马强

摘要：高密度电阻率法效率高，信息数据采集丰富，显示直观而被广泛运用于岩溶、采空区、渗漏检测、滑坡勘察等领域。某输水隧洞在前期施工过程中，出现岩溶塌陷、突水、突泥等危险情况，在选择应用了高密度电阻率法实地勘察后，发现几处明显物探异常，结合地质资料分析后，在后期施工过程中采取防护措施，避免的危险情况的发生。通过开挖，验证了高密度电阻率法成果与实际情况一致，证实了高密度电阻率法在岩溶勘察中的有效性。

关键词：高密度电阻率法；岩溶；物探异常

1.引言

贵州位于西南卡斯特的斜坡和腹心地带，岩溶十分发育，给各类工程建设活动带来严重的影响。近年来，水利行业发展迅猛，各地兴修水库、大坝、湿地公园等，给当地带来巨大经济效益与社会效益。然而，在这些水利工程建设过程中，常常会遇到一些困难。尤其是在输水隧洞施工阶段，遇到岩溶塌陷、突水、突泥等危险情况，给现场施工带来了严重影响，甚至威胁到人的生命安全。因此，查明这些岩溶的位置，埋深，分布等特征，对整个隧洞施工显得尤为重要。

测区地形陡峭，切割强烈，覆盖层一般厚度在几米左右，覆盖层下面为灰岩，水的长期溶蚀作用，岩溶十分发育。岩溶发育的岩石及溶洞与完整岩石相比，其电阻率存在较大差异，这为高密度电阻率法的应用提供了条件。实践证明运用高密度电阻率法对贵州某输水隧洞工程进行岩溶勘察取得了良好的效果，查明了隧洞轴线上方岩溶的位置及分布情况，为下一步工作提供了可靠依据。

2.方法原理

高密度电阻率法实质上是电阻率法，其理论、方法及应用与电阻率法是一致的。高密度电阻率法是一种阵列式勘探方法，是电剖面和电测深的有机组合。野外测量时多根电极（几十根至百根）一次布设在测点上，通过程控开关按一定的装置形式逐点测量。因其效率高，数据采集信息丰富，显示直观而被广泛运用于岩溶、采空区、渗漏检测、滑坡勘察等領域[2]。

高密度电阻率法有多种装置，不同装置形式探测效果有所区别。例如：温纳装置（α）对于地质分层效果好，斯伦贝尔装置对于孤立地质体识别效果好。

3.应用实例

3.1地质概况

测区位于黔北高原北东部，大娄山脉东北分支南侧，地势总体南西、西部及北部高、东部及中部低，南西及西北高坡陡，丛山连绵；山顶高程多在1000m左右，山间谷坝高程多在700m～800m左右。测区碳酸盐岩分布面积广泛，约占85%以上，地貌以岩溶地貌为主，侵蚀地貌次之，碳酸盐岩分布区组合形态有裂隙状溶洞、落水洞、暗河、天窗、岩溶洼地等。

测区出露地层从老到新依次为寒武系中上统（∈2-3 ls）至三叠系中统松子坎组（T2s）及第四系（Q）地层，碳酸盐岩类与碎屑岩类相间分布，其中碳酸盐岩类主要由寒武系娄山关群、奥陶系桐梓红花园组、志留系石牛栏群、二叠系栖霞茅口组、吴家坪组、长兴组、三叠系茅草铺组、夜郎组玉龙山段等的灰岩、白云岩、泥灰岩组成。碎屑岩类则主要由寒武系金顶山组、明心寺组、奥陶系湄潭组、志留系龙马溪群、韩家店群、三叠系夜郎组九级滩段、松子坎组等泥页岩、砂岩组成。

3.2地球物理特征

通常情况下，干的溶洞被空气充满，而空气的电阻率无穷大，因此干洞呈现出高阻特征；当溶洞被水或泥质充满时，水或泥质增强了溶洞的导电性，因此充满水或泥质的溶洞呈现出低阻特征；完整灰岩或白云质灰岩的电阻率高，完整性差或节理裂隙发育、风化破碎的灰岩电阻率较低[3]。测区主要岩土介质电阻率特征值见表1。

由表1可见，本次勘探的目标体与围岩存在着明显的电性差异，完全具备开展高密度电阻率法工作的地球物理前提条件。因此，利用高密度电阻率法查明工程区岩溶及其分布是完全有效和可行的。

3.3野外工作方法

本次工作选用重庆精凡科技有限公司生产的N2高密度电法仪，电极距10m，电极道数120道，采用斯伦贝尔装置，滚动测量。测线沿输水隧洞中轴线方向布置，测线长度1400m。每个电极采用中海达RTK仪器实地定点并做好标记。

遇水泥路面、公路或岩石出露时，用盐袋代替电极或在电极处加盐水等措施，以改变接地条件，获取高质量的采集数据。

3.4资料处理与解释

3.4.1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。数据预处理就是将原始数据导入电脑，然后对原始数据进行数据编辑和合成，剔除跳跃点、数据圆滑等。

数据处理完成后，再将处理好的数据导入RES2DINV进行反演，反演采用最小二乘法，迭代次数5次。第5次均方根误差等于9.9%。将反演结果数据保存，成图。

3.4.2资料解释

根据图3所示，整条剖面岩层完整性较差，共存在5处明显异常，分别编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，各个异常分别解释如下：Ⅰ号异常为一低阻异常，视电阻率值约500Ω·m～1000Ω·m，两侧岩石视电阻率高，大于3500Ω·m，该异常从地表一直延伸到深部，异常上部窄，下部宽，异常宽度10m～80m，推测该段为溶蚀破碎带，并被泥质所填充；Ⅱ号异常为一高阻异常，视电阻率值约大于10000Ω·m，该异常为一圈闭异常，异常深度约36m～90m，异常宽度约58m，推测该处为干洞或半填充的溶洞；Ⅲ号异常为一高阻异常，视电阻率值约大于30000Ω·m，该异常从埋深40m一直延伸到深部，异常宽度约36m，推测该处岩溶发育；Ⅳ号异常为一低阻异常，视电阻率值约300Ω·m～500Ω·m，两侧岩石视电阻率高，大于1000Ω·m，该异常从地表一直延伸到深部，异常宽度约100m，推测该处为溶蚀破碎带，含泥质或水；Ⅴ号异常为一较低阻异常，视电阻率值约2000Ω·m，两侧岩石视电阻率高，大于5000Ω·m，该异常从地表一直延伸到深部约60m处，异常宽度约25m；推测该处岩溶发育。结合地质资料以及隧洞开挖情况等综合分析，得到地质推断成果图，见图4。

为了保障施工安全，在整个隧洞施工过程中，对各个物探异常段做了安全防护。当隧洞开挖至K1+303（对应物探Ⅰ号异常）、K1+865（对应物探Ⅲ号异常）时，周围岩石破碎，夹杂黏土，并有少量地下水渗出，与物探低阻异常解释成果较一致；当开挖至K1+705时，隧洞上方出现一溶洞，该溶洞未填充，与物探高阻异常相对应；当开挖至K2+162（对应物探Ⅴ号异常）时，出现岩溶塌陷，地表出现直径约1.5m的大坑，与物探解释成果较一致。通过开挖情况，验证了物探方法的有效性，避免了施工过程中出现安全事故。

4.结论与建议

通过上述实地应用及隧洞开挖情况，证实了高密度电阻率法在输水隧洞岩溶勘察中的有效性，经过研究分析，总结出几点经验与建议。

4.1高密度电阻率法在灰岩地区查找溶洞、溶蚀破碎带等效果较好，空洞或半填充的溶洞一般呈现出高视电阻率特征，溶蚀破碎或全填充的溶洞一般呈现出低视电阻率特征。

4.2高密度电阻率法数据采集效率高，信息量丰富，适合浅部岩溶勘察。对于大深度的勘察，高密度电阻率法效率大大降低，因此大深度的勘察，建议使用电磁法类的方法，例如MT，AMT。

4.3建议在布置物探测线时，运用RTK实地定点，以便后期进行K值矫正，异常验证等。

4.4对于推断的异常应加强验证，以便利用验证资料进一步指导物探的解释工作。

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