观测ꎬ其基本观测参数为:有效电极数１１３ꎬ最小隔离系数１ꎬ最大隔离系数３０ꎬ收敛系数１ꎮ设置好之后ꎬ仪器便可测量和存储ꎮ
４㊀数据处理
高密度电法的数据处理主要分为数据预处理和数据反演两个过程ꎮ数据预处理就是将原始数据导入电脑ꎬ然后对原始数据进行数据编辑和合成ꎬ剔除异常点等ꎻ剔除异常点主要是根据电场的平稳过渡原则来进行ꎬ对一些造成电场突变的数据点进行剔除ꎮ数据预处理后就要进行地形改正㊁二维反演ꎬ导入地形文件后软件即可
自动地形改正ꎻ而反演参数设定较为复杂ꎬ需要根据经验和以往的地质钻孔资料进行多次修改ꎬ反复对比试验ꎬ最终才确定合理的反演参数ꎬ之后便可进行自动反演ꎮ本次数据处理工作使用高密度电法专业软件Ｇｅｏ￣
ｇｉｇａＲＩｍａｇｅｒ５.０完成ꎮ
５㊀工作成果解译推断
根据反演结果ꎬ以电性差异为基础ꎬ结合已知的基础地质资料ꎬ对每个地电断面进行电性分层及划分低阻异常区ꎮ图２－图５是高密度电法探测剖面视电阻率反演断面图ꎬ图６为高密度电法剖面成果立体图ꎮ
由图２－图５可以看出ꎬ各测线断面形态基本一致ꎬ视电阻率分层很明显ꎬ地层起伏变化小ꎮ高㊁低阻体分布边界清晰ꎬ电阻率由上到下分布规律为 高 低 高 ꎮ断面划分为３层:表层为高阻层ꎬ电阻率７０~４００Ω ｍꎬ厚度较薄ꎬ在１~５ｍ之间ꎬ为耕植土㊁第
四纪粘土层ꎬ其高阻值与地表干燥有关ꎻ中层为低阻层ꎬ电阻率<５０Ω ｍꎬ厚度较厚ꎬ在１０~３０ｍ之间ꎬ为基岩风化层ꎬ以南陵湖组灰岩为主ꎬ是主要岩溶发育层位ꎬ各剖面在场地范围内(均为６０~１８０ｍ区间)均划分出２~
４个低阻异常区ꎬ推断低阻异常区为溶蚀裂隙或溶洞ꎻ底层为相对高阻层ꎬ电阻率５０~３００Ω ｍꎬ是以灰岩为主的基岩层ꎬ该层位存在一个低阻异常ꎬ电阻率５０~８０Ω ｍꎬ可能是深部基岩局部风化较严重引起的ꎮ８
０３资源环境与工程
㊀
２０１８年㊀
图４㊀ＬＳ３线视电阻率反演地电断面
Ｆｉｇ ４㊀ＬＳ３ｌｉｎｅａｐｐａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｉｎｖｅｒｓｉｏｎｇｅｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｐｒｏｆｉｌｅ
图５㊀ＬＳ４线视电阻率反演地电断面
Ｆｉｇ ５㊀ＬＳ４ｌｉｎｅａｐｐａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｉｎｖｅｒｓｉｏｎｇｅｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｐｒｏｆｉｌｅ
图６㊀高密度电法剖面推断成果立体图
Ｆｉｇ ６㊀Ｓｔｅｒｅｏｇｒａｍｏｆｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｆｉｌｉｎｇｉｎｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｕｌｔｓ
㊀㊀本次测量区域较小ꎬ所布设的平行测线间距小ꎬ不仅可以得到纵向上的电阻率信息ꎬ还可以将测线进行联合分析ꎬ得到 横向 上的电阻率信息ꎬ达到三维立体的探测效果ꎮ４条测线的低阻异常并不是独立存在的ꎬ当异常范围较大时ꎬ与之相邻的测线的相对位置存在异常ꎮ通过联合解译共划分出浅部４个㊁深部１个共５个异常区(图６)ꎮ
根据异常位置ꎬ设计了４个钻孔ꎮ钻孔ＺＫ￣１位于
ＬＳ３线上ꎬ以验证Ⅰ异常ꎻＺＫ￣２㊁ＺＫ￣３均位于
ＬＳ２线上ꎬＺＫ￣２验证Ⅱ异常ꎬＺＫ￣３同时验证Ⅲ㊁Ⅴ浅深二处异常ꎻＺＫ￣４位于ＬＳ１ꎬ验证Ⅳ异常ꎮ钻孔结果表明ꎬ高密度电法反演推断的地质分层㊁厚度与实际情况基本吻合ꎻ钻孔并未发现大
型危害性溶洞ꎬ与低阻异常区相对应的主要为溶蚀裂隙和小型含水孔洞ꎮ对于这些小型的裂
隙和孔洞ꎬ工程施工前采取相应的处理措施即可消除隐患ꎮ
６㊀结论
通过以往及本次高密度电法的勘察工作ꎬ笔者可以得出以下结论ꎮ
(１)高密度电法是一种快速㊁高效㊁经济的
岩溶勘察手段ꎬ其测量成果具有直观㊁分辨率高的特点ꎮ根据其探测成果ꎬ给后期的钻孔及工程建设提供物探依据和指导意义ꎬ以达到排除
和规避岩溶灾害隐患的效果ꎮ
(２)高密度电法资料解释受解释人员主观
及经验的影响ꎬ其异常形态不能和具体某种岩溶空间形态完全等同ꎬ因此需要根据后期钻孔结果不断调整认识ꎬ以指导未钻区域的布钻工作ꎮ
(３)通常高密度电法剖面工作只能获悉剖面下部
二维的电阻率分布情况ꎬ通过将多条剖面进行分析对比ꎬ既相互验证ꎬ又能得到立体的电阻率分布情况ꎬ其效果更直观和真实ꎬ进而可以择优布置钻孔ꎬ以最小的成本求取最有效的勘察效果ꎮ
参考文献:
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溶地质调查中的应用[Ｊ].中国地质灾害与防治学报ꎬ２００２ꎬ１３(１):７２－７５.
[２]㊀葛如冰ꎬ黄伟义ꎬ张玉明.高密度电阻率法在灰岩地区
的应用研究[Ｊ].物探与化探ꎬ１９９９ꎬ２３(１):２８－３２.[３]㊀李树琼ꎬ蒋丛林ꎬ马志斌.高密度电法在岩溶地区勘
查中的应用[Ｊ].矿物学报ꎬ２０１３ꎬ３３(４):５４０－５４４.[４]㊀李金铭.地电场与电法勘探[Ｍ].第２版.北京:地质出版社ꎬ２００９:１９７－２１０.
[５]㊀蓝星ꎬ张炜ꎬ王堃鹏ꎬ等.浅层地震和高密度电法在汉
旺地区勘查中的应用[Ｊ].工程地球物理学报ꎬ２０１２ꎬ
９(６):６５４－６５８.
[６]㊀安徽省地质调查院.宣城柳桥１１０ｋＶ变电站工程地
质灾害危险性评估报告[Ｒ].合肥:安徽省地质调查院ꎬ２０１４.
(责任编辑:于继红)
(下转第３２２页)
９
０３第２期梁源珠等:高密度电法在岩溶地区勘察中的应用
际坐标信息ꎬ不能做到样品数据共享ꎬ不便于平面图件的绘制ꎬ建议后续版本给予改进ꎮ
参考文献:
[１]㊀邹仲平ꎬ屠江海.区域地质调查系统中地球化学剖面光谱曲线的作法[Ｊ].资源环境与工程ꎬ２００８ꎬ２２(６):６１９－６２１. [２]㊀方成名ꎬ葛梦春ꎬ张雄华ꎬ等.ＲＧＭＡＰ系统在１ʒ５万区调中的应用
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[４]㊀李永飞ꎬ施彬ꎬ卞雄飞.野外路线整理过程中的注意事项:ＲＧＭＡＰ技术在区域地质调查中的运用[Ｊ].地质与资源ꎬ２００８ꎬ１７(３):２２９－２３１.
(责任编辑:费雯丽)
ＡＮｅｗＭｅｔｈｏｄｏｆＳｐｅｃｔｒａｌＣｕｒｖｅｉｎＤｉｇｉｔａｌＧｅｏｌｏｇｉｃａｌ
ＭａｐｐｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
ＣｈｅｎｇＺｈｉｌｏｎｇꎬＷｅｉＸｉａｏｆｅｎｇꎬＴａｎＷｅｉꎬＺｈａｎｇＪｉａｎｂｉｎꎬＷｕＧａｎｇｇａｎｇꎬＭａＺｈｉｊｉｅ
(ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙｏｆＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１２)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｆｉｌｅｓｐｅｃｔｒｕｍｃｕｒｖｅｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｉｎｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｆｉｅｌｄ.ＩｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅꎬｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｓｕｍｕｐａｓｅｒｉｅｓｏｆｎｅｗｍｅｔｈｏｄｓｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｓｐｅｃｔｒｕｍｃｕｒｖｅｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｆｉｌｅｄａｔａꎬｓａｍｐｌｅａｎａｌｙｓｉｓｄａｔａａｎｄＤＧＳＳａｌｌｔｏｇｅｔｈｅｒｔｈｒｏｕｇｈｆｉｅｌｄｗｏｒｋｐｒａｃｔｉｃｅ.Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｒｅｈｉｇｈｌｙａｕｔｏｍａｔｉｃꎬｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｈｉｇｈｌｙｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｄｉｇｉｔａｌｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍａｐｐｉｎｇꎻｐｒｏｆｉｌｅꎻｓｐｅｃｔｒａｌｃｕｒｖｅ
(上接第３０９页)
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＲｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙＭｅｔｈｏｄ
ｉｎＫａｒｓｔＡｒｅａＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ
ＬｉａｎｇＹｕａｎｚｈｕꎬＹｅＺｈｅｎꎬＬｉＹａｎｇꎬＬｉｕＫｕｎ
(ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｕｒｖｅｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｎｈｕｉＰｒｏｖｉｎｃｅꎬＨｅｆｅｉꎬＡｎｈｕｉ㊀２３０００１)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｋａｒｓｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｔｈｅｌｉｍｅｓｔｏｎｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｅａｉｓｅａｓｙｔｏｃａｕｓｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｓｏｉｌｃａｖｅａｎｄｇｒｏｕｎｄｃｏｌｌａｐｓｅ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｒｏａｄｓꎬｂｒｉｄｇｅｓꎬｈｏｕｓｅｓａｎｄｏｔｈｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓꎬｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｅｆｏｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ.Ｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｍｅｔｈｏｄｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓａｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｎｇｋａｒｓｔ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ￣ｄｅｎｓｉｔｙｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｍｅｔｈｏｄｔｏｋａｒｓｔｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｔａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓｉｔｅｏｆａｓｕｂ￣ｓｔａｔｉｏｎｉｎＸｕａｎｃｈｅｎｇꎬＡｎｈｕｉＰｒｏｖｉｎｃｅ.Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｉｎｆｉｎｄｉｎｇａｎｄａ￣ｖｏｉｄｉｎｇｈｉｄｄｅｎｈａｚａｒｄｓｏｆｋａｒｓｔｄｉｓａｓｔｅｒｓａｒｅｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｂｙａｎｅｘａｍｐｌｅ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｍｅｔｈｏｄꎻｋａｒｓｔꎻＷｅｎｎｅｒꎻｌｉｍｅｓｔｏｎｅ
２２３资源环境与工程㊀２０１８年㊀。