高密度溫納剖面法在探查溶洞中的應用

崔 毅

(陜西省水利電力勘測設計研究院地質勘察分院,陜西咸陽 712000)

高密度溫納剖面法在探查溶洞中的應用

崔 毅

(陜西省水利電力勘測設計研究院地質勘察分院,陜西咸陽 712000)

灰巖是一種較為特別的巖體,區內溶蝕現象較為普遍。溶蝕現象會產生較多的溶蝕帶、溶洞等不良地質現象,會嚴重地影響工程質量與施工進度。根據高密度溫納剖面法的原理與野外工作方法,通過應用實例分析高密度溫納剖面法在巖溶區中勘察的應用。

高密度電法;溫納剖面;溶洞

0 前言

灰巖是一種較為特別的巖體,區內溶蝕現象較為普遍。溶蝕現象不僅會導致基巖面起伏很大,還會產生較多的溶蝕帶、溶洞等不良地質現象,會嚴重地影響到工程質量與施工進度。因此,灰巖地區的工程地質勘察不僅要探明基巖的起伏,還必須查明區內的溶蝕帶、溶洞等不良地質現象。由于這些不良地質情況出現的隨機性較大,僅用鉆探難以達到理想效果,必須借助于工程物探手段。

1 高密度溫納剖面法

高密度溫納剖面法是一種陣列式電阻率測量方式,集電剖面和電測深于一體,采用高密度布點,進行二維地電斷面測量,提供的數據量大、信息多,并且觀測精度高、速度快,近年來應用越來越廣泛,尤其在灰巖地區尋找土洞、溶洞及構造破碎帶也相當有效。

高密度溫納剖面法勘探的前提條件是地下介質間的導電性差異,通過 A、B電極向地下供電(電流為 I),然后測量M、N極電位差△U,從而求得該記錄點的視電阻率值 ρs=K*△U/I。根據實測的視電阻率剖面進行計算、處理、分析,便可獲得地層中的電阻率分布情況,從而解決相應的工程地質問題。

2 高密度電法在探查溶洞中的應用

高密度溫納剖面法的野外數據采集是通過陣列電極裝置形式來實現的。電極排列的長度和電極間距的大小直接影響采集數據剖面對洞室的反映能力。電極間距越小對目標體的探測精度越高,但是如果電極數固定不變,隨著電極間距的減小,排列長度也相應減小,從而減小了剖面的探測深度,也影響了對埋深較大的空洞的探測能力。因此野外作業時,要先收集相關資料,對空洞的尺寸大小和分布深度有大致了解,先做試驗,然后設計合理的數據采集排列使探測目標體落在排列探測區域的有效范圍內,一般探查深度約為探查目標體深度的 2倍,最小電極間距一般應為探查深度的1/10～ 1/15。

3 工程實例

在某水庫庫區存在巖溶現象,對水庫蓄水極為不利。受建設方委托,我院應用高密度電法對該區進行高密度電法勘察。目的是查明地下溶洞及其位置,推測溶洞埋深和規模,為設計施工提供詳細的工程物探勘察資料。

3.1 概況

場區地處丘陵地帶、地面起伏相對不大,基巖主要以灰巖為主,地表存在薄層碎石土。

根據理論研究與野外試驗結果,本次野外工作采用 60個多種電極組合的溫納裝置進行測量,點距 1～5 m,排列長度60～295 m。野外測量數據現場傳輸到計算機進行初步處理,作出初步的推斷解釋,對異常點及突變點進行重復檢查,以確保數據真實可靠。

測線大致垂直溶洞走向布置。在發現的巖溶異常地段布置適當鉆探孔進行驗證。

3.2 資料處理

高密度溫納剖面法資料處理流程首先將存儲在儀器內的測量數據通過傳輸軟件傳輸到計算機,進行壞點刪除、地形校正及格式轉換等預處理,然后將進行濾波、反演擬合等處理后得溫納剖面圖,根據電阻率變化異常特征結合鉆探和地質調查資料作出地質解釋。

3.3 典型溫納剖面圖及解譯

本次高密度電法探查典型溫納剖面圖,如圖 1、2、3所示。圖 1為無溶洞時高密度電法溫納剖面圖,圖 2、3為有溶洞時高密度電法溫納剖面圖。

圖1

圖2

圖3

圖1中電阻率分布相對均勻,無明顯異常,其左端表層存在低阻區,經結合探槽、探坑資料,其為砂壤土層,在圖 2中,169m處存在一低阻異常,異常區高度 7 m,中心點埋深約9 m,經鉆探驗證,其為高 1 m的溶洞,洞內充滿水;在圖 3中15m處存在一低阻異常區,異常區高度 4.5m,中心點埋深約 4m,鉆探揭示,其為一高約 1.5m的溶洞,洞內填充有黃色泥土,在 36m處存在一傾向左端的高阻界面,經探槽揭示,其為巖層接觸面。

通過對高密度溫納剖面法測量數據資料進行分析、處理,結合鉆探資料、現場地質調查,本次探查發現較大規模的巖溶發育多處,效果明顯,為地質勘察提供了有力的證據。

4 結論

高密度溫納剖面法作為一種快速有效的工程物探方法在各種工程勘察已多次應運。本次工程實例,通過坑探、槽探、鉆探驗證,證明高密度溫納剖面法在對探查溶洞是行之有效的。

(1)只要參數設置恰當,高密度電法在巖溶勘察中能準確查明地下溶洞及其位置,推測溶洞埋深和規模。

(2)高密度溫納剖面圖中的電阻率異常范圍往往相對實際異常體要大,在處理解釋過程中要特別慎重。盡量要進行實際地質調查和收集坑探、槽探、鉆探資料,綜合分析解釋,以提高物探成果的精度和可信度。

總之,只要野外工作參數設置恰當,高密度電法在巖溶地區勘察中是能夠發揮其應有的作用。

[1]董浩斌等,高密度電法的發展與應用,地學前緣,第 10卷第 1期,2003.3

[2]劉曉東等,高密度電法在宜春市巖溶地質調查中的應用,中國地質災害與防治學報,第 13卷第 1期,2002.3

[3]葛如冰等,高密度電阻率法在灰巖地區的應用研究,物探與化探,1999年第 1期

P624

B

1004-1184(2011)01-0110-02

2010-09-21

崔毅(1973-),男,陜西長安人,工程師,主要從事水電物探勘探工作。