綜合物探在巖溶路基勘察中的應用

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司， 貴州 貴陽 550081）

貴州省大部分區域為巖溶較發育地區，這些溶洞、溶溝、溶槽的發育會嚴重降低路基的承載力，導致路基的不均勻沉降，局部塌陷等地質災害。因此，最大限度的查明地下巖溶的位置和發育范圍，對于高速公路建設的可行性和安全性，具有十分重要的意義。

高密度電法是一種陣列式電阻率測量方法，它借鑒地震勘探技術與計算機數字技術的典型應用，集電剖面與電測深于一體，采用高密度布點，進行二維地電斷面的測量，既能揭示地下某一深度水平巖性的變化，用能提供巖性縱向變化的情況。由于貴州地區多為填充型溶洞，電阻率明顯低于圍巖的電阻率，為高密度電法提供了良好的探測條件。

地震映像法是基于反射波法最佳偏移距技術發展起來的一種探測淺層介質中不均勻體的有效方法，其特點是數據采集簡單，具有很高的工作效率，采用小偏移距和小道間距可以減小地形的影響。由于溶洞頂底界面與圍巖的波阻抗有明顯的差異，是彈性波的強反射界面，為地震映像提供了探測條件。

1 工區地質與地球物理概況

1.1 工區地質概況

場區地勢平坦，位于峰從間，橫向坡度約5～10°，路段以填方路基形式通過，場區海拔 1271.2～1344.4m，相對高差 73.2m；路線通過段地面高程在 1059.82～1073.78m之間，相對高差13.96m。

經地質調繪，場區巖層產狀為 270°∠11°，主要節理有 145°∠23°、340°∠80°兩組；節理間距5-10cm，微張，泥質充填。場區巖體節理、裂隙發育。

1.2 工區地球物理概況

場區覆蓋層為殘坡積層紅粘土，下伏基巖為三疊系中統楊柳井組白云巖。

根據測區野外巖土體主要物理量測量結果，測區主要巖土層的地球物理參數如下：

巖 性 視電阻率m×W 縱波速度（m/s） 密度（3mkg ）/紅粘土 30～120 600～1300 1.5～1.7白云巖 500～2000 2500～3500 2.3～2.7填充溶洞 30～200 1000～1500 1.0～1.2

由上表可知，紅粘土、白云巖和填充溶洞之間的視電阻率和波阻抗都存在明顯差異，為高密度電法和地震映像法勘探提供了較好的地球物理條件。

2 物探方法基本原理

2.1 高密度電法基本原理

供電電極（A、B）向地下供電，建立起電場。改變供電裝置（A、B）和測量裝置（M、N）的排列、大小和相對位置來改變電流在地下的分布情況，通過記錄地面電場的變化，就可以計算出地層中相應位置的視電阻率。

其工作原理如圖1所示。

圖1 高密度電法工作原理示意圖

2.2 地震映像法基本原理

地震映像法是基于反射波法最佳偏移距技術發展起來的一種淺層勘探方法，該方法可以利用多種地震波作為有效信號，通常將反射波作為地震映像的有效信號。在這種方法中，每一個測點的波形記錄都采用相同的偏移距進行激發和接收。沿測線方向記錄的各個測點的波形，能夠反映出地下介質在垂直方向和水平方向上的變化特征。

其工作原理如圖2所示。

圖2 地震映像法工作原理示意圖

當地下存在巖溶發育時，地震映像在時間剖面上會出現同相軸錯斷、缺失，并產生眼球狀同相軸或產生繞射波等現象。

3 數據采集與解釋

興義環城高速初步勘察階段和施工過程中均發現巖溶發育路基，對里程樁號K7+260～K7+500段路基進行物探勘察。

圖 3為高密度電法視電阻率剖面解釋圖，施倫貝謝爾法進行數據采集，采集24層，采用3m電極距布置排列。對采集得到的數據，先使用二維電阻率反演成像軟件的數據處理功能進行預處理，同時輸入測線地面高程數據，作地形校正，再據經驗在軟件中合理設置解釋所必須的參數，運行軟件進行反演解釋。

圖3 高密度電法視電阻率剖面解釋圖

由圖可見在剖面樁號73～90m，深度9.6～16.5m存在一低阻異常，異常近橢圓形，推測為巖溶裂隙發育，異常中心可能發育有溶洞。

由于物探多解性，無法確定低阻異常是否為溶洞發育，其具體位置和分布范圍也很難圈定，因此根據視電阻率低異常，結合地質地形和現場施工條件，在異常位置布設一條地震映像測線，炮檢距為5m，道間距為1m，采樣間隔為0.025ms，檢波器主頻為38Hz。得到如圖4的地震映像時間剖面。

圖4 地震映像法時間剖面

由圖可知在剖面樁號75～84m，深約60～85ms范圍內，同相軸錯亂、波組相位不連續、時間延遲，推測該區域巖溶發育。

結合物探資料和現場情況，在樁號80m的位置布設一鉆孔，溶洞經鉆探驗證，位于深度 10.5～14.5m，高約 4m，填充形式為含碎石的軟塑性粉質粘土，且頂部和底部均為中風化的白云巖。

4 結論

本次物探在工區填方路段，首先采用高密度電法進行勘探，圈釋出異常區域，再采用地震映像法進行勘探，得到以下兩點認識：

（1）高密度電法由于多解性，僅通過低阻異常無法判斷溶洞的發育程度；地震映像法對溶洞有較強的反應，但無法對溶洞進行定量分析。綜合兩種方法，能夠相互驗證，克服單一方法的局限性，更加準確查明巖溶的分布范圍、埋深和發育情況。

（2）路基巖溶區域地下介質復雜多樣，而物探往往具有不確定性，應當物探先行，在重點、存在異常的區域合理布設鉆探，減少鉆探工作量，降低勘察成本；同時利用鉆探成果指導物探工作，提高勘察質量和物探準確性。

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