高密度電法在廣東肇慶巖溶典型區(qū)勘查中的應用

易隆科

（廣東省地質調查院，廣東 廣州 510080）

高密度電法在廣東肇慶巖溶典型區(qū)勘查中的應用

易隆科*

（廣東省地質調查院，廣東 廣州 510080）

用高密度電法來查明復雜巖溶地區(qū)巖溶分布特征是一種很好的手段。本次勘查采用高密度電法與常規(guī)電法相結合、多種測量裝置并用、深淺兼顧的辦法，對廣東省肇慶市巖溶典型區(qū)的巖溶地質情況進行了勘測，查明了該區(qū)域的第四系土洞發(fā)育和基巖起伏及巖溶發(fā)育情況，為該地區(qū)的巖溶發(fā)育情況和災害評價提供了依據(jù)。本文首先對高密度電法在巖溶地質勘察中的應用條件和應用結果進行分析，然后對其應用方法進行了總結概括。

高密度電法；巖溶；視電阻率；物性特征

灰?guī)r地區(qū)由于地下水的長期溶蝕，容易在灰?guī)r表面及灰?guī)r體中形成溶洞及洼陷。覆蓋在溶蝕洞穴之上的松散土體，在外力的或者人為因素的作用下產生突發(fā)性地面變形破壞，其結果多形成圓錐形塌陷坑。巖溶發(fā)育區(qū)對地面建筑物及人的安全造成極大隱患。高密度電法對巖溶分布與規(guī)模、空間形態(tài)特征、發(fā)育程度等的探測具有良好的效果，對于巖溶塌陷災情評估及隱患排除具有積極的指導意義。

1 工作背景

工作區(qū)位于廣東省肇慶市新橋鎮(zhèn)布塘村，勘探的目的是對測區(qū)內土洞及巖溶發(fā)育情況進行查明。區(qū)內基巖以灰?guī)r為主，灰?guī)r為可溶性碳酸巖，巖溶較為發(fā)育，上覆第四紀黏土層及河流沖積的砂礫層。據(jù)工作區(qū)已施工鉆孔巖芯物性測試結果：濕粘土電阻率為0.5～50（Ω·m），含水砂礫巖50～150（Ω·m），多孔灰?guī)r電阻率為80～1000（Ω·m），致密灰?guī)r3000～5000（Ω·m）。區(qū)內粘土、砂礫石層、多孔灰?guī)r、致密灰?guī)r在電阻率上具有明顯的差異，故工作區(qū)具備巖溶探測的地球物理條件，應用高密度電法能夠進行有效的區(qū)分和探測。

2 工作部署

根據(jù)工作任務的要求，為達到深淺兼顧，淺部地質情況詳細勘察的需要，在典型區(qū)布置了一條總長1220 m（編號：GMD01）、自北東向西南高密度電法測線，用三種不同的裝置進行測量。

溫納裝置（裝置參數(shù)：a=5 m，n=10）與施侖貝爾裝置（裝置參數(shù)：a=5 m、n=18）測量目的在于勘查淺部第四系地質情況：有無土洞發(fā)育、土洞發(fā)育與基巖巖溶發(fā)育的相關性等，此外，使用兩種不同裝置觀測，其目的在于對其測量結果的相互驗證，以減少偶然誤差，增加測量結果的可靠度。偶極偶極裝置（裝置參數(shù)：a=40 m、n=12，用大功率設備測量）測量的目的在于對測線下伏深部基巖地質情況的探測：基巖起伏情況，基巖內巖溶發(fā)育情況等，具體部署如圖1所示：

圖1 工作部署圖Fig.1 Figure deployment

3 成果圖件

（1）溫納裝置高密度電法測量剖面及反演成像剖面圖：

圖2　a GMD01測線溫納裝置實測剖面圖Fig.2a GMD01 survey line Wenner sectional view of apparatus Found

圖2　b GMD01測線溫納裝置測量反演結果剖面圖Fig.2b GMD01 Wenner survey line inversion means for measuring cross-sectional view

（2）施侖貝爾裝置高密度電法測量剖面及反演成像剖面圖：

圖3　a GMD01測線施侖貝爾裝置實測剖面圖Fig.3a GMD01 survey line Shilunbeier sectional view of apparatus Found

圖3　b GMD01測線施侖貝爾裝置測量反演結果剖面圖Fig.3b GMD01 measuring device for measuring line Shilunbeier sectional view of the inversion results

圖4　a GMD01測線偶極偶極裝置實測剖面圖Fig.4a GMD01 dipole dipole survey line sectional view of apparatus Found

圖4 b GMD01測線偶極偶極裝置測量反演結果剖面圖Fig.4b GMD01 dipole dipole survey line inversion means for measuring cross-sectional view

（4）綜合地質解釋成果圖：

圖5 GMD01測線地質解釋成果剖面圖Fig.5 GMD01 geological interpretation results of the survey line cross-sectional view

4 成果分析解釋

從圖2a溫納裝置實測剖面的可以看出，在測線上的950～1050 m之間存在一個明顯的高阻異常區(qū)（GMD01-YC-1-wn），視電阻率值在450～600（Ω·m）之間。整個剖面的下部，無明顯的高阻抬升，剖面主要反映了第四系的電性特征。

從圖2b反演結果斷面圖來看，高阻異常區(qū)（GMD01-YC-1-wn）測線上的1000～1100 m之間，埋深在4～12 m之間，電阻率值在1500～2000（Ω·m）之間。反演結果圖相對于實測剖面，異常區(qū)收斂，整個圖面異常輪廓清晰可辨。

從圖3a施侖貝爾裝置實測剖面的結果可以看出，在測線上950～1050 m之間，有一個明顯的高阻異常（GMD01-YC-1-sb），異常值在450～750（Ω·m）之間，與溫納裝置測量的結果異常（GMD01-YC-1-wn）的空間形態(tài)和位置基本一致，兩種裝置均測得高阻異常，表明高阻異常（YC-1）為可靠異常。在整個剖面的下部，無明顯的高阻抬升，剖面主要反映了第四系層的電性特征。

從圖3b施侖貝爾裝置反演結果斷面圖來看，高阻異常區(qū)（YC-1-sb）測線上的1000～1100 m之間，埋深在4～15 m之間，電阻率值在1600～2000（Ω·m）之間，與溫納剖面反演結果基本一致，進一步驗證該異常（YC-1）為可靠異常。

異常（GMD01-YC-1）接近地表，并且為高阻異常（1600～2000 Ω·m），分布在第四系，故推斷其為半填充型土洞。

從圖4a偶極偶極裝置實測剖面結果來看，剖面下部視深度300 m以下，有明顯的高阻抬升（300～700 Ω·m）。工區(qū)上覆第四系含水粘土砂石層的電阻率值較低，據(jù)以往經(jīng)驗其值在10～300 Ω·m之間，相對于下伏基巖（據(jù)鉆孔揭露，基巖主要為灰?guī)r）電阻率值在800～4000 Ω·m，兩者之間存在明顯的電性差異，據(jù)此初步推斷高阻抬升為下伏基巖的地電反映。但由于兩者差異太大，低阻層對電流具有明顯的吸引作用，對下伏基巖的地電反映具有一定掩蓋作用，導致高阻抬升范圍較大，故視電阻率隨視深度變化梯度較小，在實測剖面上沒有出現(xiàn)特別明顯的高阻層。

在圖4b偶極偶極裝置測量反演結果圖中，可以看到明顯的電阻率差異界面，根據(jù)本工區(qū)物性測試結果（粘土10～300 Ω·m、基巖800～4000 Ω·m，其中表層干燥土壤電阻率較高100～1000Ω·m），在圖中劃定了基巖界面（圖中用實線表示）。基巖面起伏在40～90 m之間，起伏范圍較大，呈波浪狀起伏。由于基巖埋深較大，基巖中溶洞規(guī)模尺寸相對較?。繕梭w尺寸埋深比小），基巖中的溶洞在直流電法測量的地電反映較弱，反演結果中基巖層電阻率分布較均勻，對基巖中溶洞未能有效區(qū)分。

根據(jù)各裝置反演結果，繪制圖5 GMD01測線地質解釋成果剖面圖。根據(jù)物性測試結果及以往經(jīng)驗推斷，推斷YC-1為土洞引起。在距測線起點222 m處，施工有一個鉆孔，據(jù)鉆孔揭露：埋深 44 m以上為第四系粘土（10～300 Ω.m），埋深 44 m以下為基巖（800～4000 Ω.m），埋深及物性測試結果與反演解釋結果基本一致，說明高密度電法在本工作區(qū)是一種對土洞及巖溶有效的探測手段。

5 結論與認識

（1）本次高密度電法勘查，采用了多種裝置在同一測線上進行測量，相互驗證、深淺兼顧、快速有效地對測線下第四系土洞發(fā)育、基巖溶洞及基巖起伏等地質情況進行了較為詳細的查明。高密度電法多裝置結合是一種排除假異常、減少多解性、深淺兼顧行之有效的辦法。

（2）任何一種物探方法都有其應用條件和優(yōu)勢探測方向，高密度電法對于地質病害（土洞、溶洞）的探測，更多是基于低阻異常（反映目標體含水性或充泥性目標體）為分析依據(jù)，在科學分析的基礎上，才能夠對相應病害有較高的探測精度。此外，如果探測條件不具備，必然會存在相應的探測精度受限制問題，因此在巖溶區(qū)應用時，需要更深入了解應用條件和探測剖面的地電條件，以便更好指導之后的實踐工作。

（3）基于電場分布變化的高密度電法屬于“體積勘探”，實際的二維電法勘探是在三維空間中進行，而二維正反演是假設探測剖面是在橫向無變化的情況進行，導致其對埋藏較深的一度體（如基巖溶洞），分辨能力不夠，對于二度體（例如基巖面）成像效果較好，在對土洞及基巖溶洞探測時，應考慮其尺寸埋深比。

（4）低阻目標體的地電反映容易被周邊地形或異常影響所掩蓋的問題，特別是對于埋深較大的扁平狀溶洞或土洞的探測問題。遇到上述情形時，如果異常體大小不能充分滿足分辨率要求，一定要給予足夠重視，應結合視電阻率界面的變化趨勢及相關地質資料，充分考慮該區(qū)域可能出現(xiàn)地質情況。

/References

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High Density Resistivity Method in the Application of the Guangdong Zhaoqing Typical Karst Area Exploration

Yi Longke
（Guangdong geological survey institute，Guangzhou Guangdong 510080）

High-density electrical prospecting to identify the distribution of karst complex karst region is a good tool.The high density electrical prospecting and conventional electricity Combination，and with a variety of measuring devices，shades balanced approach，karst geology Zhaoqing City，Guangdong typical karst area survey carried out to identify the Quaternary in the region development and downs of soil cave and karst bedrock，and to provide a basis for the evaluation of karst development and disaster areas.Firstly，high density electrical prospecting application conditions and application of the results in the karst geological survey will be analyzed and summarized its application methods are summarized.

high density resistivity method； karst，apparent resistivity； physical characteristics

P631.3

A

1672-5603（2016）02-040-5

*第一作者簡介 易隆科，男，助理工程師，主要從事地球物理勘探與研究工作。E-mail: yilongke@126.com

2016-2-21；改回日期：2016-5-10。