肖坤林，闫国钰，贾小杰，张 扬

（中国冶金地质总局地球物理勘查院，河北 保定 071000）

随着我国基础设施建设重心逐步向西南转移，岩溶发育、构造复杂地区地质特征对公路、铁路路基桥隧建设影响巨大。因此，对上述地区开展针对性的物探技术有效性试验研究迫在眉睫[1]。

目前，由于西南山脉纵横，构造发育，水量充沛，溶洞不规则且连片发育，构造活动导致的裂隙带和构造破碎带进一步贯通了不同深度、时期的地下水，进一步加剧了上述地区岩溶发育程度，使得该地区岩溶具有纵向呈现串珠状、横向连片，形态上不规则的特点。鉴于此种特点，使得传统意义上依靠钻探、地质调查和单一物探手段辅助的勘察方案难以准确描述地下岩溶发育特征，而云贵高原山脉纵横、切割剧烈的地貌特征，也极大的限制了众多物探技术手段在该地区的应用，进一步增加了物探勘察的难度[2]。

为此，本文选择可控源音频大地电磁法、高密度电测深法作为试验技术，在该区域岩溶发育典型地区开展物探勘察作业，通过工程实例，论证两种电法技术的适应性和有效性，为后续工程勘察的顺利进行提供科学依据。

1 工作原理及方法

1.1 可控源音频大地电磁法

可控源音频大地电磁（CSAMT）法是利用人工场源激发地下岩石，在电流流过时产生的电位差，接收不同供电频率形成的总场电位，由于不同频率的场在地层中的传播深度不同，所反映深度也就与频率构成一个数学关系，不同电导率的岩石在电磁场的激励下产生的二次场是不同的[3]。本次物探工作采用标量测量方式，选用V8 System 2000 系统开展数据采集工作。

1.2 高密度电法

高密度电法是传统直流电阻率测深法和剖面法的综合应用。高密度电法即高密度电阻率法，是以岩、土导电性的差异为基础，通过一次布设电极，可实现多种电极排列方式的扫描测量，从而获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息[4，5]。本次采用赛盈地脉技术有限公司生产的分布式高密度电法系统，以常用温纳—斯伦贝谢尔排列方法进行。

2 综合物探剖面探测应用及讨论

2.1 工区地层特征

本次工区位于云贵高原西南云贵两省交界处，第四系覆盖层以红色黏土为主，厚度大致在10m ～40m 之间，基岩为二叠系下统梁山-栖霞组、茅口组灰、深灰色中至厚层状灰岩，燧石团块灰岩，局部夹杂泥岩，偶含有煤线。工区灰岩溶蚀普遍发育，裸露于地表的天然溶洞随处可见，且该地区构造活动强烈，断层裂隙发育，导致地下水系发达，进一步促进灰岩溶蚀发育同时，也导致工区基岩破碎，完整性较差。

测线沿线共有四个已知钻孔，其中K3、K4 录井资料及声波测井曲线资料如图1 所示，从图中可看出，声波测井数据和已知钻孔资料吻合度很好，本地区溶蚀比较发育，岩体完整性较差。

图1 K3 和K4 录井柱状图及声波测井曲线

2.2 工区地质、地形及人文干扰条件

本区地质、地形及人文条件对物探勘察存在如下不利条件：①表层局部地段基岩出露或多为孤石，不利于电极的埋置，影响接收效果。②地形切割严重也会对观测数据产生严重的影响，导致假异常的产生或真异常的消失，给解释工作带来较大困难。③局部地区线路上方或附近有高压线，会造成电磁干扰，给大地电磁外业采集和解释工作带来较大的困难。

研究以上地质、地形与地球物理条件，通过现场试验，确定应对措施如下：①在遇到表层不利于电极埋置的地方，通过采取措施，如在电极位置放置黄土，保证电极与地面耦合好；②此次物探工区大部分为山地地貌，地形起伏大且坡度陡，为保证成果的解释精度，应保证水平距离的精度同时记录地形的突变的情况，以用作地形校正。③此次物探测线部分地段会穿过公路和高压线，为保证成果得解释精度，应记录好可能干扰段的具体位置，以便后面分析数据时能综合解译。

2.3 断面解释

2.3.1 解释依据

根据电阻率正演模拟结果可知，电阻率等值线的变化反映了地下电性层变化特征，是实际岩层电阻率特性的宏观响应。地下溶洞由于成因环境不同，同时受构造运动的影响，从而在纵向和横向上产生视电阻率的变化；此外，溶洞视电阻率值不仅与地层构成成分、成因有关，还与其岩石颗粒大小、致密程度、含水量有关，研究这些物性特征，可以推断地下溶洞的展布规律、断层构造、富水性等。

在反演电阻率断面图上，电阻率等值线密集陡直（横向梯度变化较大），弯曲变形，说明在该处存在不均匀地质体，此区域往往是溶洞发育区所在。密集带往往是断层、节理裂隙带等构造或不同电性地层的分界处。应注意到同一岩石的电阻率值会随着岩石自身的破碎程度、富水程度等有不同的变化，所以实际情况会比较复杂。

综合电阻率等值线断面图以及地调资料，对岩体的破碎、软弱、风化程度或含水情况进行判释。

（1）根据电阻率值大小，并考虑地层岩性等因素，将低阻异常判释为破碎、软弱或溶洞发育区的反映；高阻背景值中的条带状相对低阻异常则被判释为断层破碎带；电阻率值较高且分布较均匀的高阻区域则对应为较完整岩体。

（2）依据电阻率断面图上电阻率异常的等值线型态及走向趋势确定地下溶洞，断裂带的边界。

2.3.2 剖面解释

高密度电法解释剖面图如图2 所示，剖面整体以中低阻为主，地表分布有连片高阻，应为地表基岩裸露所致。剖面形态整体呈现中低阻相间、低阻区呈团状发育。依据以往解释经验，全封闭的低阻异常区为地下岩溶连片发育导致，密集过渡带则显示为构造裂隙带发育，往往也是溶洞发育边界所在。其中，里程号2070 点附近为K1 钻孔的位置，蓝色圈内为溶蚀发育区，电性特征为明显的低阻圈闭，钻孔资料显示，在深度21m ～26m 范围内发育有溶洞。里程号2270 点附近为K2 钻孔的位置，电性特征为明显的等值线密集过渡带，其左右两边为明显的低阻圈闭，钻孔资料显示在深度14m ～17m 范围内为裂隙密集带。

图2 高密度电法解释剖面图

可控源音频大地电磁法解释剖面图如图3 所示，红色圈内为溶蚀发育区，蓝色圆圈内为裂隙发育区，剖面整体呈现由浅入深、电阻由低到高的趋势，部分地区低阻和高阻区相间分布。其中，里程号4660 点附近为K3 钻孔的位置，钻孔资料显示在深度8m ～30m，75m ～85m 范围内发育有溶洞；在深度90m ～110m 范围内为裂隙密集带。里程号4850 点附近为K4 钻孔的位置，钻孔资料显示在深度26m ～33m，135m ～138m 范围内发育有溶洞；在深度80m ～100m，115m ～130m 范围内为裂隙密集带，K3，K4 井钻遇溶洞充填物多为粉砂、碎石，部分无充填，且含水性不均一。如解释剖面图所示，断裂密集带的电性特征为电阻率等值线密集发育带，溶洞的电性特征则显示为较大范围的半封闭的低阻异常区。通过综合分析钻遇溶洞充填特征及此类方法特点，认为形成这类异常的原因有两条：一、是溶洞内部充填物质不均一，含水性不同导致其内部上下层电性特征不统一，二、则是由于该类方法为一单点测深类方法，所以其对溶洞水平发育特征的刻画能力受限于其点距，难以以全封闭的低阻异常区刻画溶洞。

图3 可控源音频大地电磁资料解释剖面图

2.4 综合讨论

从图2、图3 来看，由于高密度法和可控源音频大地电磁法在基本原理、数据采集方式有较大的区别，二者的反演结果也存在明显不同。

从探测深度来看，可控源音频大地电磁法具有明显的优势，对地表以下300m 处电性异常体也有反映，而高密度电法则由于电极最大间距的限制而难以开展深部电性异常体探测作业。从勘察分辨率来看，高密度电法在浅部明显优于可控源音频大地电磁法，然而随着勘察深度的增加，其纵向、横向分辨率明显下降。而可控源音频大地电磁法除去对深部电性异常体反映灵敏，对浅部电性异常体也有一定的分辨力，尤其在基岩裸露的山区开展的电性勘探，使用该技术可以有效的穿透地表高阻层，准确探测地下电性异常特征。

综合以上分析，高密度电法和可控源音频大地电磁法解释研究区内覆盖型地下岩溶发育（溶洞）、裂隙发育带和构造破碎带，其电性反应为低阻异常，高密度电法对于浅地表电性异常体反映明显，但受限于地表高阻层及地表起伏的影响，为保障电极接地条件，实际工作量巨大。可控源音频大地电磁法则具有穿透高阻层的优势，更加适合在基岩裸露、构造复杂的灰岩地区开展勘察工作，其对浅、中和深部电性异常体均有良好的反映。

3 结语

（1）结合高密度电法和可控源音频大地电磁法资料来看，研究区内地下溶洞主要表现为低阻异常，其电阻率等值线形态以陡峭直立过渡带和弯曲变形为主。

（2）结合钻孔资料，分析对比两种方法对不良地质体反映程度表明：高密度电法对于划分第四系覆盖层厚度、地质界面的分辨率要比可控源音频大地电磁法高。可控源音频大地电磁法对于深部的异常区，岩性分界线反映更清晰，且对浅、中深度范围内电性异常体也较为灵敏。但当工区岩体的电阻率差异很大时，高密度电测深法对于埋深稍大的不良地质体也有明显的反映。

（3）综合高密度电法和可控源音频大地电磁法勘察结果而言，认为在构造复杂、基岩裸露的山区开展地下溶洞勘察，可控源音频大地电磁法可穿透高阻层、单点测量、探测深度大的优势使其更适合在此类地区开展作业。