高密度电阻率法在某路基岩溶区勘查中的应用.docx

高密度电阻率法在某路基岩溶区勘查中的应用Application of Highdestiny Resistivity Method to the Detecting of Karst Collapse on the Roadway汤谨晖1 方大为2 姚金1Tang Jinhui Fang Dawei Yao Jin（1.东华理工大学地球探测与信息技术, 江西 抚州 344000; 2.湖南省煤田地质局物测大队, 湖南 株州 412000）(1.East China University of Technology Exploration & Information Depathment, Jiangxi Fuzhou 344000;2. Geophysical Prospecting Band of Coalfieid Geologic Branch, Hunan Zhuzhou 412000)摘 要: 与常规电阻率相比, 高密度电阻率法采用高密度布点,进行二维地电断面测量,提供的数据丰富，效率高，可靠性好，速度快,是灰岩地区寻找土洞、溶洞及构造破碎带最有效的物探方法之一。本文通过实例说明高密度电法在高速公路岩溶路基勘查中的应用效果，并就该方法的适用范围和反演解释方面进行探讨。关键词: 高密度电阻率法; 溶洞; 反演中图分类号：TP311.13文献标识码：A文章编号：1671-4792-(2008)1-0105-03Abstract: Compared with the normal resistivity, the high density resistivity method uses arrangement of thehigh density.The method can survey the two-dimensional geoelectric profile.It can collect a lot of rich datawhich are highly effective and very reliable.It is one of the most effective geophysical prospecting inlimestone area and seeking the earth hole, the limestone cave and structure crushed zone. This paper showsapplication of high density electrical method used in the highway karst roadbed investigation through theexample, then We discuss the application of this method and explanation of inversionKeywords: High Density Resistivity; Karst Collapse; Inversion0 引言高密度电阻率法是 80 年代日本为适应山地物探的需要 而提出的一种电法勘探新技术。在设计和技术实施上,高密 度电测系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路,使 其拥有比常规电法更优异的特点。高密度电阻率法成本低, 效率高,可靠性好;反映地电信息丰富,处理简单方便;结果直 观,使电法勘探能力得到明显提高1。高密度电法实际上是一种阵列式电阻率测量方法。该法 可以实现电阻率的快速采集和现场数据的实时处理,它集电 剖面和电测深于一体,采用高密度布点,进行二维地电断面测 量,提供的数据量大、信息多,并且观测精度高、速度快,是 灰岩地区寻找土洞、溶洞及构造破碎带最有效的物探方法之 一2。1 应用实例 兴安至桂林高速公路施工图设计阶段K31+480K32+080路基段属灰岩地区，区内溶蚀现象比较严重，发现较多的溶 蚀带、土洞等不良地质现象，影响公路的施工和高速公路的安全。受农林工业勘察设计研究总院委托，湖南省煤田地质局物测大队于2006年12月份对该区开展高密度电阻率法地球物理物勘探工作。主要目的是在该路基段查明岩溶的发育规模、埋深、连通情况，为公路设计施工提供详细的物探资料。1.1 工区概况及电性异常特征勘探区的地貌特征为冲积洼地，钻探揭露的场区地层由上覆第四纪残积亚粘土和下伏石炭纪灰岩、砂岩组成。本工作区的电性层之间存在明显的电性差异: 表层种植土、粘性土的视电阻率值较低，为40120m; 完整灰岩视电阻率值较高，一般在 3001800m。当存在断裂构造时，高密度电法反演成果图中出现明显的电阻率分区界面; 当存在岩溶发育区时，岩溶区相对围岩而言，视电阻率值一般会明显降低，视电阻率值断面图中视电阻率等值线变化率增大，高密度电法反演成果图中出现低阻异常区。由此可见，运用高密度电阻率法探测岩溶具有较为可靠的地球物理前提。1.2 工作方法和参数选取高密度电阻率法在某路基岩溶区勘查中的应用179科技广场2008.1表一工作量统计表图一 L2 线 K31+600K31+840视电阻率等值断面图图二 L3 横线 K31+840K32+080视电阻率等值断面图的新最小平方反演技术。这种反演方法提供的计算模型，既 不受电极排列引起的拟断面视电阻率的影响，同时对随机噪 声干扰也不灵敏。这种算法在高密度电阻率法二维成像反演 中也取得了很好的效果1，反演结果以视电阻率等值线图的 形式表示出来。最后依据等值线图上的视电阻率值的变化特 征结合钻探和地质调查资料作出地质解释。1.4 资料解释 下面就以纵测线上的两个纵断面图和一条横测线上的横断面图为例，对本次物探成果进行说明。 图一为左辅纵线中的一个排列的视电阻率等值断面图。从该图中可以看出，视电阻率层位清晰、连续性好。地表层 由饱水软土层组成,因含水量相对较高,所以电阻率较低( 100 m。根据视电阻率断面图,可以清楚发 现该段地层具有很好的成层特性，未见明显异常现象。图二为中线中一个排列的视电阻率等值断面图。从图中 可以看出，在该区段存在三个明显的低阻异常区域。第一个 异常区以 K31+920 为中心的 20m 区域，异常体顶部埋深 9m; 第二个异常区以 K31+950为中心的 20m 区域，异常体顶部埋 深 5m; 第三个异常区以K31+972为中心的20m区域，异常体 顶部埋深6m。三个异常区域间无连通现象，推断该三个异常 区为岩溶发育区段，因溶洞内充填含水的粘土，相对于围岩 表现为低阻异常。图三为以k31+720为排列中点的横测线视电阻率等值断 面图。从图中可以看出，该区段地层成层性不好，电阻率差高密度电阻率法实际上是多种排列的常规电阻率法与资料自动反演处理相结合的综合方法。它仍然是以岩土体导电 性差异为基础的物探方法，它的基本原理与常规电阻率法相 同。它是将多条（根）电极一次布置好，用仪器进行高密度 采样，将记录数据送入微机后，对数据进行常规处理和反演 计算，给出关于地电断面分层的各种图示结果。本次野外数据采集采用BJ210-E60BN高密度电法仪，仪 器采用程控方式进行数据的采集和电极控制。采集的数据以 图像或者曲线的形式实时显示在屏幕上，可以实时监控资料 的质量。该型仪器可以进行各种装置的高密度电阻率、双频 高密度激发激化法、自然电位法、充电法等勘探方法。本次 野外工作选用了排列( 温纳装置 AMNB) ，采用 4864 个 电极组合，电极间距a=25m,最大隔离系数n=14，保证勘察 深度可达 35 m 左右。根据勘探任务的要求, 并考虑到场地实际施工条件，布 置了4条高密度电法测线,其中长纵测线6条，横测线2条（工 作量总表见表一）。1.3 资料处理 对原始资料处理流程首先是将存储在仪器内的.abm 格式的数据文件通过传输软件传输到计算机，保存为.dat格式 的文件，对原始数据进行非值剔除、地形校正等预处理。然 后采用Res2inv软件进行反演, 该反演过程采用基于圆滑约 束最小二法的反演计算程序，该方法是一种快速的、耗时少 180这些异常的视电阻率且视电阻率等值线变化大，推断附近的前后视根据已有的钻孔资料可知该区段岩性变这些异常的视电阻推断异常为横剖面的深部低阻异常延续长，在所圈与物探解释结果相吻部分物探解释的溶考虑为地高密度电法相对于常规电阻率法而言具有快速高效、数该工程物只要选择合适构造相对简单的该方法具有很强的有效的非唯一性和不稳定性,异需要结合与多种反演高密度电阻率法二维成像方法及其应用高密度电法在岩溶路基勘察中的应用高密度电阻率法在采空区及岩溶探测中主要从事工程物探方高密度电阻率法在某路基岩溶区勘查中的应用30m以上; 其余异常均为10-20m之间。 等值线呈下凹状异常特征， 异常为岩溶发育区。其中，K31+845（左10m） 电祖率值变化较大， 化较大，且有破碎现象，推断为断层所致。L3 线(K31+720)、L4 线(K31+820): 由反演图WT 图三 L3 横测线左 48m右 48m 视电阻率等值断面图见，在K31+720左2-12m之间、K31+820左22- K31+8异较大。在 K31+720左 212m之间存在一个低阻异常区域， 之间存在低阻异常，与纵测线基本吻合。 与周围地层电性差异较大，考虑为存在充填含水粘土的溶率等值线呈下凹状异常特征，且等值线变化大， 洞，故在电阻率等值断面图上表现为低阻异常。岩溶发育区。其中，K31+8201.5 勘探成果达 30m，与断层的影响有关。 物探资料的解释是在物探成果反演剖面图的基础上，结1.6 钻探验证合地质资料进行的。本区共绘制物探解释地质剖面图共6张。 利用后续的钻孔资料对物探解释成果进行验证 在地质解释剖面的基础上，综合各条测线的资料，在平面图定的岩溶发育区域均见到有溶(土) 洞, 上圈定了岩溶区的平面发育范围，图四即为高密度电法解释合,证明此次物探工作的开展是有效的。 成果平面图。现对各条测线解释结果分述如下: (土) 洞的规模与埋深与钻探所揭露的有一定出入,形与数据中的非值点影响反演结果。2 结束语据丰富、进行多种电极排列方式扫描测量等特点， 探方法,在各种工程勘察中已得到广泛应用。 的工作参数和排列方式, 在地形起伏不大， 区域（比如高速公路路基勘探中），图四 K31+480K32+080物探解释成果平面图 性。L1线（中线）: 由反演图可见，在K31+560为中心的10m 由于地球物理解释（反演） 区域、K31+595为中心的20m区域、K31+645为中心的10m区 常划分存在多解性。所以应坚持综合解释的原则， 域、K31+680为中心的20m区域、K31+745为中心的10m区域、 地质、水文、钻探等其它方面的资料,加以分析, K31+795 为中心的 15m 区域、K31+920 为中心的 20m 区域、方法相结合，提高解释的准确性。 K31+950为中心的15m区域、K31+972为中心的10m区域等存在低阻异常。其中 K31+595和 K31+795异常为连通深部，深 参考文献度达 30m 以上; 其余异常均为 20m 以下。这些异常的视电阻1汤洪志,等. 率等值线呈下凹状异常特征，且等值线变化大，推断异常为J.华东地质学院学报，2003,26（1）:8790. 岩溶发育区。其中，K31+825附近的前后视电阻率变化较大， 2张腊根,等. 推断为前后岩性有所变化的断层。J.土木基础，2006,20（5）:6971.L2 线（中线偏左 10m）: 由反演图可见，在 K31+545（左 3祝卫东,等.10m）为中心的 10m区域、K31+585（左 10m）为中心的15m区 的应